9/9第5周·周末作業(yè)化學反應的方向化學反應的調控一、選擇題1.下列說法中,正確的是()A.同一物質,S(g)>S(l)>S(s)B.固體溶解是一個熵減小的過程C.能夠自發(fā)進行的反應一定是熵增加的過程D.能夠自發(fā)進行的反應一定是放熱反應2.下列關于化學反應的自發(fā)性敘述中不正確的是()A.(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)地分解產生氨氣是因為生成了易揮發(fā)的氣體,使體系的熵增大B.低溫更有利于2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的自發(fā)進行C.由鈉和水常溫下就能自發(fā)進行可知該反應一定是放熱反應D.由較低溫下CO2(g)+C(s)2CO(g)不能自發(fā)進行,則可知該反應的ΔH>03.下列關于工業(yè)合成氨的敘述正確的是()A.高溫、高壓都能縮短反應達到平衡狀態(tài)的耗時,而只有高溫有利于提高合成氨的產率B.催化劑能縮短反應達到平衡狀態(tài)所用的時間,而壓強無此作用C.及時從反應體系中分離出氨氣,有利于平衡向正反應方向移動D.工業(yè)合成氨的反應是熵增的放熱反應,在任何溫度下都能自發(fā)進行4.下列關于化學反應的調控措施說法不正確的是()A.硫酸工業(yè)中,為使黃鐵礦充分燃燒,可將礦石粉碎B.硝酸工業(yè)中,氨的氧化使用催化劑是為了增大反應速率,提高生產效率C.對于合成氨的反應,如果調控好反應條件,可使一種反應物的轉化率達到100%D.硫酸工業(yè)中,為提高SO2的轉化率,可通入稍過量的空氣5.某工業(yè)生產中發(fā)生反應:2A(g)+B(g)2M(g)ΔH<0。下列有關該工業(yè)生產的說法正確的是()A.工業(yè)上合成M時,一定采用高壓條件,因為高壓有利于M的生成B.若物質B價廉易得,工業(yè)上一般采用加入過量的B,以提高A和B的轉化率C.工業(yè)上一般采用較高溫度合成M,因溫度越高,反應物的轉化率越高D.工業(yè)生產中常采用催化劑,因為生產中使用催化劑可提高M的日產量6.工業(yè)合成甲醇的原理為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0,其工藝流程如圖所示。下列敘述正確的是()A.“干燥凈化”的目的是防止催化劑失活B.合成甲醇時壓強越大越好C.“冷卻裝置”能提高原料平衡轉化率和反應速率D.采用“高溫”有利于提高甲醇的平衡產率7.SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質的量分數分別為7.5%、10.5%和82%時,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa不同壓強下發(fā)生反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),SO2的平衡轉化率α隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是()A.恒壓條件下,增加N2初始用量,α增大B.該反應在常溫常壓下進行最有利于提高效益C.壓強大小順序為p1>p2>p3D.其他條件不變,若將SO2、O2初始用量調整為2∶1,則α增大8.工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產NO,以氨氣、氧氣為原料,在Pt?Rh合金催化劑存在下生成NO和副產物N2的兩個競爭反應化學方程式如下:Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)現(xiàn)將1molNH3、1.45molO2充入1L恒容密閉容器中,在上述催化劑作用下發(fā)生反應,不同溫度下反應相同時間,有關物質的量關系變化曲線分別如圖所示:已知:有效轉化率=制備目標物質消耗原料的量原料總的轉化量下列說法不正確的是()A.400℃時,主要發(fā)生反應ⅡB.由圖分析工業(yè)上用氨催化氧化制備HNO3,最佳溫度約為840℃C.520℃時,NH3的有效轉化率約為33%D.反應器內存在n(NO)+2n(N2)=1mol二、非選擇題9.(14分)氮及其化合物在工農業(yè)生產、生活中有著重要作用。(1)“球磨法”是一種基于機械化學在溫和條件下由氮氣合成氨的新方案,在45℃、100kPa條件下合成氨,氨的體積分數可達82.5%,其原理如圖所示。①下列關于“球磨法”的說法正確的是。A.鐵粉碰撞活化后產生缺陷密度越大,N2的吸附率越高B.可降低氫氣與氮氣生成氨氣的焓變,使反應更易進行C.反應在溫和條件下進行,不涉及化學鍵的斷裂與形成②機械碰撞有助于鐵粉缺陷的形成,而摩擦生熱會使體系溫度升高。如圖是N2吸附量、體系溫度隨球磨轉速變化曲線,應選擇的最佳轉速約轉·min-1;若選擇500轉·min-1的轉速,N2的吸附量降低的原因是。

(2)在一種新型催化劑的作用下,用氫氣催化還原NO是目前工業(yè)上去除尾氣中NO較理想的方法。主反應:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)ΔH1=akJ·mol-1副反應:2NO(g)+H2(g)N2O(g)+H2O(g)ΔH2=bkJ·mol-1①2NO(g)+N2(g)2N2O(g)ΔH=kJ·mol-1。

