2023届新高考一轮复习(多选)鲁科版第七章第4课时　化学反应的方向与化学反应的调控作业.docx

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1、第七章 第4课时化学反应的方向与化学反应的调控题号知识易中难化学反应进行的方向1,2工业合成氨34,5,6化学反应原理综合反应78,9一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)1.以下判断正确的是(A)A.C(s)+CO2(g)2CO(g)H0,该反应常温下不能自发B.2Mg(s)+O2(g)2MgO(s)H0,该反应高温才能自发C.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小D.放热反应都可以自发进行,而吸热反应不能自发进行解析:在高温下,G=H-TS0,该反应常温下不能自发,故A正确;G=H-TS0反应能进行,由于H0,若满足H-TS固体,冰在室温下自动融化成水,是熵增的过程,故B正确;放热

2、反应与反应条件无关,如燃烧反应为放热反应,需要加热或点燃,常温不反应,故C错误;高锰酸钾分解生成气体,混乱度增加,熵值增大,故D正确。3.(2021宁夏银川一中期末)下列有关合成氨工业的叙述,可用勒夏特列原理来解释的是(B)A.使用铁触媒作催化剂,使N2和H2混合气体有利于合成氨B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应C.500 左右比室温更有利于合成氨的反应D.合成氨时使用催化剂,可提高产率解析:使用铁触媒作催化剂,能加快合成氨反应速率,化学平衡不移动,故不选A;N2(g)+3H2(g)2NH3(g)正反应气体分子数减少,增大压强,平衡正向移动,高压比常压条件更有利于合成氨的反应,可用勒夏特列

3、原理解释,故选B;N2(g)+3H2(g)2NH3(g)正反应放热,升高温度平衡逆向移动,故不选C;催化剂不能使平衡移动,合成氨时使用催化剂,不能提高产率,故不选D。4.(2022山东滨州检测)目前人工固氮普遍采用的是氨的工业合成。化学家Gethard Ertl证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的过程,如图所示。下列说法错误的是(D)A.需要吸收能量B.为了提高氨的脱附速率,应适时地将氨从反应后的混合气体中分离出来C.该过程中包含旧化学键的断裂和新化学键的生成D.该催化剂可提高反应物的平衡转化率解析:时断裂N2、H2中化学键NN和HH变为单个原子N、H原子,因此需要吸收能量,A正确;从合成

4、氨气的环境中将氨气分离出来,就是减小生成物浓度,减少了氨气在催化剂表面的吸附几率,因此可以提高氨的脱附速率,B正确;在该过程中包含反应物N2、H2中旧化学键的断裂和生成物NH3中新化学键的生成,C正确;催化剂能够降低反应物、生成物的活化能,因此可提高化学反应速率,但对正、逆反应速率的影响相同,对化学平衡移动无影响,因此不能改变反应物的平衡转化率,D错误。5.合成氨工艺是人工固氮最重要的途径,已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1,实际工业生产中,合成氨的原料气N2可通过分离空气得到,H2可通过天然气和水蒸气转化制得,原料气中N2和H2物质的量之比为12.8,常

5、用工艺条件:铁触媒作催化剂,控制温度773 K、压强3.0107 Pa。假设起始反应物N2和H2物质的量之比为13,且总物质的量不变,在不同压强和温度下,反应达到平衡时,体系中NH3的物质的量分数如下表所示400 450 500 600 20 MPa0.3870.2740.1890.08830 MPa0.4780.3580.2600.129则下列说法正确的是(A)A.上述任何条件下,反应达到平衡时N2和H2的转化率之比均为1B.体系中NH3的物质的量分数越小,反应一定越先达到平衡C.反应达到平衡时,放出的热量均为92.4 kJD.600 、30 MPa条件下加入更高效的催化剂,平衡时NH3的物

