2022北京重点校高一(下)期末化学汇编：化学反应条件的优化—工业合成氨.docx

2022北京重点校高一（下）期末化学汇编
化学反应条件的优化—工业合成氨
一、单选题
1．（2022·北京师大附中高一期末）下列措施能明显提高化学反应速率的是
A．Na与水反应时增大水的用量
B．Fe与稀H2SO4反应制取H2时，改用98％的浓H2SO4
C．AgNO3溶液与盐酸反应时，增大压强
D．恒温恒容条件下，进行工业合成氨反应时，增加氮气的量
2．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）工业合成氨反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92.4kJ/mol。下列措施有利于提高H2平衡转化率的是
A．升高温度 B．增大压强
C．使用铁触媒做催化剂 D．增大H2的浓度
3．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）某温度下，在密闭容器中进行反应：H2(g)+CO2(g)⇌H2O(g)+CO(g)    ΔH>0，已知H2(g)和CO2(g)的初始浓度均为0.01mol·L-1，测得H2的平衡转化率为60%，下列说法不正确的是
A．CO2的平衡转化率为60%
B．升高温度平衡常数K增大
C．该温度下反应的平衡常数K=2.25
D．若初始H2(g)、CO2(g)、H2O(g)、CO(g)浓度均为0.01mol·L-1，则反应逆向进行
4．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）在50%负载型金属催化作用下，可实现低温下甲烷化。发生的反应有：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
将与按照一定流速通过催化氧化管，测得的转化率与的选择性[选择性]随温度变化如图所示。下列说法正确的是

A．反应Ⅱ的平衡常数可表示为
B．其他条件不变，增大压强可提高的选择性
C．其他条件不变，升高温度，出口处甲烷的量一直增大
D．在X点所示条件下，延长反应时间不能提高的转化率
5．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）一定温度下，将气体X和Y各0.4mol充入2L恒容密闭容器中，发生反应：，K=1。其中Y呈红棕色，其他气体均无色。下列事实不能说明反应达到平衡状态的是
A．容器内气体颜色保持不变 B．容器内气体密度保持不变
C．c(X)=c(N)=0.1mol·L-1 D．X的转化率达到50%
6．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）一定温度下，容积为的密闭容器中发生反应：  ，容器中部分物质的含量见表()：
反应时间/

0
1.2
0.6
0
0

0.8

0.2

下列说法正确的是A．内，的平均化学反应速率为
B．该温度下，反应的化学平衡常数
C．达到化学平衡状态时，的转化率为
D．若升高温度，平衡逆向移动
7．（2022·北京·清华附中高一期末）已知反应：2H2O2=2H2O+O2↑，下列措施不能加快该反应的速率的是
A．升高温度 B．加入少量MnO2固体
C．加水稀释 D．加入几滴FeCl3溶液
8．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡。下列说法正确的是
容器
温度/K
物质的起始浓度/mol·L-1
物质的平衡浓度/mol·L-1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0

Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025

A．该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅱ中c(CH3OH)小于容器Ⅰ中c(CH3OH) 的两倍
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
二、填空题
9．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。
(1)反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的化学平衡常数表达式为_______。
(2)请结合下列数据分析，工业上选用氮气与氢气反应固氮，而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是_______。
序号
化学反应
K(298K)的数值
①
N2(g) + O2(g)⇌ 2NO(g)
5×10-31
②
N2(g) + 3H2(g)⇌2NH3(g)
4.1×106

(3)对于反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，在一定条件下氨的平衡含量如下表。
温度/℃
压强/MPa
氨的平衡含量
200
10
81.5%
550
10
8.25%

①该反应为_______(填“吸热”或“放热”)反应。
②其他条件不变时，温度升高氨的平衡含量减小的原因是_______(填字母序号)。
a.温度升高，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动
b.温度升高，浓度商(Q)变大，Q>K，平衡逆向移动
c.温度升高，活化分子数增多，反应速率加快
d.温度升高，K变小，平衡逆向移动
③哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是_______。
(4)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M点数据计算N2的平衡体积分数_______；

(5)图2是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线，图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是___(填“温度”或“压强”)；判断L1、L2的大小关系并说明理由____。

10．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）在温度t1和t2下，X2(g)和 H2反应生成HX的平衡常数如下表：
化学方程式
K (t1 )
K (t2)
F2+H22HF
1.8×1036
1.9×1032
Cl2+H22HCl
9.7×1012
4.2×1011
Br2+H22HBr
5.6×107
9.3×106
I2+H22HI
43
34