②某溫度下H2的體積分數對H2?NO反應的影響如圖所示。當H2的體積分數大于600×10-6時,N2的體積分數呈下降趨勢,原因是。

10.(15分)甲醇是一種很好的燃料,可采用CO2催化加氫制甲醇,在恒容密閉容器中,1molCO2與3molH2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的反應,回答下列問題:(1)已知幾種共價鍵的鍵能如下:共價鍵COH—HH—CC—OH—O鍵能/(kJ·mol-1)799436413358467利用鍵能數據計算該反應的ΔH=;已知該反應的逆反應的活化能為ckJ·mol-1,則正反應的活化能為kJ·mol-1(用含c代數式表示)。

(2)下列措施可增大反應速率同時增大甲醇產率的是(填標號)。

A.降低溫度B.將CH3OH(g)從體系中分離出來C.充入He,使體系的總壓強增大D.再充入amolCO和3amolH2(3)為了尋找合成甲醇的適宜溫度和壓強,某同學進行實驗測得CH3OH平衡轉化率與溫度、壓強的關系如表所示。溫度/℃平衡時CH3OH的轉化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45087.588.989.289.689.755075.682.984.987.788.3工業(yè)生產中,選擇的溫度和壓強分別是、。

(4)在不同溫度下發(fā)生上述反應。反應5min,測得三個相同1L容器內CO2的物質的量如圖所示,T3溫度下,該反應的化學平衡常數K=(列出計算式);5min后,向容器Ⅲ中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g),此時v正v逆(填“>”“<”或“=”)。

