2.4 化学反应的调控 同步练习（含解析）
一、单选题
1．合成氨的反应为N2+3H2 2NH3 △H=-92.4kJ/mol，下列有关说法中错误的是（ ）
A．对原料气进行压缩，可增大原料气的平衡转化率
B．采用高温条件的目的是为了提高原料的平衡转化率
C．使用催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率
D．混合气分离氨后进行循环利用，遵循绿色化学思想
2．工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0，则下列说法错误的是（ ）
A．采用循环操作可以节约生产成本、提高原料的利用率
B．原料气必须经过净化，是为了防止合成氨的催化剂“中毒”
C．采用400℃～500℃，不仅能提高化学反应速率，还能增大反应物的平衡转化率
D．合成氨工业采用高压，不仅能提高反应物的平衡转化率，还能缩短达到平衡所需的时间
3．下图所示为工业合成氨的流程图。有关说法不正确的是（ ）
A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率
C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料的转化率
D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂
4．下列说法错误的是（ ）
A．工业合成氨中，升温有利于提高反应速率和原料平衡转化率
B．对于任何化学反应来说，反应速率加快，反应进行的程度不一定增大
C．平衡移动，平衡常数不一定改变；平衡常数改变，平衡一定移动
D．化学平衡正向移动，正反应速率不一定增大
5．已知和都可做分解制的催化剂，为了探究温度对化学反应速率的影响，下列实验方案可行的是（ ）
A．
B．
C．
D．
6．合成氨工业上采用循环操作，主要是因为（ ）
A．增大化学反应速率 B．提高平衡混合物中的含量
C．降低的沸点 D．提高和的利用率
7．工业利用氮气和氢气合成氨气，一种新型合成氨的原理如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．该反应过程中N2表现出氧化性
B．该反应中 n(N2)：n(H2O)=1：3
C．该反应中H2O 把N2氧化为 NH3
D．该反应中每生成 1molNH3，转移的电子数目约为 3×6.02×1023
8．工业上合成氨采用500° C左右的温度，其原因是（ ）
①适当加快NH3的合成速率：②提高氢气的转化率： ③提高氨气的转化率： ④催化剂在500℃左右活性最好
A．① B．①②③ C．①④ D．①③④
9．工业利用氮气和氢气合成氨气：N2+3H22NH3 ΔH<0，一定温度下，在恒容的密闭容器中加入 1 mol N2和 3 mol H2合成 NH3。下列有关说法正确的是（ ）
A．充分反应后，可得到 2 mol NH3
B．升高温度，υ(正)，υ(逆)都增大
C．反应达到平衡状态后再加入 1mol N2，则υ(正)增大，υ(逆)减小
D．反应达到平衡状态时，N2、 H2、NH3物质的量浓度之比一定为 1∶3∶2
10．1905年德国化学家哈伯发明了合成氨的方法。他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖。哈伯法合成氨需要在20—50MPa的高压和500℃的高温下，用铁作催化剂，且氨转化率10%-15%。2005年6月27日美国化学会刊报道，美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2Cl2的铁化合物。用transFe(DMeOPrPE)2Cl2作催化剂，在常温常压下合成出氨，反应可表示为N2+3H22NH3，有关说法正确的是（ ）
A．不同的催化剂对化学反应速率影响均相同
B．新法合成与哈伯法相比不需要在高温条件下，可节约大量能源，极具发展远景
C．新法合成能在常温下进行是因为不需要断裂化学键
D．哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应
11．在一定温度下的定容密闭容器中，取一定量的A、B于反应容器中，当下列物理量不再改变时，表明反应：A(s)+2B(g)C(g)+D(g)已达平衡的是（ ）
A．混合气体的压强 B．混合气体的密度
C．C、D的物质的量的比值 D．气体的总物质的量
12．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为： ，下列说法错误的是
A．增大压强，活化分子百分含量不变，单位体积内活化分子增多，反应速率加快
B．该反应在低温下能自发进行
C．为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化
D．能用勒夏特列原理解释通常采用500℃有利于氨的合成
13．合成氨工业中 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，选择适宜的压强时，不需要考虑的因素是（ ）
A．反应速率 B．平衡移动 C．设备成本 D．催化剂活性
二、综合题
14．我国提出2060年前实现碳中和，为有效降低大气CO2中的含量，以CO2为原料制备甲烷、戊烷、甲醇等能源物质具有较好的发展前景。CO2在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生如下反应：
Ⅰ.主反应：
Ⅱ.副反应：
（1）已知：Ⅲ.
Ⅳ.
