高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨巩固练习

第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨

课时作业巩固

选题表

基础题组

1.(2021·山西太原期中)乙烯可由乙烷脱氢制得:C2H6(g)C2H4(g)+

H2(g)　ΔH>0,在一定条件下反应于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,既能加快化学反应速率又能提高乙烷平衡转化率的是(　B　)

A.增大容器体积 B.升高温度

C.分离出部分氢气 D.恒压下通入氦气

解析:正反应是体积增大的吸热反应,增大容器体积,压强减小,反应速率减小,A不符合题意;升高温度反应速率增大,平衡正向移动,能提高乙烷平衡转化率,B符合题意;分离出部分氢气,反应速率减小,C不符合题意;恒压下通入氦气,相当于减小压强,反应速率减小,D不符合题意。

2.(2021·吉林通化期中)对平衡2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　

ΔH=-198 kJ·mol-1,为提高SO2的转化率,应采取的合理措施是(　B　)

A.升温、增压 B.降温、增压

C.升温、减压 D.降温、减压

解析:反应为放热反应,故降低温度,平衡正向移动,提高SO2的转化率;反应为气体体积减小的反应,故增大压强,平衡正向移动,提高SO2的转化率;故选B。

3.(2021·浙江台州月考)已知工业上常用石灰乳吸收尾气中的NO和NO2,涉及的反应为NO+NO2+Ca(OH)2Ca(NO2)2+H2O、4NO2+2Ca(OH)2Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+2H2O。下列措施一定能提高尾气中NO和NO2去除率的是(　C　)

A.加快通入尾气的速率 

B.用石灰水替代石灰乳

C.适当补充O2 

D.使用合适的催化剂

解析:加快通入尾气的速率,可能导致气体吸收不充分,尾气中NO和NO2去除率降低,故A不符合题意;用石灰水替代石灰乳,溶液中溶质的浓度减小,吸收效果变差,尾气中NO和NO2去除率降低,故B不符合题意;适当补充O2,可将尾气中过量的NO氧化为NO2被吸收,从而提高尾气中NO和NO2去除率,故C符合题意;使用催化剂只能加快反应速率,不能使平衡发生移动,不能提高尾气中NO和NO2去除率,故D不符合

题意。

4.(2021·浙江杭州期中)合成氨工业,在催化剂作用下发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),不同条件下测得平衡时的数据如下表。下列说法正确的是(　C　)

A.该反应的反应物的键能总和大于生成物的键能总和

B.工业生产中宜选择200 ℃、100 MPa条件,以提高生产效率

C.实际生产中,采取迅速冷却的方法,使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去

D.增大催化剂的比表面积(单位质量的物质所具有的总表面积),可有效加快反应速率和提高平衡转化率

解析:根据表格数据可知,当压强一定时,随着温度的升高,氨的含量不断降低,则证明升高温度不利于反应正向移动,即该反应为放热反应;当温度在200 ℃,氨的含量较高,同比条件下,增大压强虽然氨的含量在增大,但超过10 MPa以后增大幅度不大。根据分析可知,合成氨的反应为放热反应,根据ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和可知,该反应反应物的键能总和小于生成物的键能总和,A错误;根据分析可知,工业生产中宜选择200 ℃条件,但不宜选用100 MPa,因为氨的含量在此条件下升高并不明显,且成本较高,B错误;氨气易液化,实际生产中,采取迅速冷却的方法,使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去,从平衡角度考虑,平衡向正反应方向移动,从而可提高转化率与产率,C正确;增大催化剂的比表面积(单位质量的物质所具有的总表面积),可有效加快反应速率,但不会影响平衡,即不能提高平衡转化率,D错误。

能力题组

5.(2021·湖北宜昌期中)FeSO4被硫杆菌催化氧化的反应为4FeSO4+O2+2H2SO4+2H2O。硫杆菌存在时Fe2+被氧化的速率与温度的关系如图所示。下列有关说法错误的是(　B　)

A.硫杆菌作催化剂

B.Fe2+的氧化速率随温度的升高而升高

C.FeSO4被氧化的最佳温度为30 ℃

D.硫杆菌可能在40 ℃时失去生物活性

解析:由化学方程式4FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O可知,硫杆菌作催化剂,故A正确;由图像可知,Fe2+的氧化速率30 ℃之前随温度升高而升高,30 ℃之后随温度降低而降低,故B错误;由图像可知,

