资源描述
化学反应速率 工业合成氨
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.某化学兴趣小组用铝片与稀硫酸反应制取氢气,以下能够加快该反应速率的是( )
①用浓硫酸代替稀硫酸 ②加热 ③改用铝粉 ④增大稀硫酸的体积 ⑤加水 ⑥加入少量硫酸铜
A.①②③④⑤⑥
B.②④⑥
C.①③⑥
D.②③④⑥
答案:D
解析:用浓硫酸代替稀硫酸,铝会发生钝化;增大稀硫酸的体积但不能增大其浓度;加热能够加快该反应的反应速率;用铝粉增大了与稀硫酸的接触面积;加入少量硫酸铜可生成铜单质,铜单质会和铝形成原电池,加快了反应速率。
2.下列说法中不正确的是( )
A.升高温度能够增加活化分子的百分数
B.增大反应物浓度能够增加活化分子的百分数
C.使用催化剂既不会改变反应的限度又不会改变反应焓变
D.压强只影响有气体参加或生成的化学反应的速率
答案:B
解析:升高温度可使分子的平均能量增大,活化分子的百分数增大,A项正确;增大反应物浓度能增大单位体积内活化分子数,但不能增大活化分子的百分数,B项错误;催化剂不能影响化学反应的限度,可以降低活化能,但是反应物和生成物的总能量的差值不变(反应热不变),C项正确。
3.(2015重庆理综)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡:
CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) K=0.1
反应前CO物质的量为10 mol,平衡后CO物质的量为8 mol。下列说法正确的是( )
A.升高温度,H2S浓度增加,表明该反应是吸热反应
B.通入CO后,正反应速率逐渐增大
C.反应前H2S物质的量为7 mol
D.CO的平衡转化率为80%〚导学号95380257〛
答案:C
解析:升高温度,H2S浓度增加,说明平衡向左移动,则正反应为放热反应,A项错误;通入CO,在恒容密闭容器中相当于增大反应物浓度,故正反应速率瞬间增大,然后又逐渐减小,B项错误;设反应前H2S的物质的量为x mol,则根据方程式得:K==0.1,解之得x=7,故C项正确;α(CO)=×100%=20%,D项错误。
4.对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列研究结果和示意图相符的是( )
A
B
C
D
研究结果
压强对反应的影响
温度对反应的影响
平衡体系增加N2对反应的影响
催化剂对反应的影响
续表
A
B
C
D
图示
答案:C
解析:A项由于p1条件先达到平衡,故p1>p2,由p1p2,减小压强,化学平衡左移,NH3的体积分数应降低,错误;B项由于此反应ΔH<0,故升温平衡左移,N2的转化率降低,错误;C项增大N2的量,会使正反应速率增大,使化学平衡右移,故正确;D项使用催化剂能加快反应速率缩短到达平衡的时间,故错误。
5.(2015广东深圳模拟)在容积为2 L的密闭容器中,一定条件下发生化学反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.4 kJ·mol-1。起始反应时NO和CO各为4 mol,10 s后达到化学平衡,测得N2为1 mol。下列有关反应速率的说法中,正确的是( )
A.反应前5 s内,用NO表示的平均反应速率为0.1 mol·L-1·s-1
B.达到平衡后,升高温度,正反应速率将减小,逆反应速率将增大
C.达到平衡后,反应速率的关系有:v正(CO)=2v逆(N2)
D.保持容器体积不变,往容器中充入1 mol O2,正、逆反应速率都不改变
答案:C
解析:10 s内,由化学方程式知,参加反应的NO为2 mol,v(NO)==0.1 mol·L-1·s-1,所以,5 s内的速率不是0.1 mol·L-1·s-1,A项错误;升高温度,正、逆反应速率均加快,B项错误;由化学方程式知,v正(CO)=2v正(N2),结合C项中的关系,可说明v正(N2)=v逆(N2),即为平衡状态,C项正确;充入O2可以与NO反应,使NO的浓度减小,则正反应速率减小,逆反应速率瞬时不变,随后减小,D项错误。
6.合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图:
下列说法正确的是( )
A.t1时升高了温度
B.t2时使用了催化剂
C.t3时增大了压强
D.t4时降低了温度
答案:B
解析:由图可知:t1时刻平衡正向移动,ΔH<0,升高温度平衡应逆向移动,A项错误;t2时刻平衡未移动,且反应速率加快,改变的条件为使用了催化剂,B项正确;t3时刻平衡逆向移动,且反应速率减慢,改变的条件可能为减小压强或减小反应物浓度,C项错误;t4时刻改变的条件应为减小生成物浓度,D项错误。
7.将I2溶于KI溶液中,能配制成浓度较大的碘水,主要是发生了反应:I2(aq)+I-(aq)(aq)。该平衡体系中,的物质的量浓度与温度(T)的关系如图所示(曲线上的任何一点都代表平衡状态)。下列说法中正确的是( )
