A 級·基礎(chǔ)達標練
一、選擇題
1．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中正確的是( C )
A．鐵作催化劑可加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動
B．升高溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動
C．增大壓強能縮短到達平衡狀態(tài)所用的時間
D．合成氨采用的壓強是1×107～3×107 Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高
解析：使用催化劑只加快反應(yīng)速率，對化學(xué)平衡移動沒有影響，故A說法錯誤；升高溫度，加快反應(yīng)速率，合成氨為放熱反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，不利于合成氨，故B說法錯誤；合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大壓強，加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用時間，故C說法正確；合成氨采用的壓強是1×107～3×107 Pa，考慮對材料的強度和設(shè)備的制造要求，與鐵觸媒的活性之間無關(guān)系，故D說法錯誤。
2．在合成氨工業(yè)中，要使氨的產(chǎn)率增大，同時又能提高化學(xué)反應(yīng)速率，可采取的措施有( C )
①增大容器體積使壓強減小 ②減小容器體積使壓強增大 ③升高溫度 ④降低溫度 ⑤恒溫恒容，再充入等量的N2和H2 ⑥恒溫恒壓，再充入等量的N2和H2 ⑦及時分離產(chǎn)生的NH3 ⑧使用催化劑
A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧
C．只有②⑤ D．①②③⑤⑧
解析：從反應(yīng)速率的角度分析，①④⑦均使化學(xué)反應(yīng)速率降低，②③⑤⑧均使化學(xué)反應(yīng)速率升高，⑥不影響化學(xué)反應(yīng)速率。從平衡移動的角度分析，②④⑤⑦使化學(xué)平衡向右移動，使氨的產(chǎn)率增大，⑥⑧不影響化學(xué)平衡，①③使化學(xué)平衡向左移動。
3．合成氨反應(yīng)通?？刂圃?0 MPa～30 MPa的壓強和400～500 ℃左右的溫度，且進入合成塔的氮氣和氫氣的體積比為13，經(jīng)科學(xué)測定，在相應(yīng)條件下氮氣和氫氣反應(yīng)所得氨的平衡濃度(體積分數(shù))如表所示：
而實際從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%，這表明( D )
A．表中所測數(shù)據(jù)有明顯誤差
B．生產(chǎn)條件控制不當(dāng)
C．氨的分解速率大于預(yù)測值
D．合成塔中的反應(yīng)并未達到平衡
解析：這說明實際合成氨工業(yè)中需要考慮單位時間的產(chǎn)量問題，并未讓合成氨反應(yīng)達到平衡，因為讓反應(yīng)達到平衡需要一定的時間，時間太長得不償失。
二、非選擇題
4．2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯(F·Haber)獲得諾貝爾獎100周年。N2和H2生成NH3的反應(yīng)為eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·ml－1，在Fe催化劑作用下的反應(yīng)歷程如下(*表示吸附態(tài))
化學(xué)吸附：N2(g)→2N*；H2(g)→2H*；
表面反應(yīng)：N*＋H*NH*；NH*＋H*NHeq \\al(*,2)；NHeq \\al(*,2)＋H*NHeq \\al(*,3)
脫附：NHeq \\al(*,3)===NH3(g)
其中，N2的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應(yīng)速率。請回答：
(1)利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有_AD__。
A．低溫 B．高溫
C．低壓 D．高壓
E．催化劑
(2)實際生產(chǎn)中，常用Fe作催化劑，控制溫度773 K，壓強3.0×107 Pa，原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為12.8。分析說明原料氣中N2過量的兩個理由_原料氣中N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率__；_N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率__。
解析：(1)eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·ml－1是氣體體積減小的放熱反應(yīng)。低溫有利于平衡正向進行，提高氨氣產(chǎn)率，故A正確；高溫平衡逆向進行，不利于提高氨氣產(chǎn)率，故B錯誤；低壓平衡逆向進行，不利于提高氨氣產(chǎn)率，故C錯誤；高壓平衡正向進行，利于提高氨氣產(chǎn)率，故D正確；催化劑只改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，不能提高氨氣產(chǎn)率，故E錯誤。
(2)原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為12.8，原料氣中N2過量的兩個理由：原料氣中N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率；N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率。
5．二甲醚(DME)被譽為“21世紀的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH1＝－111 kJ·ml－1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)
ΔH2＝－23.5 kJ·ml－1
③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
ΔH3＝－41.2 kJ·ml－1
回答下列問題：
(1)則反應(yīng)3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的ΔH＝_－286.7__kJ·ml－1。
(2)下列措施中，能提高CH3OCH3產(chǎn)率的有_AC__。
A．使用過量的CO
B．升高溫度
C．增大壓強
(3)反應(yīng)③能提高CH3OCH3的產(chǎn)率，原因是_消耗了反應(yīng)②生成的H2O(g)，有利于反應(yīng)②正向進行，同時生成了H2有利于反應(yīng)①正向移動__。