Fe2+的氧化速率在温度为30 ℃时最大,故C正确;40 ℃时Fe2+的氧化速率很小,可能为硫杆菌在40 ℃时失去生物活性,故D正确。

6.(2021·山东肥城期中)工业制硫酸的一步重要反应是SO2在

400～600 ℃下的催化氧化:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行,下述有关说法不正确的是(　B　)

A.使用催化剂可加快反应速率,提高反应效率

B.其他条件保持不变,温度越高,速率越快,生产效益越好

C.实际生产中选定400～600 ℃作为操作温度,其原因是在此温度下催化剂的活性最高

D.增大压强可以提高SO3产率,但高压对动力和设备要求太高,会增加生产成本

解析:使用催化剂加快了反应速率,缩短反应时间,提高反应效率,故A正确;升高温度增大活化分子百分数,化学反应速率加快,但该反应的正反应为放热反应,其他条件保持不变时,升高温度平衡逆向移动,所以生产效益不一定好,故B错误;正反应为放热反应,操作温度应考虑催化剂的活性以及反应的速率,故C正确;增大压强平衡正向移动,则可以提高SO3产率,但高压会导致对动力和设备要求太高,从而增加生产成本,为了降低成本,应该适当增大压强,故D正确。

7.(2021·安徽合肥期中)如图是光气在不同温度下的分解图像。光气,又称碳酰氯,化学式为COCl2,是一种重要的有机中间体,在农药、当今医药、工程塑料、聚氨酯材料以及军事上都有许多用途。制备光气的反应CO(g)+Cl2(g)COCl2(g),下列各项措施中,能提高光气的产率是(　B　)

A.增大容器容积 B.适当降低反应温度

C.分离出部分CO D.等容下通入惰性气体

解析:该反应是气体体积减小的反应,增大容器的容积,压强减小,平衡向逆反应方向进行,COCl2产率降低,故A不符合题意;根据图像,制备光气的反应属于放热反应,降低温度,平衡向正反应方向进行,

COCl2产率增大,故B符合题意;分离出CO,减少反应物的浓度,平衡逆向进行,COCl2产率降低,故C不符合题意;等容下,通入惰性气体,组分浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,故D不符合题意。

8.(2021·湖南长沙期中)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.5 kJ·mol-1

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)  ΔH2=-90.4 kJ·mol-1

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH3

不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,CO2平衡转化率随温度变化关系如图所示。下列说法正确的是(　D　)

A.根据盖斯定律计算ΔH3=-40.9 kJ·mol-1

B.选择合适的催化剂可以提高反应①的选择性,从而提高CH3OH的平衡转化率

C.为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,反应条件应选择高温、高压

D.T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是该温度下,主要发生反应③

解析:根据盖斯定律①-②=③,ΔH3=ΔH1-ΔH2=+40.9 kJ·mol-1,A错误;催化剂不会改变平衡转化率,B错误;结合图像可知为提高CO2的平衡转化率,温度应选择低温,由反应①和②可知为提高CH3OH的平衡产率,温度应选择低温,由反应①和②可知,要提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,压强应选择高压,即为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,反应条件应选择低温、高压,C错误;T1温度时,三条曲线几乎交于一点,说明该温度下,压强对平衡移动几乎无影响,则T1温度下,主要发生反应③,D正确。

9.(2021·浙江温州期中)在硫酸工业中,通过下列反应使SO2转化为SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1,下表列出了不同温度和压强下,反应达到平衡时SO2的转化率

(1)在生产中常用过量的空气是为了 　                        。

(2)在实际生产中,操作温度选定400～500 ℃,是因为             

                                                      　。 

(3)硫酸工业选定压强通常采用常压,做出这种选择的依据是       

                                                      　。 

解析:(1)二氧化硫转化为三氧化硫的反应是可逆反应,通入过量的空气,可以增大氧气浓度,提高成本较高的SO2的转化率。(2)二氧化硫转化为三氧化硫的反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,会降低二氧化硫的转化率,若温度过低,催化剂活性低,反应速率慢,不利于反应进行,400～500 ℃时催化剂活性最高,可最大限度提高反应速率,缩短反应达到平衡所需的时间。(3)由表格数据可知,

400～500 ℃时,常压条件下二氧化硫的转化率已经很高,若再增大压强,会增加成本,降低经济效益,所以实际生产中常采用常压。

答案:(1)增大氧气浓度,提高成本较高的SO2的转化率

(2)温度较低时,催化剂活性低,反应速率慢;温度过高,SO2的平衡转化率会降低

(3)在常压及400～500 ℃时,SO2的转化率已经很高,若增大压强,会增加成本,降低经济效益