6、质的量分数大于0.129解析:转化之比等于物质的化学计量数之比,充入时氮气和氢气的物质的量之比为13,转化之比也为13,故转化率相同,故A正确;反应是否达到平衡与氨气的物质的量分数大小无关,是否先达到平衡与温度、压强、浓度、催化剂有关,故B错误;反应中的H=-92.4 kJmol-1,表示有1 mol N2完全反应时放出的热量为92.4 kJ,该反应为可逆反应,反应体系中始终存在反应物和生成物,若充入1 mol N2和3 mol H2,则达到平衡时转化的N2小于1 mol,则放出的热量小于92.4 kJ,故C错误;温度太高,催化剂活性低,且催化剂也不能改变平衡状态,故D错误。二、选择题(每小题

7、有一个或两个选项符合题意)6.北京航空航天大学教授团队与中科院高能物理研究所合作,合成了Y、Sc(Y1/NC,Sc1/NC)单原子催化剂,用于常温常压下的电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示(表示稀土单原子催化剂)。下列说法正确的是(C)A.Y1/NC比Sc1/NC更有利于吸附氮气B.实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级颗粒可提高氨气的平衡转化率C.使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为N2+HNNHD.升高温度一定可以提高氨气单位时间内的产率解析:从图中可以看出,使用Sc1/NC吸附氮气的活化能更低,更有利于吸附氮气,A错误;催化

8、剂只能改变反应速率,不能影响化学平衡移动,故实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级颗粒不能提高氨气的平衡转化率,B错误;从图中可以看出,使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为N2+HNNH,C正确;从图中可知,合成氨的反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,且温度越高,催化剂吸附N2越困难,故升高温度虽然可以加快反应速率,但不一定可以提高氨气单位时间内的产率,D错误。7.(2021广东佛山模拟)苯与水煤气合成甲苯的烷基化反应可简化如下:+CO+2H2+H2O下表分析了PtZSM5催化剂应用于苯与水煤气合成甲苯的烷基化反应的相关实验数据:温度/苯平衡转化率/%甲苯和对二

9、甲苯总选择性/%甲苯选择性/%对二甲苯选择性/%4002.1763.1457.535.614253.7984.9675.469.504505.9282.2073.788.424757.0883.9978.105.89(注:表中各次实验均控制苯、CO、H2进气量比例为112,使用催化剂PtZSM5,反应压力3 MPa)下面说法错误的是(BC)A.表中数据分析了反应温度对苯与水煤气烷基化反应的影响B.反应温度升高,催化剂对目标产物选择性增大,副产物选择性降低C.450 下若苯与氢气投料比为14,则苯的平衡转化率小于5.92%D.获取上述实验数据需保证各次实验中PtZSM5催化剂的比表面积一致解析:

10、由表中数据可知,表中为不同温度下,苯与水煤气烷基化反应的数据,分析了反应温度对苯与水煤气烷基化反应的影响,故A正确;由表中数据可知,反应温度升高,400450 时,催化剂对目标产物选择性增大,副产物选择性也增大,在475 后,催化剂对目标产物选择性增大,副产物选择性降低,故B错误;450 下若苯与氢气投料比为14,氢气浓度增大,平衡正向移动,则苯的平衡转化率增大,故C错误;各次实验中PtZSM5催化剂的比表面积一致,对反应的催化效果相同,可比较温度的影响,故D正确。8.(2021吉林松原月考)以丙烯、氨气和空气(空气中O2体积分数约为20%)为原料,在催化剂条件下生产丙烯腈(CH2CHCN)的

11、过程中会同时生成副产物丙烯醛,发生的主要反应如下:CH2CHCH3(g)+NH3(g)+32O2(g)CH2CHCN(g)+3H2O(g)CH2CHCH3(g)+O2(g)CH2CHCHO(g)+H2O(g)在恒压、460 时,保持丙烯和氨气的总进料量和空气的进料量均不变,丙烯腈和丙烯醛的平衡产率随进料气中n(氨气)n(丙烯)的比值变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是(AD)A.图中曲线a表示丙烯腈的平衡产率随n(氨气)n(丙烯)比值的变化B.增大压强有利于提高反应速率和丙烯腈的平衡产率C.使用合适的催化剂可以使丙烯腈的平衡产率达到100%D.由图可知,原料氨气、丙烯和空气的理论最佳进料体

