2.4 化学反应的调控 课后习题【新教材】人教版（2019）高中化学选择性必修一

第二章化学反应速率与化学平衡第四节　化学反应的调控课后篇素养形成夯实基础轻松达标1.对于合成氨反应,达到平衡后,以下分析正确的是(　　)A.升高温度,对正反应的反应速率影响更大B.增大压强,对正反应的反应速率影响更大C.减小反应物浓度,对逆反应的反应速率影响更大D.加入催化剂,对逆反应的反应速率影响更大解析对于合成氨反应,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,即v(正)>v(逆),故B项正确。B2.在合成氨反应中使用催化剂和施加高压,下列叙述中正确的是(　　)A.都能提高反应速率,都对化学平衡无影响B.都对化学平衡有影响,但都不影响达到平衡状态所用的时间C.都能缩短达到平衡状态所用的时间,只有施加高压对化学平衡有影响D.使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而施加高压无此效果解析对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),使用催化剂只能提高反应速率,缩短达到平衡状态所用的时间,不能使化学平衡发生移动。施加高压既能提高反应速率,使反应达到平衡状态所用的时间缩短,也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。故答案为C。答案C3.下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　)A.N2的量越多,H2的转化率越大,因此,充入的N2越多越有利于NH3的合成B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成C.工业合成氨的反应是熵增加的放热反应,在任何温度下都可自发进行D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应,在低温时可自发进行解析A项,投料比为n(N2)∶n(H2)=1∶2.8时,更有利于NH3的合成;B项,恒容条件下,充入稀有气体对平衡无影响;C、D项,ΔH-TΔS<0时反应自发进行,而合成氨反应的ΔH<0、ΔS<0,故在低温条件下该反应能自发进行。答案D4.可逆反应3H2(g)+N2(g)2NH3(g)　ΔH<0,达到平衡后,为了使H2的转化率增大,下列选项中采用的三种方法都正确的是(　　)A.升高温度,减小压强,增加氮气B.降低温度,增大压强,加入催化剂C.升高温度,增大压强,增加氮气D.降低温度,增大压强,分离出部分氨解析因合成氨反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,降低温度平衡正向移动,故A、C项错误;加入催化剂可增大反应速率,但对平衡移动无影响,B项错误;因合成氨的正反应是气体体积减小的反应,所以增大压强会使平衡向正反应方向移动,增加反应物浓度或减小生成物浓度会使平衡向正反应方向移动,D项正确。答案D5.在某恒容密闭容器内,N2、H2的起始物质的量分别为10mol、30mol,达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始反应,在相同条件下欲使平衡时各组分的百分含量相同,则应加入的NH3的物质的量及NH3的转化率为(　　)A.15mol,25%B.20mol,50%C.20mol,75%D.40mol,80%解析从N2、H2开始反应时,N2的物质的量为10mol,H2的物质的量为30mol,若从NH3开始反应,并且平衡时各组分的百分含量与前者相同,则NH3的物质的量必须是20mol,故A、D项错误。设从NH3开始反应时,NH3转化的物质的量为x,则有20mol-x=2×10mol×25%,解得x=15mol,故NH3的转化率为15mol20mol×100%=75%。答案C6.在合成氨工业中,要使氨的产率增大,同时又能提高化学反应速率,可采取的有(　　)①增大容器体积使压强减小　②减小容器体积使压强增大　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容,再充入等量的N2和H2　⑥恒温恒压,再充入等量的N2和H2⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂A.②④⑤⑥⑦B.②③④⑤⑦⑧C.只有②⑤D.①②③⑤⑧解析从反应速率的角度分析,①④⑦均使化学反应速率降低,②③⑤⑧均使化学反应速率升高,⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析,②④⑤⑦使化学平衡向右移动,使氨的产率增大,⑥⑧不影响化学平衡,①③使化学平衡向左移动。答案C7.合成氨反应通常控制在10MPa~30MPa的压强和400~500℃左右的温度,且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3,经科学测定,在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示:压强20MPa30MPa500℃19.126.4而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这表明(　　)A.表中所测数据有明显误差B.生产条件控制不当C.氨的分解速率大于预测值D.合成塔中的反应并未达到平衡解析这说明实际合成氨工业中需要考虑单位时间的产量问题,并未让合成氨反应达到平衡,因为让反应达到平衡需要一定的时间,时间太长得不偿失。答案D8.某温度下,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4kJ·mol-1,N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)A.将1molN2和3molH2置于1L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4kJB.平衡状态由A到B时,平衡常数K(A)KC.新平衡体系中NH3的含量增大D.N2的平衡转化率增大解析分离出NH3,使体系中NH3的含量减小,则达到新平衡前Qv(逆),平衡向正反应方向移动,故N2的平衡转化率增大。答案D3.