1、第二章第二章 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡 第第四四节节 化学反应的化学反应的调控调控 基础过关基础过关 1在下列合成氨事实中 N2(g)3H2(g)2NH3(g) H0，不能用勒夏特列原理解释的是 ( ) 使用铁作催化剂有利于合成氨的反应 在高温下反应， 更有利于合成氨的反应 增 大体系的压强，可以提高氨的产量 在合成氨中要不断补充 N2、H2的混合气 A B C D 2合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下： 关于合成氨工业的说法中不正确的是( ) A混合气进行循环利用遵循绿色化学思想 B合成氨反应须在低温下进行 C对原料气进行压缩是为了增大原
2、料气的转化率 D使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动 3 硫酸是一种重要的化工产品， 目前主要采用“接触法”进行生产。 有关反应 2SO2O2 2SO3的说法中不正确的是( ) A实际生产中，SO2、O2再循环使用提高原料利用率 B实际生产中，为了提高经济效益压强越高越好 C在生产中，通入过量空气的目的是提高 SO2的转化率 D实际生产中，选定 400500 作为操作温度的主要原因是此温度下催化剂的活性最高 4下列说法不符合生产实际的是( ) A硫酸工业的尾气中含有少量 SO2，可用石灰水吸收，然后再用硫酸处理 B工业上，常采用铁触媒催化剂，在 400500 和 10
3、MPa30 MPa 的条件下合成氨 C工业合成氨造气中产生的 CO，可在催化剂作用下，与水蒸气反应生成 CO2和 H2 D在硫酸生产中，SO2催化氧化选择 1 MPa10 MPa、400500 条件下进行 5下列有关合成氨工业的说法正确的是( ) A高温、低压、催化剂都有利于提高合成氨的速率 B合成氨时将氨液化分离，可提高合成氨的产率 C工业合成氨的反应是熵减的放热反应，任何温度下均可自发进行 D目前，合成氨生产一般选择控制反应温度为 700 左右 6合成氨的温度和压强通常控制在约 500 以及 20 MPa50 MPa 的范围，且进入合成塔 的 N2和 H2的体积比为 13，经科学测定，在相
4、应条件下，N2和 H2反应所得氨的平衡浓度 (体积分数)如下表所示。 20 MPa 60 MPa 500 19.1% 42.2% 而实际从合成塔出来的混合气体中氨的含量约为 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 能力提升能力提升 72007 年诺贝尔化学奖授予德国化学家格哈德 埃特尔，以表彰其在固体表面化学研究领 域作出的开拓性贡献。 如图是氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程示意图， 下列 有关合成氨反应的叙述中不正确的是( ) A过程吸收能量、过程放出能量 B常温下该反应难以进行，是因为常温下反应物
5、的化学键难以断裂 C在催化剂的作用下，该反应的 H 变小而使反应变得更容易发生 D该过程表明，在化学反应中存在化学键的断裂与形成 8科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合成氨反应历程，如 图所示， 其中实线表示位点 A 上合成氨的反应历程， 虚线表示位点 B 上合成氨的反应历程， 吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是( ) A由图可以判断合成氨反应属于放热反应 B氮气在位点 A 上转变成 2N*速率比在位点 B 上的快 C整个反应历程中活化能最大的步骤是 2N*3H22N*6H* D从图中知选择合适的催化剂位点可加快合成氨的速率 9可逆反应 2NO2(g)N2
6、O4(g)，H0，故 C 错误；目前，合成氨生 产一般选择控制反应温度为 700 K 左右，D 错误。 6 【答案】D 【解析】表中数据为科学家通过科学实验所得，不会存在明显误差，故 A 错误；合成氨生 成过程是连续的，不会对生产条件控制不当，故 B 错误；氨气平衡时的浓度大小与速率的 大小没有直接关系，若是分解速率的影响，可以通过改变条件，降低分解速率，但无论在什 么条件下氨气的体积分数都会低于预测值，说明与氨气的分解速率无关，故 C 错误；从合 成塔出来的混合气体中氨的含量约为 15%，与科学测定结果相比偏低，只能说明合成塔中 的可逆反应并没有达到平衡状态，故 D 正确。 能力提升能力提升
7、 7 【答案】C 【解析】过程为分子中的化学键断裂生成原子，需吸收能量，过程原子重新组合成分子 需放出能量，故 A 正确；因为氮气中含氮氮三键，键能大，所以常温下该反应难以进行， 是因为常温下反应物的化学键难以断裂，故 B 正确；H 与反应条件无关，则在催化剂的作 用下，该反应的 H 仍然不变，故 C 错误；该过程表明，在化学反应中首先是旧化学键的断 裂，然后是新化学键的形成，故 D 正确。 8 【答案】C 【解析】据图可知，始态*N23H2的相对能量为 0 eV，生成物*2NH3的相对能量约为 1.8 eV，反应物的能量高于生成物，所以为放热反应，故 A 正确；图中实线标示出的位点 A 最大
8、能垒(活化能)低于图中虚线标示出的位点 B 最大能垒(活化能)，活化能越低，有效碰 撞几率越大， 化学反应速率越大， 故 B 正确； 由图像可知， 整个反应历程中 2N*3H22N* 6H*活化能几乎为零，为最小，故 C 错误；由图像可知氮气活化在位点 A 上活化能较低， 速率较快，故 D 正确。 9 【答案】C 【解析】减小容器体积，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，达到新平衡后 NO2(g) 百分含量减小；保持温度和体积不变，充入 NO2(g)或 N2O4(g)，根据等效平衡规律，相当于 在保持压强不变，体积扩大的情况下建立了等效平衡，然后又把体积压缩回原体积，此时压 强增大，平衡向正