第5周·周末作業(yè)1.選A同一物質氣態(tài)時的熵值最大,液態(tài)時的次之,固態(tài)時的最小,A正確;固體溶解過程,體系混亂度增大,所以是熵增的過程,B錯誤;能夠自發(fā)進行的反應不一定是熵增加的過程,要考慮焓變,C錯誤;能夠自發(fā)進行的反應可能是吸熱反應,如ΔH>0、ΔS>0,在高溫下ΔH-TΔS<0,可自發(fā)進行,D錯誤。2.選C(NH4)2CO3在室溫下分解產生氨氣等氣體,體系中氣體分子數增多,混亂度增大,即熵增大,根據熵增原理,該反應能自發(fā)進行,A選項正確;反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)是氣體分子數減少的反應,即熵減反應(ΔS<0),根據自發(fā)反應的判斷公式ΔG=ΔH-TΔS(ΔG<0反應自發(fā)進行),要使ΔG<0,在ΔH<0(該反應為放熱反應)的情況下,低溫時TΔS較小,更有利于ΔG<0,即低溫更有利于反應自發(fā)進行,B選項正確;鈉和水在常溫下能自發(fā)反應,該反應是放熱反應,但自發(fā)反應與反應是放熱還是吸熱沒有必然的因果關系,有些吸熱反應在一定條件下也能自發(fā)進行,不能僅根據反應能自發(fā)進行就判定一定是放熱反應,C選項錯誤;對于反應CO2(g)+C(s)2CO(g),該反應是氣體分子數增多的反應,熵增(ΔS>0),低溫下不能自發(fā)進行,即低溫時ΔG=ΔH-TΔS>0,因為ΔS>0,T為低溫,所以只有ΔH>0時才滿足條件,D選項正確。3.選C工業(yè)上合成NH3的反應為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92kJ·mol-1,根據外界條件對化學反應速率和化學平衡移動的影響分析判斷。高溫、高壓條件都能使單位體積內活化分子數增加,有效碰撞次數增加,從而可以加快化學反應速率,縮短反應達到平衡狀態(tài)的耗時,但是由于該反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應,因此要提高合成氨的平衡產率,可以采用適當降低溫度或增大體系的壓強的方法,而高溫會使平衡向吸熱的逆反應方向移動,不利于提高合成氨的產率,A錯誤;合成氨氣的正反應是氣體體積減小的反應,由于有氣體物質參加反應,因此增大壓強也可以加快反應速率,從而縮短反應達到平衡狀態(tài)所用的時間,B錯誤;及時從反應體系中分離出氨氣,即減小了生成物的濃度,化學平衡向正反應方向移動,因此有利于平衡向正反應方向移動,C正確;工業(yè)合成氨的反應是氣體體積減小的放熱反應,因此是熵減的放熱反應,ΔG=ΔH-TΔS<0,反應可自發(fā)進行,由于ΔH<0,ΔS<0,所以反應自發(fā)進行的條件應該是在低溫條件下,D錯誤。4.選C硫酸工業(yè)中,將礦石粉碎可以增大反應物的接觸面積,有利于黃鐵礦的充分燃燒,故A正確;硝酸工業(yè)中,氨的氧化使用催化劑,可以降低反應的活化能,加快反應速率,有利于提高生產效率,故B正確;合成氨反應為可逆反應,可逆反應不可能完全反應,所以調控反應條件不可能使反應物的轉化率達到100%,故C錯誤;根據反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),通入過量的空氣即增加氧氣的含量,反應向正方向移動,SO2的轉化率提高,故D正確。5.選D如常壓下轉化率較大,則不采用高壓,且考慮對設備的承壓要求,則不一定采用高壓,故A錯誤;加入B,平衡正向移動,A的轉化率增大,但B的轉化率減小,故B錯誤;正反應為放熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,轉化率減小,故C錯誤;催化劑可以提高反應速率,單位時間內生成更多的M,提高M的日產量,故D正確。6.選A“干燥凈化”是除去雜質以防止銅觸媒中毒失活,確保工業(yè)生產過程中的效率和產品質量,故A正確;CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)是氣體體積減小的反應,增大壓強可以使平衡正向移動,增大反應物的轉化率,但壓強過大會增加對設備材料和制造的要求,提高投資費用,在實際生產中,壓強的選擇并不是越大越好,而是需要綜合考慮多個因素,故B錯誤;CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)是放熱反應,“冷卻裝置”能提高原料平衡轉化率,但不能提高反應速率,故C錯誤;CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)是放熱反應,采用“高溫”不利于提高甲醇的平衡產率,故D錯誤。7.選C恒壓條件下,增加N2初始用量,SO2(g)、O2(g)的濃度等比例減小,相當于減小壓強,該反應是氣體體積減小的反應,減小壓強,平衡逆向移動,SO2的平衡轉化率α減小,A錯誤;雖然升高溫度,SO2的平衡轉化率減小,但實際生產當中除了考慮平衡轉化率,還需要考慮反應速率和催化劑活性,常溫下反應速率較慢,不利于提高效益,B錯誤;該反應前后氣體系數之和減小,相同溫度下,增大壓強,平衡正向移動,SO2的轉化率增大,所以p1>p2>p3,C正確;當SO2的量一定時,氧氣的用量越大,SO2的平衡轉化率越大,其他條件不變,若將SO2、O2初始用量調整為2∶1,相當于減少了氧氣的用量,SO2的平衡轉化率α減小,D錯誤。8.選D400℃時,氮氣的物質的量最大,說明主要發(fā)生反應Ⅱ,A正確;840℃時NO的產率最高,副產物氮氣產率最低,則工業(yè)用氨催化氧化制備HNO3選擇的最佳溫度是840℃,B正確;由圖知520℃時,生成氮氣和一氧化氮的物質的量均為0.2mol,則反應Ⅱ消耗氨氣的物質的量為0.4mol,反應Ⅰ消耗氨氣的物質的量為0.2mol,則NH3的有效轉化率為0.2mol0.2mol+0.4mol×100%≈33%,C正確;反應Ⅰ消耗氨氣的物質的量等于NO的物質的量,反應Ⅱ消耗氨氣的物質的量是N2的物質的量的2倍,因此n(NO)+2n(N2)等于整體上消耗氨氣的物質的量,當n(NO)+2n(N2)=1mol時,意味全部的氨氣被消耗即剩余的氨氣的物質的量為0,然而反應Ⅰ與反應Ⅱ都是可逆反應,氨氣不可能全部消耗,因此反應器內n(NO)+2n(N2)<1mol,D9.解析:(1)①鐵粉碰撞活化后產生缺陷密度越大,表面積越大,越有利于氮氣分子被吸附,因此N2的吸附率越高,故A正確;氫氣與氮氣生成氨氣的焓變不能改變,只能降低反應所需活化能,使反應更易進行,故B錯誤;“球磨法”使其分子被催化劑吸附形成[Fe(N*)],斷裂了氮氮三鍵,故C錯誤。②根據圖中信息低于400轉·min-1,氮的吸附量不大,高于400轉·min-1,溫度迅速升高,不利于氮氣吸附,所以應選擇的最佳轉速約400轉·min-1;若選擇500轉·min-1的轉速,N2的吸附量降低的原因是轉速過快,體系升高溫度過快,溫度過高不利于氮氣的吸附。(2)①將副反應的2倍減去主反應得到2NO(g)+N2(g)?2N2O(g)ΔH=(2b-a)kJ·mol-1。②根據圖中信息可以看出氮氣體積分數下降,而氨氣體積分數增加,可能原因是氫氣和生成的氮氣反應生成氨氣。答案:(1)①A②400轉速過快,體系升高溫度過快,溫度過高不利于氮氣的吸附(2)①(2b-a)②氫氣和生成的氮氣反應生成氨氣10.解析:(1)焓變等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能,ΔH=(799×2+436×3-3×413-358-467