(1)已知t2>t1，HX的生成反应是_______反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)HX的电子式是_______。
(3)共价键的极性随共用电子对偏移程度的增大而增强，HX共价键的极性由强到弱的顺序是_______。
(4)X2都能与H2反应生成HX，用原子结构解释原因：_______。
(5)K的变化体现出X2化学性质的递变性，用原子结构解释原因：_______，原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱。
(6)仅依据K的变化，可以推断出：随着卤素原子核电荷数的增加，_______(选填字母)
a. 在相同条件下，平衡时X2的转化率逐渐降低
b. X2与H2反应的剧烈程度逐渐减弱
c. HX的还原性逐渐
d. HX的稳定性逐渐减弱
三、原理综合题
11．（2022·北京·首都师范大学附属中学高一期末）二甲醚(CH3OCH3)是重要的化工原料，可用CO和H2制得，总反应的热化学方程式如下。
2CO (g) +4H2 (g) CH3OCH3 (g)+ H2O (g)  ΔH = -206.0 kJ/mol
工业中采用“一步法”，通过复合催化剂使下列甲醇合成和甲醇脱水反应同时进行：
i.甲醇合成反应：
ii.甲醇脱水反应：2CH3OH (g) CH3OCH3 (g)+ H2O (g)，ΔH = -24.0 kJ/mol
(1)起始时向容器中投入2 mol CO和4 mol H2，测得某时刻上述总反应中放出的热量为51.5kJ，此时CO的转化率为_______。
(2)请补全甲醇合成反应的热化学方程式：_______。
(3)甲醇脱水反应2CH3OH (g) CH3OCH3 (g)+ H2O (g) 在某温度下的化学平衡常数为400.此温度下，在恒容密闭容器中加入一定量的CH3OH(g)，测得某时刻各组分浓度如下表所示。此时反应_______(填“已达到”或“未达到”)化学平衡状态。
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
浓度/(mol/L)
0.02
0.4
0.4

(4)生产二甲醚的过程中存在以下副反应，与甲醇脱水反应形成竞争：
CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g) +3H2 (g) ΔH = +48.8 kJ/mol
将反应物混合气按进料比n(CO)∶n(H2) = 1∶2通入反应装置，选择合适的催化剂。在不同温度和压强下，测得二甲醚的选择性分别如图1、图2所示。
资料：二甲醚的选择性是指转化为二甲醚的CO在全部CO反应物中所占的比例。

①图1中，温度一定，压强增大，二甲醚选择性增大的原因是_______。
②图2中，温度高于265℃后，二甲醚选择性降低的原因有_______。

参考答案
1．D
【分析】增大化学反应速率的措施有：增大浓度、压强，升高温度，使用催化剂等，增大单位体积的活化分子数目或增大活化分子百分数，从而增大反应速率，增大压强只对有气体参加的反应有影响。
【详解】
A．水为纯液体，增大水的用量，浓度不变，化学反应速率不变，故A不符合题意；
B．常温下Fe在浓硫酸中发生钝化，不能增大化学反应速率，故B不符合题意；
C．增大压强只对有气体参加的反应有影响，AgNO3溶液与盐酸反应时，增大压强，不能增大化学反应速率，故C不符合题意；
D．恒温恒容条件下，进行工业合成氨反应时，增加氮气的量，反应物的浓度增大，化学反应速率增大，故D符合题意；
故答案选D。
2．B
【详解】
A．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，H2平衡转化率减小，A项错误；
B．增大压强，平衡向总体积减小的方向移动，平衡正向移动，H2平衡转化率增大，B项正确；
C．催化剂可改变反应速率，平衡不移动，H2平衡转化率不变，C项错误；
D．增大反应物的浓度平衡正向移动，由于增加的氢气大于平衡移动消耗的氢气，H2的转化率减小，D项错误；
答案选B。
3．D
【详解】
A．根据题目已知信息，列三段式：