9、反应方向移动，所以达到新平衡后 NO2(g)百分含量减小；保持温度和压 强不变， 充入 NO2(g)， 根据等效平衡规律， 建立的新平衡与原平衡是等效平衡， 所以 NO2(g) 的百分含量保持不变。 10 【答案】A 【解析】SO2和 O2转化为 SO3的反应是可逆反应，可逆反应有限度，则 SO2和 O2不能全 部转化为 SO3，A 错误；升高温度，正、逆反应速率都会加快，B 正确；化学反应的实质是 原子重新组合，在重新组合过程中，SO2中也会含有 18O，C 正确；因合成 SO 3的反应是可 逆反应，所以工业合成 SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题，D 正确。 11
10、【答案】(1)压强一定时，升高温度，SO2的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆 反应方向移动，故正反应为放热反应 (2)增大压强或在一定范围内降低温度 (3)增大压强对 SO2的转化率影响不大，但会增大成本 (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，更不能使 SO2全部转化为 SO3 (5)AD 【解析】(1)由表中数据可知，压强一定时，温度升高，SO2的转化率降低，说明升高温度有 利于平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应；(2)由表中数据可知，压强和温度对平 衡移动都有影响，增大压强 SO2的转化率增大，但增大的幅度较小，升高温度
11、SO2的转化 率减小，说明该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，所以提高该化学反应限 度的途径有增大压强或在一定范围内降低温度；(3)由表中数据可知，增大压强对 SO2的转 化率影响不大， 但会增大成本， 故通常采用常压而不是高压； (4)催化剂缩短到达平衡时间， 不影响平衡移动， 所以二氧化硫的转化率不变， 性能优越的催化剂也不可能将 SO2全部催化 氧化为 SO3；(5)减少酸雨产生的就是减少二氧化硫的排放，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 A、D。 12 【答案】.(1)防止催化剂中毒 (2)低温高压 (3)高温低压 .(4)7808
12、40 (5)部分 NH3转化为 N2 【解析】.(1)除去一氧化碳防止催化剂中毒；(2)Cu(NH3)2CH3COO(aq)CO(g)NH3(g) Cu(NH3)3CH3COO CO(aq) H0， 由反应可知， 该反应为气体体积减小的放热反应， 所以加压和采取较低的温度可使平衡向正反应方向移动，有利于 CO 的吸收；(3)要使吸收 CO 后的醋酸铜氨溶液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收 CO 的能力以供循环使用，只 要使平衡向逆反应方向移动即可，逆反应方向为气体体积增大的吸热反应，所以在高温、低 压下使平衡逆向移动。 .(4)从图像可以看出， 反应温度在 780840 ， NO 的转化率最
13、高， 故选择 780840 ；(5)从图像上看出，当温度高于 900 时，部分 NH3转化成 N2，故造 成 NO 的产率下降。 13 【答案】(1)2NH4HSO2= 一定条件2NH 3 H2O2S (2)a 90% (3)14.5% (4) 对原料气加压，分离液氨，把未反应的氮气和氢气循环使用 【解析】 (1)H2S 杂质常用氨水吸收， 产物为 NH4HS， 一定条件下向 NH4HS 溶液中通入空气， 得到单质硫并使吸收液再生， 反应过程中生成一水合氨， 依据原子守恒和电子守恒配平书写 化学方程式为 2NH4HSO2= 一定条件2NH 3 H2O2S；(2)反应CH4(g)H2O(g) C
14、O2(g) 3H2(g) H206.4 kJ mol 1，是气体体积增大的吸热反应。反应是吸热反应，升高温 度，反应速率增大，平衡正向进行，平衡体系中 H2百分含量增大，故 a 符合；增大水蒸气 浓度， 平衡正向进行， 反应速率增大， 但平衡体系中 H2百分含量不一定增大， 故 b 不符合； 加入催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，氢气百分含量不变，故 c 不符 合；降低压强，反应速率减小，平衡正向进行，氢气百分含量增大，故 d 不符合；利用反应 ，将 CO 进一步转化，可提高 H2产量，若 1 mol CO 和 H2的混合气体(CO 的体积分数为 20%)中 CO 为 0.2
15、mol，H2的物质的量，为 0.8 mol，与 H2O 反应，得到 1.18 mol CO、CO2 和 H2的混合气体，依据反应前后气体体积不变，增加的部分应该是起始的水蒸气的物质的 量为 0.18 mol，设转化的一氧化碳的物质的量为 x， CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) 起始量/mol 0.2 0.18 0 0.8 变化量/mol x x x x 平衡量/mol 0.2x 0.18x x x0.8 则 0.2xxx0.81.18 x0.18 则 CO 转化率为0.18 mol 0.2 mol 100%90%； (3)依据反应特征 N23H2=2NH3 V 1 3 2 2 平衡
16、体积 V V 即反应前后气体体积减小的量为生成氨气的体积， 相同条件下， 气体体积比等于气体物质的 量之比，由图像分析可知平衡状态时氨气体积含量 42%，设平衡时混合气体的体积为 100， 氨气为体积 42，则反应前气体体积 10042142，氮气和氢气按照 13 混合，氮气体积 142 1 435.5， 依据化学方程式计算反应的氮气体积为 21， 平衡状态氮气为 35.52114.5， 则氮气体积分数为 14.5%； (4)分析流程合成氨放出的热量通过热交换器加热反应混合气体，使反应达到所需温度， 提高合成氨原料总转化率，依据平衡移动原理分析，分离出氨气促进平衡正向进行，把平衡 混合气体中氮气和氢气重新循环使用，提高原料利用率。