则
（2）CO2加氢合成甲烷时，通常控制温度为左右，其可能的原因为____
A．反应速率快 B．平衡转化率高
C．催化剂活性高 D．主反应催化剂选择性好
（3）时，向1L恒容密闭容器中充入和，初始压强为p，时主、副反应都达到平衡状态，测得，体系压强为，则内 ，平衡时选择性= (选择性，计算保留三位有效数字)
（4）以催化加氢合成的甲醇为原料，在催化剂作用下可以制取丙烯，反应的化学方程式为。该反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图中曲线a所示，已知Arhenius经验公式(为活化能，k为速率常数，R和C为常数)。则该反应的活化能 。当改变外界条件时，实验数据如图中的曲线b所示，则实验可能改变的外界条件是 。
15．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其反应为：。
（1）合成氨生产流程示意图如下。
①流程中，有利于提高原料利用率的措施是 ；有利于提高单位时间内氨的产率的措施有 。
②干燥净化中，有一步操作是用铜氨液除去原料气中的CO，其反应为：。对吸收CO后的铜氨废液应该怎样处理？请提出你的建议： 。
（2）实验室研究是工业生产的基石。下图中的实验数据是在其它条件不变时，不同温度(、、)、压强下，平衡混合物中NH3的物质的量分数的变化情况。
①曲线a对应的温度是 。
②M、N、Q点平衡常数K的大小关系是 。
答案解析部分
1．【答案】B
【解析】【解答】A．对原料气进行压缩，压强增大，平衡正向移动，可增大原料气的平衡转化率，选项A不符合题意；
B．焓变为负值，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，原料的转化率减小，选项B符合题意；
C．催化剂可降低反应的活化能，可加快反应速率，选项C不符合题意；
D．混合气分离氨后，利于平衡正向移动，进行循环利用，可减少尾气排放，遵循绿色化学思想，选项D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A.增大压强，该反应的平衡正向移动；
C.催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率；
D.绿色化学应符合“原料中的原子全部转变成所需要的产物，不产生副产物，无污染，实现零排放”，绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。
2．【答案】C
【解析】【解答】A．合成氨工业中采用循环操作，把、循环使用，可以促进反应正向进行，提高原料的利用率，节约生产成本，故A不符合题意；
B．原料气的净化就是除去原料气中的杂质，在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”(所谓“中毒”是指使催化剂催化活性降低或丧失)，所以必须除去，故B不符合题意；
C．工业上采用400℃～500℃的温度，一方面是为了提高化学反应速率，更主要的是因为催化剂在500℃左右时的活性最大，但该反应是放热反应，升高温度会使平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率降低，故C符合题意；
D．增大压强，缩小体积，浓度增大，反应速率加快，进而缩短达到平衡所需的时间，该反应是气体体积缩小的反应，增大压强会使平衡向正反应方向移动，反应物的转化率增大，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】A.该反应为可逆反应，循环操作可节约生产成本、提高原料的利用率；
B.若原料气不纯，催化剂易中毒；
D.高压可加快反应速率，增大压强会使平衡向正反应方向移动。
3．【答案】C
【解析】【解答】A.为防止催化剂中毒，反应前的混合气体氮气和氢气混合气体需要除杂净化，故A不符合题意；
B.工业合成氨的反应是气体体积减小的反应，增大压强加快反应速率，平衡正向进行，能增大反应物转化率，故B不符合题意；
C.步骤③催化剂不改变化学平衡，反应物转化率不变，反应为放热反应。升温平衡逆向进行，转化率减小，④液化氨气平衡正向进行，反应物转化率增大，⑤氮气和氢气循环使用有利于提高原料的转化率，故C符合题意；
D.氨气是工业重要的原料和酸反应生成铵盐可生产化肥外，氨气易液化，变为气体时吸收周围热量可用作制冷剂，故D不符合题意。
【分析】步骤③中的催化剂不改变反应的化学平衡，只是单纯的加快反应速率，原材料的转化率与反应速率无关，加催化剂不能提高原材料的转化率；同时，温度变高，该反应平衡逆向移动，原材料的转化率反而减小。
4．【答案】A
【解析】【解答】A．合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高原料的平衡转化率，故A符合题意；
B．如为放热反应，升高温度，增大反应速率，平衡逆向移动，反应进行的程度减小，故对于任何化学反应来说，反应速率加快，但反应进行的程度不一定增大，故B不符合题意；
C．平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，因此平衡移动，平衡常数不一定改变；平衡常数改变，则温度一定改变，平衡一定移动，故C不符合题意；