对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在一密闭容器中加入一定量的N2和H2,达到平衡时混合气体的压强为p1,迅速缩小容器体积使混合气体的压强变为p2,一段时间后达到新的平衡,此时混合气体的压强为p3,则p1、p2、p3的大小关系是(　　)A.p2>p1>p3B.p2>p3>p1C.p2>p1>p3D.p2>p1=p3解析根据勒夏特列原理,改变某一外界条件时,平衡只能向减弱这种改变的方向移动。答案B4.对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,下列研究结果和图示相符的是(　　)ABCD研究结果压强对反应的影响温度对反应的影响平衡体系增加N2对反应的影响催化剂对反应的影响图示解析A项,由于p1条件下先达到平衡,故p1>p2,由p1→p2,减小压强,化学平衡左移,NH3的体积分数应降低,故错误;B项,由于此反应ΔH<0,故升温平衡左移,N2的转化率降低,故错误;C项,增大N2的量,会使正反应速率增大,使化学平衡右移,故正确;D项使用催化剂,能增大反应速率,缩短到达平衡的时间,故错误。答案C5.一定条件下,将10.0molH2和1.0molN2充入恒容密闭容器中,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),并达到平衡状态,则H2的转化率可能是(　　)A.15%　　　　　　　B.30%C.35%D.75%解析对可逆反应而言,任何一种物质都不能完全转化;利用“极限法”,假设N2完全转化,则消耗的H2的物质的量为n(H2)=3n(N2)=3.0mol,但事实上,N2是不可能完全转化的,因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0mol,故H2的转化率α(H2)<3.0mol10.0mol×100%=30%。综上所述,本题选A。答案A6.(双选)相同温度下,有体积相同的甲、乙两个恒容密闭容器,甲容器中充入1gN2和1gH2,乙容器中充入2gN2和2gH2,分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是(　　)A.化学反应速率:乙>甲B.平衡后N2的浓度:乙>甲C.H2的平衡转化率:甲>乙D.平衡后混合气体中H2的体积分数:乙>甲解析因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍,故A项正确。假设开始时乙容器的体积也是甲的2倍(如图所示),则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的体积压缩至与甲相等(如下图中丙),则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动,即N2、H2的平衡转化率增大,它们在平衡混合气体中的体积分数减小,故C项、D项错误。此时,丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大,但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍,丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍,B项正确。答案CD7.合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO,其反应是[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO　ΔH<0(1)必须除去原料气中CO的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的适宜条件应是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的适宜条件应是　　　　　　　　。 解析分析吸收CO反应的特点:正反应是气体体积缩小的放热反应,对于这样一个可逆反应,用化学平衡移动原理及工业生产中适宜条件的选择等知识即可作答。答案(1)防止合成塔中的催化剂中毒　(2)低温、高压(3)高温、低压8.一密封体系中发生反应N2+3H22NH3(正反应为放热反应),下图为某一时间段反应速率与反应进程的曲线关系图:回答下列问题:(1)处于平衡状态的时间段是　　　　　　　　。 (2)t1、t3、t4时刻,体系中分别是什么条件发生了变化?　　　　　　　　、　　　　　　　　、　　　　　　　　。 (3)下列时间段中,氨的百分含量最高的是　　　　　。 A.0~t1B.t2~t3C.t3~t4D.t5~t6解析题图表示的是速率与时间的关系,只要速率不随时间变化而变化,说明在相应条件下反应已经达到平衡了。所以处于平衡状态的时间段是0~t1,t2~t3,t3~t4,t5~t6。从图中可得t1时刻正、逆反应速率都增大,而且v(逆)>v(正),因N2+3H22NH3的正反应为放热反应,故该时刻改变的条件是温度升高。图中t3时刻速率增大,而且变化过程中v(逆)=v(正),说明平衡未被打破,所以应该是催化剂导致的。图中t4时刻v'(逆)、v'(正)都减小且v'(逆)>v'(正),所以改变条件应为减小压强。答案(1)0~t1,t2~t3,t3~t4,t5~t6(2)温度升高　加入催化剂　减小压强(3)A贴近生活拓展创新合成氨工业对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　　　　　　　　。 (2)图中条件选定的主要原因是　　　　　　　　(填字母编号)。 A.温度、压强对化学平衡的影响B.铁触媒在该温度时活性大C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制(3)改变反应条件,会使平衡发生移动。如图表示随条件改变,氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时,变化趋势正确的是　　　　　　　　,当横坐标为温度时,变化趋势正确的是　　　　　　(填字母编号)。 解析(1)原料气N2和H2在一定条件下反应生成的NH3冷却后从设备中分离出来,同时尾气中含有的N2和H2进行循环利用。(2)温度选择在400~500℃并不是从对化学平衡的影响分析的,而是因为催化剂在500℃左右时活性最大,而且还可以适当提高化学反应速率;压强选择10MPa~30MPa主要是从化学平衡理论分析的,压强增大,平衡向生成NH3的方向移动,但不能过大,因为压强过大,对设备、材料的要求高,投资大,这样就不经济。(3)考查压强、温度对化学平衡的影响。答案(1)NH3　(2)BC　(3)c　a