2018年高中化学化学反应的方向、限度与速度第4节化学反应条件的优化——工业合成氨作业2鲁科版.docx

第4节 化学反应条件的优化工业合成氨知能演练轻松闯关学生用书单独成册基础温故1对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是()A都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用解析：选C。对于化学反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，催化剂只能降低反应所需活化能，增大反应速率常数，提高反应速率，缩短达到平衡状态所用时间，不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。2对于可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正确的是()A达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的小，H2的浓度比原平衡的小B达到平衡后升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率C达到平衡后缩小容器容积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率D加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，而逆反应速率减小了解析：选C。达到平衡后，加入N2，平衡将向正反应方向移动，NH3的浓度会增大，而H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器容积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。3合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJ·mol1，在反应过程中，正反应速率的变化如图所示：下列说法正确的是()At1时升高了温度Bt2时使用了催化剂Ct3时增大了压强 Dt4时降低了温度解析：选B。若t1时升高了温度，则平衡左移，v正应瞬间增大后逐渐增大至平衡，A错；若t3时增大了压强，则平衡右移，v正应瞬间增大后逐渐减小至平衡，但最终比原平衡大，C错；若t4时降低了温度，v正应瞬间减小，曲线不应相连，D错。4在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积占25%，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体的体积与原反应物体积的比值是()A1/5 B1/4C1/3 D1/2解析：选A。设平衡后混合气体的体积为100 L，则NH3的体积为25 L，由N23H22NH3知，反应前后气体体积差为2，则缩小的气体体积为25 L，反应前的气体体积为100 L25 L125 L，则缩小的气体体积与原反应物体积的比值是。5可逆反应3H2(g)N2(g)2NH3(g)H<0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是()A升高温度，降低压强，增加氮气B降低温度，增大压强，加入催化剂C升高温度，增大压强，增加氮气D降低温度，增大压强，分离出部分氨解析：选D。本题要求增加合成氨反应中氢气的转化率，即在不增加氢气的情况下，改变条件，使平衡正向移动。因合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，选项A、C均不符合题意；加入催化剂可加速反应的进行，但对平衡移动无影响，选项B不符合题意；因合成氨的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强会使平衡向正反应方向移动，增加反应物浓度或减小生成物浓度，会使平衡向正反应方向移动，所以只有选项D是正确的。6合成氨反应(正反应为放热反应)在不同温度或不同压强(p1>p2)下达到平衡时，混合气体中氨的体积分数a%随温度和压强的变化曲线正确的是()解析：选A。合成氨反应的正反应是放热反应，且是气体体积减小的反应。随温度升高，a%减小；随压强增大，a%增大，A选项图像符合。7某密闭容器中发生反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0。图中表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是()At2时加了催化剂Bt3时降低了温度Ct5时增大了压强Dt4t5时间内N2的转化率最低解析：选A。t2t3时，v(正)v(逆)>0，化学平衡不移动，可知t2时加入催化剂；t3t4时，v(逆)、v(正)均减小，且v(正)>v(逆)，化学平衡逆移，可知t3时压强减小；t5t6时，v(逆)、v(正)均增大，且v(逆)>v(正)，化学平衡逆移，可知t5时温度升高；由化学平衡移动原理可知：t6时N2的转化率最低。8已知：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJ·mol1。在相同温度下，相同容积的恒容容器中，实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：容器编号起始时各物质的物质的量/mol达到平衡时体系能量的变化平衡时氨气的体积分数N2H2NH3130放出热量23.15 kJW10.92.70.2放出热量QW2下列判断正确的是()AW1>W2，Q<23.15 kJBW1W2，Q23.15 kJCW1<W2，Q>23.15 kJDW1W2，Q<23.15 kJ解析：选D。1、3、0的配比与0.9、2.7、0.2的配比的平衡状态为等效平衡，则W1W2，但放出的热量决定于N2和H2实际消耗量，则23.15 kJ>Q。9合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0，在某一时间段t0t6中反应速率与反应过程的曲线如图所示，试回答下列问题：(1)合成氨反应已达平衡状态的时间段为_。(2)t1t2时间段是_(填改变条件，下同)使平衡向_(填“逆反应”或“正反应”，下同)方向移动；t4t5时间段是_使平衡向_方向移动。(3)在此过程中，氨的百分含量最高的一段时间是_。解析：(1)由图可知，v正v逆的状态为平衡状态，即t0t1、t2t4、t5t6三个时间段为平衡状态。(2)t1t2时间段v正、v逆都增大，且v逆增大的多，若是加压，则v正增大的多，由于正反应方向是放热反应，故升温，v正、v逆都增大，且v逆增大的多；t4t5时间段，v正、v逆都减小，且v正减小的多，依据反应的特点，故改变的条件是降低压强，平衡向逆反应方向移动。(3)t0t6时间段，除t0t1、t2t4、t5t6三个时间段为平衡状态外，t1t2、t4t5时间段都是平衡向逆反应方向移动的，故氨的百分含量是逐渐减小的，所以在t0t1时间段中氨的百分含量最高。答案：(1)t0t1、t2t4、t5t6(2)升高温度逆反应降低压强逆反应(3)t0t110在密闭容器中，使1 mol N2和3 mol H2混合发生下列反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0。