化学第四节 化学反应的调控同步测试题

这是一份化学第四节 化学反应的调控同步测试题，共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

八 化学反应的调控


(30分钟 50分)





一、选择题(本题包括3小题,每小题8分,共24分)


1.(2020·合肥高二检测)合成氨生产中,说法正确的是( )


A.使用催化剂,提高原料的利用率


B.采用高温、高压工艺提高氨的产率


C.产物用水吸收,剩余气体循环利用


D.增大反应物浓度,对v正影响更大


【解析】选D。催化剂不影响平衡移动,所以加入催化剂使反应速率加快,平衡不移动,故A错误;合成氨反应为体积缩小的放热反应,采用高温,平衡左移,不能提高氨的产率,高压有利用平衡向正反应方向移动,可提高氨的产率,故B错误;平衡混合气体是用冷水冷却,而不是用水吸收,故C错误;增大反应物浓度,正、逆反应的速率都加快,但对v正影响更大,故D正确。


2.(2020·长沙高二检测)下列有关工业合成氨的说法不能用平衡移动原理解释的是( )


A.不断补充氮气和氢气


B.选择10～30 MPa的高压


C.及时液化分离氨气


D.选择500 ℃左右的高温同时使用铁触媒作催化剂


【解析】选D。增大氮气和氢气的浓度,反应物浓度增大,化学平衡向着正向移动,所以可以用平衡移动原理解释,故A错误;N2+3H22NH3是一个反应前后气体体积减小的可逆反应,增大压强,平衡正向移动,所以可以用平衡移动原理解释,故B错误;将氨液化分离,降低生成物浓度,平衡正向移动,所以可以用平衡移动原理解释,故C错误;催化剂只改变化学反应速率,不改变平衡移动,使用铁触媒不能用平衡移动原理解释;且该反应为放热反应,温度越低越有利于平衡向着正向移动,所以该条件不能用平衡移动原理解释,故D正确。


3.化学广泛应用工业、生产生活中,下列说法正确的是( )


A.合成氨采用500 ℃左右的温度,其原因是适当加快NH3的合成速率,催化剂在500 ℃左右时其活性最好,且能提高H2的转化率


B.工业上采用电解氯化铝生产金属铝


C.明矾可用于水的净化和杀毒


D.使用含有CaCl2的融雪剂会加速桥梁的腐蚀


【解析】选D。在500 ℃左右时催化剂的活性最大,所以选择采用500 ℃左右的温度进行,但使用催化剂时平衡不移动,故不能提高氢气的转化率,故A错误;氯化铝为共价化合物,不导电,应利用电解氧化铝的方法冶炼Al,故B错误;明矾中的铝离子在水中水解生成氢氧化铝胶体能吸附水中的悬浮颗粒,从而起到净水作用,但是明矾没有强氧化性,不能杀菌消毒,故C错误;氯化钙是电解质,能与桥梁中的钢构成原电池,加速钢铁的腐蚀,故D正确。


二、非选择题(本题包括1小题,共12分)


4.2018年是合成氨工业先驱哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)=-46.2 kJ·ml-1,在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)


化学吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*;


表面反应:N*+H*NH*;NH*+H*N;N+H*N


脱附:NNH3(g)


其中,N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。请回答:


(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有____________。


A.低温 B.高温 C.低压 D.高压


E.催化剂


(2)实际生产中,常用Fe作催化剂,控制温度773 K,压强3.0×107 Pa,原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由


___________________________; _________________________________。


(3)关于合成氨工艺的下列理解,正确的是_________。


A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零


B.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率


C.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行


D.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生


【解析】(1)N2(g)+H2(g)NH3(g)


ΔH(298 K)=-46.2 kJ·ml-1是气体体积减小的放热反应。低温有利于平衡正向进行,提高氨气产率,故A正确;高温平衡逆向进行,不利于提高氨气产率,故B错误;低压 平衡逆向进行,不利于提高氨气产率,故C错误;高压平衡正向进行,利于提高氨气产率,故D正确;催化剂只改变反应速率,不改变化学平衡,不能提高氨气产率,故E错误;


(2)原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8,原料气中N2过量的两个理由:原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率;N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率;


(3)N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)=-46.2 kJ·ml-1是气体体积减小的放热反应,合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零,故A正确;当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,总压不变,分压减小,平衡逆向移动,不能提高平衡转化率,故B错误;NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行,故C正确;合成氨的反应在合成塔中发生,原料气中的N2是从空气中分离得来,先将空气液化,再蒸馏得N2,甲烷与水在高温、催化剂条件下生成CO和H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生,故D正确。


答案:(1)AD (2)原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率 N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率


(3)ACD


【补偿训练】


1.合成氨反应(N2+3H22NH3 ΔH=-92.4 kJ·ml-1)在化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。





