高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化学业分层测评 鲁科版选修4.doc

化学反应条件的优化工业合成氨(建议用时：45分钟)1合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：关于合成氨工业的说法中不正确的是()a混合气进行循环利用遵循绿色化学的思想b合成氨反应须在低温下进行c对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率d使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动【解析】低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，不利于提高生产效率，答案选b。【答案】b2在合成氨工业中，为增加nh3的日产量，下列措施与平衡移动无关的是()a不断将氨分离出来b使用催化剂c采用700 k左右的高温而不是900 k的高温d采用21075107pa的压强【解析】把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，相对较低温度(700 k)利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，a、c、d都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关。【答案】b3合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为：co(g)h2o(g) co2(g)h2(g)h0反应达到平衡后，为提高co的转化率，下列措施中正确的是 () a增加压强b降低温度c增大co的浓度 d更换催化剂【解析】选项a，该反应为反应前后气体分子数相等的反应，压强对co的转化率无影响；选项b，该反应为放热反应，降低温度有利于化学平衡向右移动，提高co的转化率；增大co的浓度会降低co的转化率；选项d，更换催化剂不能使化学平衡发生移动。【答案】b4有关合成氨工业的说法中，正确的是 ()a从合成塔出来的混合气体，其中nh3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低b由于氨易液化，n2、h2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率较高c合成氨工业的反应温度控制在700 k左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动d合成氨厂采用的压强是2107 pa5107 pa，因为该压强下铁的活性最大【解析】合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但生成的nh3分离出后，再将未反应的n2、h2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，a错误，b正确；合成氨工业选择700 k左右的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，c错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择20 mpa50 mpa，d错误。 【答案】b5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的浓度比原平衡的大，n2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，缩小容器体积，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】达到平衡后，加入n2，平衡将向正反应方向移动，达到新平衡后，nh3的浓度会增大，而n2的浓度不会减小；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，缩小容器体积即增大压强，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。【答案】c6接触法制硫酸工艺中，其主要反应2so2(g)o2(g) 2so3(g)h0，在450 并有催化剂存在条件下建立平衡，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是() a及时分离出so3气体 b选择高效的催化剂c适当升高温度 d增大o2的浓度【解析】增大o2的浓度可加速反应的进行，并使平衡向正反应方向移动。【答案】d7合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h0,673 k、30 mpa下，n(nh3)和n(h2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是()a点a的正反应速率比点b的小b点c处反应达到平衡c点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(n2)不一样d其他条件不变，773 k下反应至t1时刻，n(h2)比图中d点的值大【解析】a点的反应物浓度大于b点，所以反应速率a更快；c点的时候各种物质的浓度仍在变化，并没有达到平衡；而d、e两点时达到平衡，浓度不再变化；升高温度，平衡逆向移动，氢气的浓度变大。【答案】d8将a l nh3通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管后，气体体积变为b l(气体体积均在同温同压下测定)。该b l气体中nh3的体积分数是()a. b.c. d.