A.反应速率:v(M)>v(P)
B.平衡常数:KN<KP
C.M、N两点相比,M点的c(I-)大
D.Q点时,v(正)>v(逆)
答案:D
解析:A项中,温度越高,反应速率越大,v(M)<v(P);B项中,由题干图可知,升温,c()减小,所以平衡常数:KN>KP;C项中,M、N两点相比,M点温度低于N点温度,升温,平衡左移,所以M点的c(I-)小。
8.将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应:
2A(g)+B(g)2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,现有下列几种说法,其中正确的是( )
①用物质A表示的反应平均速率为0.3 mol·L-1·s-1
②用物质B表示的反应平均速率为0.6 mol·L-1·s-1
③2 s时物质A的转化率为70%
④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1
A.①③ B.①④ C.②③ D.③④
答案:B
解析:设2 s内B物质的量浓度减少了x mol·L-1,则
2A(g) + B(g)2C(g)
起始浓度/mol·L-1 2 1 0
变化浓度/mol·L-1 2x x 2x
2 s末时浓度/mol·L-1 2-2x 1-x 0.6
故有2x=0.6,则x=0.3。
所以v(A)==0.3 mol·L-1·s-1,v(B)=v(A)=0.15 mol·L-1·s-1,此时A的转化率为×100%=30%,2 s时物质B的物质的量浓度为1 mol·L-1-x mol·L-1=1 mol·L-1-0.3 mol·L-1=0.7 mol·L-1。
9.一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如下图所示,对该反应的推断合理的是( )
A.该反应的化学方程式为3B+4D6A+2C
B.反应进行到1 s时,v(A)=v(D)
C.反应进行到6 s时,B的平均反应速率为0.05 mol·L-1·s-1
D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等〚导学号95380258〛
答案:C
解析:各物质的物质的量变化之比等于化学方程式中化学计量数之比,Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)=(1.2-0) mol∶(1.0-0.4) mol∶(1.0-0.2) mol∶(0.4-0) mol=6∶3∶4∶2,所以化学方程式为3B+4C6A+2D,A项错误;不论在什么时刻,用各物质表示的速率之比等于化学计量数之比,B、D两项均错误。
10.一定条件下,Cu2+、Mn2+、Fe3+的浓度对乙酸在光照下催化降解速率的影响如图所示。下列判断不正确的是( )
a.Cu2+ b.Mn2+ c.Fe3+
A.该实验方案的缺陷之一是未做空白对照实验
B.Cu2+、Mn2+提高乙酸降解速率的最佳浓度为0.1 mmol·L-1
C.Fe3+不能提高乙酸降解速率
D.相同条件下,乙酸在Cu2+、Mn2+、Fe3+作用下的降解速率依次减小
答案:A
解析:各离子浓度为0时,乙酸在光照下的降解速率为70%,这一条件下的数值就是三个实验的对照实验,A选项错误。
二、非选择题(本题共3个小题,共50分)
11.(14分)草酸与高锰酸钾在酸性条件下能够发生如下反应:Mn+H2C2O4+H+——Mn2++CO2↑+H2O(未配平)。用4 mL 0.001 mol·L-1 KMnO4溶液与2 mL 0.01 mol·L-1 H2C2O4溶液,研究不同条件对化学反应速率的影响。改变的条件如下:
组别
10%硫酸
体积/mL
温度/℃
其他物质
Ⅰ
2
20
—
Ⅱ
2
20
10滴饱和MnSO4溶液
Ⅲ
2
30
—
Ⅳ
1
20
1 mL蒸馏水
(1)该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为
。
(2)如果研究催化剂对化学反应速率的影响,使用实验 和 (用Ⅰ~Ⅳ表示,下同);如果研究温度对化学反应速率的影响,使用实验 和 。
(3)对比实验Ⅰ和Ⅳ,可以研究 对化学反应速率的影响,实验Ⅳ中加入1 mL蒸馏水的目的是
。
答案:(1)2∶5
(2)Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅲ
(3)c(H+)(或硫酸溶液的浓度) 确保所有实验中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和总体积不变
解析:(1)根据电子守恒列式可得:n(Mn)×(7-2)=n(H2C2O4)×2×(4-3),则n(Mn)∶n(H2C2O4)=2∶5。
(2)研究某一因素对化学反应速率的影响时,要保证其他各条件完全相同。