(1)X的化学式为____________;X的状态为____________态。


(2)据图分析,下列说法正确的是____________。


a.在此温度下,有利于平衡正向移动,可提高氨的产量


b.铁触媒的使用有利于平衡正向移动


c.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制,选择此压强


d.为提高原料的转化率,采用循环操作


【解析】(1)合成氨工业有下列流程:原料气制备、原料气净化和压缩、氨的合成、氨的分离,从题干生产流程知,原料气是氮气和氢气,经过氨的合成、氨的分离,所以X为液态的氨气,Y为氮气和氢气的混合气,再循环利用;


(2)升高温度,能使反应速率加快,但该反应正反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,不利于氨的合成,故a不选;铁触媒的使用有利于加快反应速率,但平衡不移动,故b不选;增大压强,能使反应速率加快,反应也向正反应方向移动,但过高的压强,反应成本高,故c选;为提高原料的转化率,采用循环操作,提高原料的利用率,故d选。


答案:(1)NH3 液 (2)c、d


2.(2020·长春高二检测)某工厂废气中含有SO2,可将SO2转化为(NH4)2SO4而除去。其过程为将废气经初步处理,使其中O2的体积分数为10%(这时SO2的体积分数为0.2%),并在400 ℃时以5 m3·h-1的速率通过V2O5触媒层,然后与流量为25 L·h-1的NH3混合,再喷入流量为290 g·h-1的冷水,此时气体温度迅速从400 ℃下降至200 ℃,在结晶装置中得到(NH4)2SO4晶体。据此回答下列问题:


(1)使废气中SO2与O2的物质的量之比为1∶50,原因是 _____________。


(2)进行冷却的原因是 _______________________。


(3)合成氨时,原料N2不能用空气代替,而必须用纯N2,主要原因是__________。


(4)有资料报道:“最近研制出一种性能优越的催化剂,可以将SO2全部催化氧化为SO3:2SO2+O22SO3”。这种资料报道可信吗?为什么?


_________________________________。


(5)如果将SO2全部转化为SO3,SO3又全部转化成(NH4)2SO4,则按题给数据计算,NH3的每小时通入量至少应是____________L,由此可得出NH3的利用率为____________。


(6)酸雨的危害很大,从源头上减少酸雨产生的途径,可采取的措施是____________(选填字母)。


A.少用煤作燃料 B.把工厂的烟囱造高


C.植树造林D.开发利用太阳能


【解析】(1)过量的O2可以提高SO2的转化率,采用这样比值增大O2的浓度,提高了SO2的转化率,有利于平衡向生成三氧化硫的方向移动;


(2)二氧化硫氧化为三氧化硫为放热反应,降低温度有利于提高二氧化硫的转化率;


(3)合成氨时,原料N2不能用空气代替,主要原因是在高温下,空气中的氧气与氢气混合会爆炸;


(4)催化剂可缩短到达平衡的时间,不影响平衡移动,所以二氧化硫的转化率不变,性能优越的催化


剂,不可能将SO2全部催化氧化为SO3;


(5)此题涉及的反应有:2SO2+O22SO3,①


2NH3+SO3+H2O(NH4)2SO4,②


①、②两式联立,可得SO2～SO3～2NH3～(NH4)2SO4可知废气中SO2与NH3按1∶2通入,而废气以5 m3·h-1的速率通过V2O5触媒层,每小时通入的二氧化硫的体积为5×0.2% m3=10 L,所以每小时需要氨气的体积为20 L,故氨气的利用率为×100%=80%;


(6)减小酸雨就是减小二氧化硫的排放,也就要减少含硫的燃料的使用,所以要开发洁净的能源,太阳能就是其中之一,故选D。


答案:(1)提高二氧化硫的转化率,增加氧气的浓度,有利于平衡向生成三氧化硫的方向移动


(2)降低温度有利于提高二氧化硫的转化率


(3)在高温下,空气中的氧气与氢气混合会爆炸


(4)不可信;二氧化硫与氧气的反应是可逆反应,使用催化剂只能改变反应速率,不能使平衡移动,更不能全部转化


(5)20 80% (6)D





非选择题(本题包括1小题,共14分)


5.甲醇是一种重要的有机化工原料,需求量巨大。我国独创的联醇工艺的核心是采用一氧化碳加氢中压合成法,主要反应如下:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-111.0 kJ·ml-1


另有副反应:4CO+2H2O3CO2+CH4 等;中压法操作:压力为10～15 MPa,温度控制在513～543 K,所用催化剂是CuO-ZnO-Al2O3。合成甲醇的流程如图所示:





请回答:


(1)实际生产中CO不能过量,以免生成羰基铁使催化剂失去活性,而氢气过量是有益的,指出两点理由: _______________。


(2)采取10～15 MPa压力的作用是____________;温度控制在513～543 K的原因是___________________________。


(3)原料气中的H2S对铜催化剂影响很大,故应先除去,通常用生石灰除杂,该反应的化学方程式为 ___________________________。


(4)若CO的转化率为80%,当有22.4 m3(标准状况)CO与过量H2充分反应(不计其他副反应),可制得纯度为96%的甲醇的质量为____________kg,同时获得热量____________kJ。