D．如果正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，但正反应速率降低，故D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】B.对于吸热反应，升高温度平衡正向移动，但对于放热反应，升高温度，平衡逆向移动；
C.化学平衡常数只与温度有关；
D.化学平衡正向移动，正反应速率不一定增大，如减小生成物浓度，平衡正向移动，但正反应速率逐渐减小。
5．【答案】D
【解析】【解答】A项没有对比实验，不符合题意；
B项中催化剂不同，温度不同，无法比较，不符合题意；
C项，前者没有催化剂，后者有催化剂，且温度不同，无法比较，不符合题意；
D项中只有温度不同，其他条件都相同，该方案可行。
【分析】
A：只有一组实验，没有对照实验，无法比较温度对反应速率的影响；
B：催化剂种类和温度都不同，不满足单一变量原则，无法确定反应速率是受温度的影响还是催化剂的影响；
C：一个有催化剂，一个没有催化剂，温度也不同，不满足单一变量原则；
D：只有温度不同，满足单一变量原则，可以探究温度对化学反应速率的影响。
6．【答案】D
【解析】【解答】合成氨工业上采用循环操作，使未反应的N2和H2进入合成塔重新反应，提高和的利用率，避免造成不必要的浪费；
故答案为：D。
【分析】依据平衡移动原理分析。
7．【答案】C
【解析】【解答】A．由图可知，反应中氮元素化合价降低被还原，氮气是反应的氧化剂，表现氧化性，故A不符合题意；
B．由图可知，反应中氮元素化合价降低被还原，氮气是反应的氧化剂，氧元素化合价升高被氧化，水是反应的还原剂，由得失电子数目守恒可得：n(N2) ×3×2= n(H2O)×2，则n(N2)：n(H2O)=1：3，故B不符合题意；
C．由图可知，反应中氮元素化合价降低被还原，氮气是反应的氧化剂，氧元素化合价升高被氧化，水是反应的还原剂，反应中水把氮气还原为氨气，故C符合题意；
D．由图可知，反应中氮元素化合价降低被还原，氨气是反应的还原产物，则反应中每生成 1mol氨气，转移的电子数目约为1mol×3×6.02×1023mol-1=3×6.02×1023，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】A.反应过程中N元素化合价降低，氮气作氧化剂；
B.该过程的总反应为 2N2+6H2O=4NH3+3O2；
C.该反应中水为还原剂；
D.根据得失电子守恒计算。
8．【答案】C
【解析】【解答】合成氨发生：N2+3H22NH3 △H＜0；升高温度可增大反应速率，适当提高氨的合成速率，故①符合题意；该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，不能提高氢气转化率或氨气的产率故②、③不符合题意；该温度时，催化剂的活性最大，有利于增大反应速率，提高生产效率，故④符合题意；
故答案为：C。
【分析】依据影响反应速率和化学平衡的因素分析；
9．【答案】B
【解析】【解答】A．氮气和氢气合成氨的反应是可逆反应，不能进行到底，所以1 mol N2 和 3 mol H2充分反应后，也不可能得到 2 mol NH3，故A不符合题意；
B．升高温度，可以增大活化分子百分数，从而加快反应速率，所以升高温度，υ(正)，υ(逆)都增大，故B符合题意；
C．反应达到平衡状态后再加入 1mol N2，增大了反应物浓度，所以υ(正)增大；氮气会和氢气反应生成氨气，使氨气浓度增大，所以υ(逆)也增大，故C不符合题意；
D．反应达到平衡状态时，N2、 H2、NH3 物质的量浓度之比和方程式的计量数之比不一定相等，故D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A.该反应为可逆反应，不能彻底进行；
B.升温能增大反应速率；
C.反应达到平衡状态后再加入 1mol N2，增大了反应物浓度，正逆反应速率均增大；
D.达到平衡状态时，浓度关系与起始量、转化率等有关。
10．【答案】B
【解析】【解答】A.不同的催化剂催化机理不同，效果也不同，对化学反应速率影响不同，故A错误；
B.高温条件需要消耗大量能源，新法合成在常温常压下合成出氨，减少能源消耗，故B正确；
C.新法实际上是降低了反应所需的能量，任何化学反应都会伴随化学键的断裂和形成，故C错误；
D.新法合成与哈伯法合成都是放热反应，故D错误。
故答案为：B
【分析】A.催化剂不同对反应速率的影响程度也不同；
B.新合成法在常温常压下即可发生，节约能源；
C.任何化学反应都存在化学键的断裂和形成；
D.合成氨的反应为放热反应。
11．【答案】B
【解析】【解答】A.由于A是固态，反应前后的气体的化学计量数之和都是2，压强始终不变，A不符合题意；
B.因为A是固体，反应两边气体的质量不相等，而体积不变，若混合气体的密度不变，说明达到了平衡状态，若是发生变化，则没有达到平衡，B符合题意
C.它们的物质的量比值始终为1：1，无法判断平衡状态，C不符合题意；
D.反应两边气体的化学计量数都是2，总的气体物质的量不会变化，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】该题主要考查学生对化学平衡判断依据的掌握情况，学生只需牢记化学平衡逆，等，动，定，变、同的特征，并灵活运用便可轻松解答。