因此，二氧化碳的平衡转化率为60%，A项正确；
B．此反应为吸热反应，温度升高，平衡正向进行，平衡常数K增大，B项正确；
C．依据选项A中的三段式，该温度下平衡常数,C项正确；
D．若初始H2(g)、CO2(g)、H2O(g)、CO(g)浓度均为0.01mol·L-1，则此时浓度熵,平衡正向移动，D项错误；
答案选D。
4．B
【详解】
A．反应Ⅱ的平衡常数可表示为，故A错误；
B．反应Ⅰ为气体体积不变的反应，增大压强，平衡不移动，反应Ⅱ正向气体分子数减小，增大压强，平衡正向移动，CH4的选择性提高，故B正确；
C．生成甲烷的反应Ⅱ和Ⅲ正向均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，出口处甲烷的量减小，故C错误；
D．由图可知，在X点二氧化碳的转化率未达到最大值，说明此时反应未达到平衡，延长反应时间，反应达到平衡，二氧化碳的转化率增大，故D错误；
故选：B。
5．B
【详解】
A．Y为红棕色，气体气体无色，所以未平衡时Y的浓度会发生变化，容器内气体颜色会发生变化，当其不变时说明Y的浓度不再改变，反应达到平衡，A不符合题意；
B．反应物和生成物都是气体，所以气体总质量始终不变，容器恒容，则无论是否平衡，密度都不发生变化，即密度不变不能说明反应达到平衡，B符合题意；
C．根据题目所给条件可知初始投料为c(X)=c(Y)=0.2mol/L，根据反应方程式可知，当c(X)=c(N)=0.1mol/L时，容器内c(X)=c(Y)= c(M)=c(N)=0.1mol/L，则Qc==1=K，说明反应到达平衡，C不符合题意；
D．X的转化率达到50%，即此时Δc(X)=0.2mol/L×50%=0.1mol/L，根据C选项的计算可知此时Qc=K，说明反应到达平衡，D不符合题意；
综上所述答案为B。
6．B
【详解】
A．内，A的物质的量的变化量为1.2mol-0.8mol=0.4mol，根据化学方程式，可得D的物质的量为0.4mol，D的平均化学反应速率为，A项错误；
B．该温度下，反应的化学平衡常数，B项正确；
C．t1时，B参与反应的物质的量为0.4mol，剩余0.2mol，t2时，B的物质的量是0.2mol，故t1时反应已经达到平衡，故A的转化率=，C项错误；
D．  ，升高温度反应正向进行，D项错误；
答案选B。
7．C
【详解】
A．升高温度能够增加单位体积内活化分子数以及有效碰撞频率，能够加快化学反应率，故A项不选；
B．MnO2对H2O2分解具有催化作用，能够降低活化能，使单位体积内活化分子数增加，从而增加有效碰撞频率，能够加快化学反应率，故B项不选；
C．加水稀释会降低单位体积内活化分子数，使有效碰撞频率降低，化学反应速率将降低，故C项选；
D．FeCl3对H2O2分解具有催化作用，能够降低活化能，使单位体积内活化分子数增加，从而增加有效碰撞频率，能够加快化学反应率，故D项不选；
综上所述，不能加快该反应的速率的是C项，故答案为C。
8．D
【详解】
A．根据一边倒，I与III容器投料一样多，容器Ⅱ是I的2倍；比较I与III容器，温度降低，甲醚的物质的量增加，说明降低温度，平衡正向移动，则正向是放热反应，故A错误；
B．该反应是反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，恒容条件下，容器I与II是等效平衡，所以容器I与II中甲醇的体积分数相同，故B错误；
C．容器I、Ⅱ是等比等效，容器III中的温度比容器Ⅱ的温度高，正反应放热，平衡逆向移动，容器Ⅱ中c(H2)小于容器Ⅲ中c(H2)的两倍，故C错误；
D．温度越高反应速率越快，达到衡所需时间越短，故D正确；
故答案选D。
9．     K=     氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度     放热     d     提高合成氨反应的化学反应速率     8%     压强     L1<L2 合成氨反应为放热反应，压强相同时，升高温度，N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)， 平衡逆向移动，NH3的体积分数降低。
【详解】
(1)平衡常数指平衡时生成物浓度幂次方乘积比上反应物浓度幂次方乘积，故该反应平衡常数表达式为K=；
(2)平衡常数越大，说明反应物转化率越高，N2与H2反应的平衡常数远大于N2与O2反应的平衡常数，所以与H2反应时，N2转化率更高，故此处填：氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度；
(3)
①由数据知，温度升高，NH3的平衡含量降低，说明平衡逆向移动，故逆向为吸热反应，则正反应为放热反应，故此处填“放热”；
②a．温度升高，正逆反应速率都增大，a说法错误；b．温度升高瞬间，容器体积不变，气体浓度不变，故Q不变，但K减小，故平衡逆向移动，b说法错误；c．选项说法正确，但未解释氨平衡含量减小的原因，c不符合题意；d．温度升高，平衡逆向移动，K减小，导致氨平衡含量减小，d符合题意；故答案选d；
③高温不利于平衡正向移动，故哈伯选择550℃不是考虑平衡移动的原因，而是为了增强催化剂的活性，加快反应速率，故此处填提高合成氨反应的化学反应速率；
(4)M点对应H2、N2投料比为4，假设H2为4 mol，N2为1mol，平衡时N2转化x mol，列三段式如下： ，平衡时气体总物质的量=(1-x+4-3x+2x) mol=(5-2x) mol，则NH3的体积分数=，解得x=，则N2的体积分数=；