(4)將合成氣以eq \f(n?H2?,n?CO?)＝2通入1 L的反應(yīng)器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH，其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強變化關(guān)系如圖1所示，下列說法正確的是_A__。
A．ΔHp1
C．p2>p1>p3 D．p2>p1＝p3
解析：根據(jù)勒夏特列原理，改變某一外界條件時，平衡只能向減弱這種改變的方向移動。
4．已知：2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g) ΔH＝－197.8 kJ·ml－1。起始反應(yīng)物為SO2和O2(物質(zhì)的量之比為21，且總物質(zhì)的量不變)SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(%)隨溫度和壓強的變化如下表，下列說法不正確的是( B )
A．一定壓強下降低溫度，SO2的轉(zhuǎn)化率增大
B．在不同溫度、壓強下，轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所需要的時間相等
C．使用催化劑可以縮短反應(yīng)達到平衡所需的時間
D．工業(yè)生產(chǎn)通常不采取加壓措施是因為常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已相當(dāng)高
解析：由表格數(shù)據(jù)及勒夏特列原理知，針對放熱反應(yīng)，一定壓強下降低溫度，平衡正向移動，反應(yīng)物SO2的轉(zhuǎn)化率增大，A正確；由于在不同溫度、壓強下，化學(xué)反應(yīng)速率不一定相等，故轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所需要的時間不一定相等，B錯誤；催化劑對化學(xué)平衡移動無影響，但可以縮短到達平衡所花的時間，C正確；由圖中數(shù)據(jù)可知，不同溫度下，1.01×105Pa(常壓)下SO2的轉(zhuǎn)化率分別為99.2%，97.5%，93.5%，已經(jīng)相當(dāng)高了，且加壓后轉(zhuǎn)化率升高并不明顯，所以沒有必要通過加壓提高轉(zhuǎn)化率，D正確。
二、非選擇題
5．甲醇是一種重要的有機化工原料，需求量巨大。我國獨創(chuàng)的聯(lián)醇工藝的核心是采用一氧化碳加氫中壓合成法，主要反應(yīng)如下：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－111.0 kJ·ml－1
另有副反應(yīng)：4CO＋2H2O===3CO2＋CH4等；中壓法操作：壓力為10～15 MPa，溫度控制在513～543 K，所用催化劑是CuO－ZnO－Al2O3。合成甲醇的流程如圖所示：
請回答：
(1)實際生產(chǎn)中CO不能過量，以免生成羰基鐵使催化劑失去活性，而氫氣過量是有益的，指出兩點理由：_既可以防止或減少副反應(yīng)發(fā)生，又可帶走反應(yīng)熱避免催化劑過熱而中毒__。
(2)采取10～15 MPa壓力的作用是_加壓有利于提高CO轉(zhuǎn)化率，但也增加了能源消耗和設(shè)備強度，故宜采取經(jīng)濟效益較好的壓力__；溫度控制在513～543 K的原因是_此溫度下催化劑活性較高，甲醇產(chǎn)率較大__。
(3)原料氣中的H2S對銅催化劑影響很大，故應(yīng)先除去，通常用生石灰除雜，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 H2S＋CaO===CaS＋H2O 。
(4)若CO的轉(zhuǎn)化率為80%，當(dāng)有22.4 m3(標準狀況)CO與過量H2充分反應(yīng)(不計其他副反應(yīng))，可制得純度為96%的甲醇的質(zhì)量為_26.67__kg，同時獲得熱量_8.88×104__kJ。
解析：(1)氫氣過量提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，防止副反應(yīng)發(fā)生，大量的氣流又可帶走反應(yīng)放出的熱量。
(2)CO(g)＋2H2 (g)===CH3OH(g) ΔH＝－111.0 kJ·ml－1，正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強雖然有利于平衡正向移動，提高甲醇的產(chǎn)量，提高CO轉(zhuǎn)化率，但也增加了能源消耗和設(shè)備強度，故宜采取經(jīng)濟效益較好的壓力；正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，從有利于甲醇生成的角度考慮應(yīng)是低溫，但溫度過低達不到催化劑的活性，所以此溫度下催化劑活性較高，甲醇產(chǎn)率較大。
(3)原料氣中的H2S對銅催化劑影響很大，故應(yīng)先除去，通常用生石灰除雜，生成硫化鈣和水，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2S＋CaO===CaS＋H2O。
(4)根據(jù)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(標準狀況)的物質(zhì)的量為eq \f(22.4×103,22.4)＝103 ml，所以可制得純度為96%的甲醇的質(zhì)量為eq \f(103×80%×32×10－3,96%)≈26.67 kg，根據(jù)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH＝－111.0 kJ·ml－1，1 ml CO完全反應(yīng)放出111 kJ的熱量，103 ml×80%＝800 ml，所以放出熱量為111×800＝8.88×104(kJ)。
6．工業(yè)合成氨的反應(yīng)為：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·ml－1
(1)根據(jù)下表數(shù)據(jù)計算x＝_946__。
(2)在體積為V L的恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，其平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如表：
①判斷K1_>__K2。(填“>”“＝”或“

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第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修1

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