【解析】(1)氢气过量提高一氧化碳的转化率,防止副反应发生,大量的气流又可带走反应热量;


(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-111.0 kJ·ml-1,正反应是气体体积缩小的反应,增大压强虽然有利于平衡正向移动,提高甲醇的产量,提高CO转化率,但也增加了能源消耗和设备强度,故宜采取经济效益较好的压力;正反应是放热反应,从有利于甲醇生成的角度考虑应是低温,但温度过低达不到催化剂的活性,所以此温度下催化剂活性较高,甲醇产率较大;


(3)原料气中的H2S对铜催化剂影响很大,故应先除去,通常用生石灰除杂,生成硫化钙和水,所以反应的化学方程式为H2S+CaOCaS+H2O;


(4)根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),得1 ml的一氧化碳生成32×10-3 kg的甲醇,22.4 m3(标准状况)的物质的量为=103 ml,所以可制得纯度为96%的甲醇的质量为≈26.67 kg,根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)


ΔH=-111.0 kJ·ml-1,1 ml CO完全反应放出111 kJ的热量,103 ml×80%=


800 ml,所以放出热量为111×800=8.88×104 (kJ)。


答案:(1)既可以防止或减少副反应发生,又可带走反应热避免催化剂过热而中毒


(2)加压有利于提高CO转化率,但也增加了能源消耗和设备强度,故宜采取经济效益较好的压力 此温度下催化剂活性较高,甲醇产率较大


(3)H2S+CaOCaS+H2O


(4) 26.67 8.88×104


【补偿训练】


以焦炭为原料的制氨流程示意如下:


焦炭造气脱硫变换精制压缩合成氨气


Ⅰ.“精制”过程是将含有少量CO、CO2、O2和H2S等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨(化学式为[Cu (NH3)2]Ac)溶液,以获得纯净原料气。其中,吸收CO的反应为


CO+[Cu(NH3)2]Ac+NH3·H2O


[Cu(NH3)3CO]Ac+H2O ΔH<0。


(1)为提高CO吸收率,可采取的一项措施是 _______________。


(2)除去氧气时,氧气将[Cu(NH3)2]Ac氧化为[Cu(NH3)4]Ac2,则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是____________。


Ⅱ.“造气”过程中。其中,焦炭与水蒸气在反应体系中将发生如下四个反应:


C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)


ΔH1=+90.2 kJ·ml-1


C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)


ΔH2=+131.4 kJ·ml-1


CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3


C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH4


该体系中,一些物质的平衡组成与温度的关系如图所示:





(3)由图可知,若采用焦炭与水蒸气反应来获得优质的水煤气,工业生产中应尽量使焦炭和水蒸气在____________(填“高温”“低温”或“常温”)条件下进行。


(4)ΔH3=____________。


(5)下表为碳与氢气合成甲烷的相关数据:


①ΔH4____________0(填“>”“<”或“=”)。


②预测1 000 ℃,焦炭与水蒸气反应体系中甲烷的含量____________。


A.几乎为0 B.与CO浓度相当 C.无法确定


【解析】(1)可逆反应CO+[Cu(NH3)2]Ac+NH3·H2O[Cu(NH3)3CO]Ac+H2O ΔH<0向右进行,可提高CO吸收率,此反应正反应为气体体积减小的放热反应,故降低温度、增大压强平衡正向移动;


(2)氧气将[Cu(NH3)2]Ac氧化为[Cu(NH3)4]Ac2,Cu由+1价升高到+2价,1 ml Cu失去1 ml电子,O的价态由0降到-2价,1 ml氧气得到4 ml电子,根据得失电子数相等,1 ml氧气能氧化4 ml[Cu(NH3)2]Ac;


(3)从图中可以看出,温度越高H2、CO的含量越高,为得到优质水煤气,应该保持高温生产;


(4)C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2 (g)


ΔH1=+90.2 kJ·ml-1①


C(s)+H2O(g)CO(g)+H2 (g)


ΔH2=+131.4 kJ·ml-1②


由①-②得到CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3,


根据盖斯定律ΔH3=ΔH1-ΔH2=(+90.2 kJ·ml-1)-(+131.4 kJ·ml-1)=


-41.2 kJ·ml-1;


(5)①C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH4,随着温度的升高,平衡常数减小,说明升温平衡逆向移动,故正反应是放热过程,故ΔH4<0;


②C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH4在1 000 ℃时,平衡常数为1.0×10-20 000,所以甲烷的浓度几乎为零。


答案:(1)降低温度或增大压强 (2)4∶1


(3)高温 (4)-41.2 kJ·ml-1


(5)①< ②A








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温度(℃)
600
800
1 000
平衡常数
3.2×100-146
1.0×10-2 070
1.0×10-20 000