(3)对比Ⅰ和Ⅳ,反应的温度、溶液的体积等都相同,仅有c(H+)不同,故可研究c(H+)对反应速率的影响。加1 mL水的目的是确保c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和总体积不变。
12.(2015福州模拟)(16分)Na2S2O8溶液可降解有机污染物4-CP,原因是Na2S2O8溶液在一定条件下可产生强氧化性自由基(S·)。通过测定4-CP降解率可判断Na2S2O8溶液产生S·的量。某研究小组探究溶液酸碱性、Fe2+的浓度对产生S·的影响。
(1)溶液酸碱性的影响:其他条件相同,将4-CP加入不同pH的Na2S2O8溶液中,结果如图甲所示。由此可知:溶液酸性增强 (填“有利于”或“不利于”)Na2S2O8产生S·。
(2)Fe2+浓度的影响:相同条件下,将不同浓度的FeSO4溶液分别加入[4-CP]=1.56×10-4 mol·L-1、[Na2S2O8]=3.12×10-3 mol·L-1的混合溶液中。反应240 min后测得实验结果如图乙所示。
已知:S2+Fe2+S·+S+Fe3+,此外还可能会发生:S·+Fe2+S+Fe3+
①实验开始前,检验FeSO4溶液是否被氧化的试剂是
(填化学式)。如被氧化可以观察到的现象是
。
②当[Fe2+]=3.2×10-3 mol·L-1时,4-CP降解率为 %,计算4-CP降解的平均反应速率的表达式为
。
③当[Fe2+]过大时,4-CP降解率反而下降,原因可能是
。
答案:(1)有利于 (2)①KSCN 溶液呈红色
②52.4 mol·L-1·min-1
③Fe2+浓度过高时,Fe2+会与S·发生反应,消耗部分S·,导致4-CP降解率下降
13.(2014天津理综)(20分)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1
一种工业合成氨的简易流程图如下:
(1)天然气中的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,写出再生反应的化学方程式:
。
(2)步骤Ⅱ中制氢气原理如下:
①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.4 kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
对于反应①,一定可以提高平衡体系中H2百分含量,又能加快反应速率的措施是 。
a.升高温度 b.增大水蒸气浓度
c.加入催化剂 d.降低压强
利用反应②,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%)与H2O反应,得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体,则CO转化率为 。
(3)图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数: 。
(4)依据温度对合成氨反应的影响,在图2坐标系中,画出一定条件下的密闭容器内,从通入原料气开始,随温度不断升高,NH3物质的量变化的曲线示意图。
(5)上述流程图中,使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是 (填序号)。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法:
。
〚导学号95380259〛
答案:(1)2NH4HS+O22NH3·H2O+2S↓
(2)a 90% (3)14.5%
(4)
(5)Ⅳ 对原料气加压;分离液氨后,未反应的N2、H2循环使用
解析:(1)NH4HS中S被氧气氧化为S单质,N转化为NH3·H2O,化学方程式为2NH4HS+O22NH3·H2O+2S↓。
(2)反应①是吸热反应,升高温度,平衡向正向移动,同时加快反应速率;增大H2O(g)浓度,H2的含量不一定增加;加入催化剂,不能改变平衡状态,H2含量不变;降低压强,反应速率减小;故选a。
根据“三部曲”法:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
始态/mol 0.2 0.8
转化/mol x x x
平衡态/mol 0.2-x x 0.8+x
根据0.2-x+x+0.8+x=1.18
x=0.18
α(CO)=×100%=90%。
(3)根据a点:H2、N2的物质的量之比为3∶1,平衡时NH3的体积分数为42%,则H2、N2的总体积分数为58%,又H2、N2按3∶1反应,平衡时体积分数之比仍为3∶1,φ(N2)=58%×=14.5%。
(4)N2和H2需要在一定温度才能发生反应,所以温度升高,φ(NH3)不断升高,又因为该反应是放热反应,达平衡后,温度升高,平衡逆向移动,φ(NH3)又降低。
(5)合成氨放出的热量通过热交换预热N2和H2进入合成塔合成氨气,故选Ⅳ。
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