(5)若X代表温度，温度升高，平衡逆向移动，NH3体积分数减小，与图示不符，故X代表压强，L代表温度；合成氨反应为放热反应，压强相同时，升高温度，N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) 平衡逆向移动，NH3的体积分数降低，故L2＞L1。
10．
(1)放热
(2)
(3)HF、HCl、HBr、HI
(4)卤素原子的最外层电子数均为7
(5)同一主族元素从上到下原子核外电子层数依次增多
(6)abd
【解析】
（1）由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，所以HX的生成反应是放热反应；
（2）HX属于共价化合物，H-X之间形成的化学键是极性共价键，因此HX的电子式是 ；
（3）F、Cl、Br、I属于ⅦA，同主族元素自上而下随着核电荷数的增大，原子核外电子层数逐渐增多，导致原子半径逐渐增大，因此原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，从而导致非金属性逐渐减弱，即这四种元素得到电子的能力逐渐减弱，所以H-F键的极性最强，H-I的极性最弱，因此HX共价键的极性由强到弱的顺序是HF、HCl、HBr、HI；
（4）卤素原子的最外层电子数均为7个，在反应中均易得到一个电子而达到8电子的稳定结构。而H原子最外层只有一个电子，在反应中也想得到一个电子而得到2电子的稳定结构，因此卤素单质与氢气化合时易通过一对共用电子对形成化合物HX；
（5）平衡常数越大，说明反应越易进行，F、Cl、Br、I的得电子能力依次减小的主要原因是：同一主族元素从上到下原子核外电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，核对最外层电子的吸引力依次减弱造成的；
（6）随着卤素原子核电荷数的增加，K值越小，说明反应的正向程度越小，即转化率越小，故a正确；随着卤素原子核电荷数的增加，K值越小，说明反应的正向程度越小，说明X2与H2越来越难发生反应，剧烈程度也逐渐减弱，故b正确；c 中HX的还原性与K的大小无直接联系，故c错误；反应的正向程度越小，说明生成物越不稳定，越易分解，故d正确； 故选abd。
【点睛】该题的综合性较强，解答该题的关键是温度与平衡常数的关系，结合卤素原子结构的知识，即核电荷数的增加，电子层数逐渐增加，最外层都是7个电子，体现出X2化学性质的递变性。
11．     25%     2CO(g)+4H2(g)⇌2CH3OH(g)  △H = -182.0 kJ/mol或CO(g)+2H2(g)⇌ CH3OH(g)  △H = -91.0 kJ/mol     已达到     增大压强，副反应CH3OH(g)+H2O(g)⇌ CO2(g)+3H2(g)逆向移动被抑制，主反应中2CH3OH (g)⇌ CH3OCH3 (g)+ H2O (g)不受压强影响     主反应中2CH3OH (g)⇌CH3OCH3 (g)+ H2O (g)正向为放热反应，升高温度平衡逆移，二甲醚选择性降低；副反应CH3OH(g)+H2O(g)⇌ CO2(g)+3H2(g)正向为吸热反应，升高温度平衡正移，副产物增加，二甲醚选择性降低。
【详解】
(1)
CO的转化率=×100%=25%；
(2)①2CO(g)+4H2(g) ⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)，根据盖斯定律，(①-ii)÷2可得CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH (g)，则∆H==-91 kJ/mol；
(3)当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
A．反应是气体物质的量减少的反应，混合气体的总物质的量是变量，当不变时能表明平衡，A符合题意；
B．容器体积不变，混合气体总质量不变，混合气体密度始终保持不变，不能说明得到平衡，B错误；
C．反应生成物CH3OCH3(g)和H2O(g)的物质的量始终是1:1，不能表明平衡，C不符合题意；
D．每生成1mol CH3OCH3(g)，同时也消耗2mol CO，同时生成2mol CO，能表明平衡，D符合题意；
故选AD。
(4)
①副反应CH3OH(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+3H2(g) 为气体增大的反应，温度一定，压强增大，副反应平衡逆向移动，而主反应2CH3OH (g) ⇌CH3OCH3 (g)+ H2O (g)气体物质的量不变，无影响，则二甲醚选择性增大；
②主反应2CH3OH (g) ⇌ CH3OCH3 (g)+ H2O (g)  △H = -24.0 kJ/mol为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，二甲醚选择性降低；而副反应CH3OH(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+3H2(g)  △H = +48.8 kJ/mol 为吸热反应，平衡正向移动，副产物增大，二甲醚选择性降低。
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