(1)当反应达到平衡时，N2和H2的浓度之比为_。(2)保持体积不变，升高温度，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动，气体密度_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(3)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氩气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。(4)当反应达到平衡时，保持温度、压强不变，充入氩气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。(5)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氮气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动，氢气的转化率_(填“增大”、“减小”或“不变”)。解析：(1)以化学计量数之比通入反应物时转化率相等，故平衡时的N2和H2浓度之比为13。(2)升温平衡逆向移动，但体积不变，质量不变，故密度不变。(3)温度、体积不变，充入氩气，反应体系浓度不变，平衡不移动。(4)温度、压强不变，充入氩气，体积增大，反应体系的压强减小，平衡逆向移动。(5)温度、体积不变，充入氮气，平衡正向移动，氢气的转化率增大。答案：(1)13(2)逆向不变(3)不(4)逆向(5)正向增大能力提升11在容积固定的密闭容器中存在反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0。某研究性学习小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据做出下列关系图：下列判断正确的是()A图研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较低B图研究的是温度对反应的影响，且乙的温度较高C图研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高D图研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高解析：选A。图中反应速率为乙>甲，平衡时NH3百分含量为乙>甲，条件应为增大压强；图中反应速率为甲>乙，平衡时H2转化率为乙>甲，故应是改变温度且甲温度高；图中反应速率为甲>乙，平衡时n(混)相同，故甲使用了效率较高的催化剂。12在密闭容器内，N2、H2起始的物质的量分别为10 mol、30 mol，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同，则应加入NH3的物质的量及NH3的转化率为()A15 mol和25% B20 mol和50%C20 mol和75% D40 mol和80%解析：选C。以N2、H2开始反应时，N2为10 mol，H2为30 mol，要以NH3开始反应，并且平衡时各成分百分含量与前者相同，则NH3的物质的量必须是20 mol，故A和D是错误的。设以NH3开始反应时，氨转化的物质的量为x，那么有20 molx2×10 mol×25%，x15 mol，故氨的转化率为×100%75%。13一定温度下，向密闭容器中充入1.0 mol N2和3.0 mol H2，反应达到平衡时，测得NH3的物质的量为0.6 mol。若该容器中开始时N2的物质的量为2.0 mol，H2为6.0 mol，则平衡时NH3的物质的量为()A若为定容容器，n(NH3)1.2 molB若为定容容器，n(NH3)<1.2 molC若为定压容器，n(NH3)1.2 molD若为定压容器，n(NH3)>1.2 mol解析：选C。若为定压容器，由等效平衡原理可知C正确；若为定容容器，可假定让后者在前者2倍体积的容器中反应，建立平衡时，n(NH3)1.2 mol，再缩小容积至跟前者的相同，此时平衡正移，n(NH3)增大，即n(NH3)>1.2 mol。14氨是一种重要的化工原料，氨的合成与应用是当今重要研究内容之一。不同温度、压强下，合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2起始物质的量之比为13)。压强/MPa氨的含量/%温度/0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4回答下列有关问题：(1)比较200 和300 时的数据，可判断升高温度，平衡向_方向移动，正反应方向为_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是_。A高温高压B高温低压C低温高压 D低温低压(3)计算500 、30 MPa时N2的转化率为_。(4)实际工业生产合成氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，还采取了一些措施。请写出其中的一个措施：_。解析：(1)比较200 和300 时的数据知，随着温度升高，氨的含量有所下降，说明平衡向逆反应方向移动。由升高温度，平衡向吸热反应方向移动，逆反应为吸热反应，得正反应为放热反应；(2)由平衡移动原理知，低温高压有利于反应向生成氨的方向进行；(3)500、30 MPa时平衡混合物中氨的百分含量为26.4%，根据题中已知可把起始的N2设为x mol，H2设为3x mol，N2转化的量为y mol，利用“列三段式法”计算，即可得N2的转化率。答案：(1)逆反应放热(2)C(3)41.77%(4)加入过量的N2(或及时从平衡体系中分离出NH3)15恒温下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)。(1)若反应进行到某时刻t时，n(N2)13 mol，n(NH3)6 mol，则a的值为_。(2)反应达到平衡时，混合气体的体积为716.8 L(标准状况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%。则平衡时NH3的物质的量为_。(3)原混合气体与平衡时混合气体的总物质的量之比(写最简整数比，下同)n(始)n(平)_。(4)原混合气体中，ab_。(5)达到平衡时，N2和H2的转化率之比(N2)(H2)_。解析：(1)设反应的N2的物质的量为x mol。N23H22NH3初始量/mol: a b 0变化量/mol: x 6t时量/mol: 13 6根据上述关系，解得x3。所以ax1316。(2)平衡时NH3的物质的量为×25%32 mol×25%8 mol。(3)可利用差量法计算。假设反应过程中混合气体减少的总物质的量为y。N23H22NH3n 1 3 2 2 8 mol y解得y8 mol。所以，原混合气体总物质的量为8 mol40 mol。原混合气体与平衡时混合气体的总物质的量之比为403254。(4)前面已计算出原混合气体中a16，所以H2的物质的量的数值b401624，所以ab162423。(5)反应过程中各物质的物质的量如下：N23H22NH3起始(mol) 16 24 0转化(mol) 4 12 8则(N2)×100%25%，(H2)×100%50%，故(N2)(H2)12。答案：(1)16(2)8 mol(3)54(4)23(5)12