12、积比为2215解析:氨气占比增加有利于丙烯腈的合成,据图可知当n(氨气)n(丙烯)比值小于1时,随着比值增大a曲线代表的物质平衡产率增加,所以a为丙烯腈的平衡产率曲线,A正确;合成丙烯腈的反应为气体系数之和增大的反应,增大压强不利于反应正向进行,B错误;可逆反应中反应物的转化率不可能达到100%,C错误;据图可知当n(氨气)n(丙烯)=1时,丙烯腈的平衡产率最大,丙烯醛的平衡产率最小,根据合成丙烯腈的反应可知氧气的量为氨气的量的1.5倍为最佳配比,而氧气占空气的20%,所以原料氨气、丙烯和空气的理论最佳进料体积比为117.5,即2215,D正确。三、非选择题9.1,3丁二烯是重要的化工原料,工

13、业上常用1-丁烯催化脱氢的方法制备。将0.1 mol 1丁烯和0.675 mol水蒸气组成的混合气,在80 kPa恒压下进行反应:CH3CH2CHCH2(g)CH2CHCHCH2(g)+H2(g)H。请回答下列问题。(1)已知化学键键能数据如下表,由此计算H= kJmol-1。化学键CCCCCHHH键能/(kJ mol-1)348612412436(2)如图表示脱氢反应中温度对1丁烯的平衡转化率的影响,工业生产通常控制反应温度600 。请解释工业生产控制温度在600 的原因: 。此温度下反应进行2.5 h后达到平衡,从开始反应到建立平衡,以H2表示的反应速率为v(H2)=kPah-1;脱氢反应

14、的平衡常数Kp=kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,p分=p总物质的量分数)。(3)在密闭容器中反应达到平衡后,再充入1.575 mol 1-丁烯和1.625 mol 1,3-丁二烯,化学反应向(填“正反应”“逆反应”或“不移动”)方向进行。解析:(1)根据表格键能数据,H=反应物总键能-生成物总键能=2412 kJ mol-1+348 kJ mol-1-612 kJ mol-1-436 kJ mol-1=+124 kJ mol-1。(2)催化剂的活性与温度有关,600 时催化剂的活性强,1丁烯的平衡转化率高。根据题图数据,600 达到平衡时,1-丁烯的转化率为25%,列“三段式”:CH3CH

15、2CHCH2(g)CH2CHCHCH2(g)+H2(g)始/mol0.100变/mol0.025 0.0250.025平/mol0.075 0.0250.025p(H2)=80 kPa0.0250.075+0.025+0.025+0.675=2.5 kPa,p(CH2CHCHCH2)=80 kPa0.0250.075+0.025+0.025+0.675=2.5 kPa,p(CH3CH2CHCH2)=80 kPa0.0750.075+0.025+0.025+0.675=7.5 kPa,则以H2表示的反应速率为v(H2)=2.5 kPa2.5 h=1 kPah-1,平衡常数Kp=2.5 kPa2.

16、5 kPa7.5 kPa=56 kPa。(3)在密闭容器中反应达到平衡后,再充入1.575 mol 1丁烯和1.625 mol 1,3丁二烯,n(CH3CH2CHCH2)=1.575 mol+0.075 mol=1.65 mol,n(CH2CHCHCH2)=1.625 mol+0.025 mol=1.65 mol,则此时p(H2)=80 kPa0.0251.65+1.65+0.025+0.675=0.5 kPa,p(CH2CHCHCH2)=80 kPa1.651.65+1.65+0.025+0.675=33 kPa,p(CH3CH2CHCH2)=80 kPa1.651.65+1.65+0.025+0.675=33 kPa,Qc=0.5 kPa33 kPa33 kPa=0.5 kPaK=56 kPa,反应未达到平衡,向正反应方向移动。答案:(1)+124(2)600 时催化剂的活性强,1-丁烯的平衡转化率高156(3)正反应