12．【答案】D
【解析】【解答】A．增大压强，单位体积内的活化分子数目增加，但活化分子总数不变，反应速率加快，A不符合题意；
B．根据时反应能自发进行，已知、，则该反应在低温下能自发进行，B不符合题意；
C．催化剂“中毒”是因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，因此为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化，C不符合题意；
D．合成氨为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，但采用500℃是为了加快反应速率，因此不能用勒夏特列原理解释，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】A．依据增大浓度、增大压强能增大单位体积内的活化分子数；升高温度、使用催化剂可以增大活化分子百分数。
B．根据分析；
C．催化剂“中毒”是因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程；
D．依据影响反应速率和化学平衡的因素分析。
13．【答案】D
【解析】【解答】A．该反应为有气体参与的反应，因此增大压强，各物质的浓度增大，反应速率加快，提高氨气的生成速率，这是需要考虑的因素，故A不选；
B．该反应为反应前后气体的总量发生变化的反应，因此增大压强，平衡右移，有利于氨高氨气的生成，这是需要考虑的因素，故B不选；
C．增大压强，需要设备耐压能力要大，就要考虑到制造耐压设备的成本，这是需要考虑的因素，故C不选；
D．催化剂的活性与温度有关，与压强没有关系，选择适宜的压强时，不需要考虑催化剂的活性，故D可选；
故答案为：D。
【分析】催化剂的活性与压强无关，结合选项即可判断
14．【答案】（1）
（2）A；C；D
（3）；66.7%
（4）64；使用更高效的催化剂或增大催化剂的比表面积
【解析】【解答】(1)根据盖斯定律反应Ⅲ的2倍减去反应Ⅰ得到Ⅳ，则；故答案为：。
(2)CO2加氢合成甲烷时，也有副产物发生，主反应是放热反应，副反应是吸热反应，通常控制温度为左右，此时催化剂的活性高，反应速率快，由于有副反应发生，因此应是主反应催化剂选择性好，而温度高，对副反应平衡正向移动，对主反应平衡逆向移动；故答案为：ACD。
(3)时，向1L恒容密闭容器中充入和，初始压强为p，时主、副反应都达到平衡状态，测得，体系压强为，建立三段式，，2x+y=5，根据物质的量之比等于压强之比得到，解得x=2，y=1，则内，平衡时选择性；故答案为：；66.7%。
(4)根据题意和a曲线上两点得到8.0＝ 3.2×103×Ea+C，1.6＝ 3.3×10 3×Ea+C，两者方程式相减得到Ea＝64，则该反应的活化能64。当改变外界条件时，实验数据如图中的曲线b所示，斜率降低，说明活化能降低，则实验可能改变的外界条件是使用更高效的催化剂或增大催化剂的比表面积；故答案为：64；使用更高效的催化剂或增大催化剂的比表面积。
【分析】(1)根据盖斯定律计算。
(2)利用催化剂的特性分析。
(3)利用三段式计算。
(4)根据提供信息和图像进行分析。
15．【答案】（1）加压10Mpa~30Mpa、冷却液化氨、原料气循环利用；干燥净化、加压10Mpa~30Mpa、原料气的循环利用、铁触媒400~500℃；在减压下加热吸收CO后的铜氨废液、用硫酸溶液吸收氨气、并收集纯净的CO
（2）200℃；Q=M>N
【解析】【解答】（1）①是气体分子总数减小的放热反应，增大压强可促使平衡右移提高原料利用率，采用迅速冷却的方法使氨气液化并及时分离可降低速率、但促使平衡正向移动提高原料利用率；原料气循环使用能使原料气的浓度保持一定能提高N2、H2的转化率，则流程中有利于提高原料利用率的措施是加压、冷却液化氨、原料气循环利用；增大压强可提高反应速率且促使平衡右移，升温虽然使平衡左移但能提高催化剂活性大幅度提高反应速率，干燥净化能防止催化剂中毒，故有利于提高单位时间内氨的产率的措施有干燥净化、加压10Mpa~30Mpa、原料气的循环利用、铁触媒400~500℃。
②反应为放热的、气体体积缩小的可逆反应，升温、减压可促使平衡左移，产生的混合气体用硫酸溶液吸收氨气后可回收CO、铜氨溶液可进行重复利用，故答案为：对吸收CO后的铜氨废液在减压下加热、用硫酸溶液吸收氨气、并收集纯净的CO。
（2）①是气体分子总数减小的放热反应，降温可促使平衡右移、温度越低氨气的百分含量越高，所以，曲线a对应的温度是200℃。
②K只受温度影响，该反应温度升高时K值减小，b是400℃，c是600℃，上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)＞K(N)，故答案为Q=M>N。
【分析】（1）①根据影响化学平衡移动的因素分析；
②依据反应方程式，利用影响化学平衡移动的因素分析；
（2）①依据图中曲线分析；
②K只受温度影响。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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