【解析】铁触媒既可以催化氨的合成反应，也能够催化氨的分解反应：n23h2 2nh32nh3n23h2v2 13 2可见，分解的氨的体积：(ba)l，则剩余氨的体积：a l(ba)l(2ab)l，该b l气体中nh3的体积分数是。【答案】c9在密闭容器内，使1 mol n2 3 mol h2混合发生下列反应：3h2n22nh3h0。 (1)合成氨时选择500 高温的目的是_。(2)当反应达到平衡时，n2和h2的浓度比是_。(3)当反应达到平衡时，充入氩气，并保持体积不变，平衡将_移动。(4)当达到平衡时，充入氩气，并保持压强不变，平衡将_移动，反应速率将_。(5)当达到平衡时，充入n2并保持压强不变，平衡将_移动。(6)当达到平衡时，保持体积不变，升高温度时，混合气体的平均相对分子质量_(选填“增大”“减小”或“不变”，下同)，密度_。【解析】合成氨时选择500 高温可以加快反应速率，而且工业上用的催化剂在该温度时活性最大；因为初始和转化的n2和h2的浓度比都是13，所以当反应达到平衡时，n2和h2的浓度比是13；平衡时保持体积不变，充入氩气平衡不移动；保持压强不变充入氩气，容器体积变大，反应速率将变小，平衡逆向移动；充入n2并保持压强不变，平衡将正向移动；保持体积不变，升高温度时，平衡逆向移动，混合气体的质量不变，总物质的量变大，平均相对分子质量变小，密度不变。【答案】(1)加快反应速率，工业上用的催化剂在该温度时活性最大(2)13(3)不(4)逆向变小(5)正向(6)减小不变10工业合成氨n2(g)3h2(g) 2nh3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：(1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中b点_(填“升高”或“降低”)，理由是_。(2)该反应平衡常数表达式为：k_，当浓度商q_k(填“”或“”)时，反应向右进行。(3)450 时该反应的平衡常数_500 时的平衡常数(填“”或“”)。(4)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高h2的转化率，可以采取的合理措施有_(填字母代号)。a高温高压 b加入催化剂c增加n2的浓度d增加h2的浓度e分离出nh3【解析】(1)催化剂能降低反应的活化能；(2)反应向右进行，说明qk；(3)该反应正向为放热反应，低温有利于平衡正向移动，450 时反应正向进行的程度大，即450 对应的平衡常数k大；(4)高温使化学平衡逆向移动，h2转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加n2的浓度可以提高h2的转化率，c可以；d降低h2的转化率；分离出nh3，有利于平衡右移，e可以。【答案】(1)降低催化剂能降低反应的活化能(2)(3)(4)ce11在2 l密闭容器中，合成氨反应n2(g)3h2(g) 2nh3(g)达到平衡。请回答下列问题：(1)已知：450 时nh3的浓度大于550 时，则正反应是_热反应。(2)反应进程中：02 s内n2的物质的量由2 mol变为1 mol，则v(h2)_。(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是_。ac(n2)c(h2)c(nh3)b容器内压强保持不变cv(n2)3v(h2)d容器内的密度保持不变(4)可使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的措施是_。a及时分离出nh3气体 b适当升高温度c增大压强 d选择高效的催化剂【解析】(1)450 时nh3的浓度大于550 时的浓度，说明温度升高，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应。(2)v(h2)3v(n2)0.75 moll1s1。(3)a项中浓度相等，但不一定达到平衡，只有浓度不再改变时，表示达到了平衡；该反应是反应前后气体体积不相等的反应，体积固定，故压强不变，表示该反应已达平衡；c项中未指明是正反应速率还是逆反应速率，故不能表示该反应已达平衡；d项中体积固定，质量不变，密度不变，故不能表示该反应已达平衡。(4)及时分离出nh3，减少生成物，反应速率将减小，a不符合题意；适当升高温度，平衡向逆反应方向移动，b不符合题意；增大压强，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，c符合题意；催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，d不符合题意。【答案】(1)放(2)0.75 moll1s1(3)b(4)c12一定温度下，在2 l的密闭容器中发生如下反应：a(s)2b(g) xc(g)h0，b、c的物质的量随时间变化的关系如甲图所示，达到平衡后在t1、t2、t3、t4时都只改变了一种条件，逆反应速率随时间变化的关系如乙图所示。 甲乙下列有关说法正确的是()ax2，反应开始2 min内，v(b)0.1 moll1min1bt1时降温，平衡逆向移动ct2时增大c(c)，平衡时b的物质的量分数增大dt3时可能是减小压强，平衡不移动；t4时可能是使用催化剂，c(b)不变【解析】从甲图分析，b、c在相同时间内浓度的变化量相等，则它们的系数是相等的，即x2，v(b)0.05 moll1min1，a项错。h0，正反应为放热反应，降温平衡正向移动，b项错。增大c(c)，可看成是在容器上方的虚拟容器中加入c，当达到平衡时，再压入容器中，平衡不移动，则b的物质的量分数不变，故c项错。从乙图分析，其中t3和t4条件的改变，平衡不移动，则只可能是催化剂和等体积变化中的压强改变，所以d项正确。【答案】d13对于可逆反应n2(g)3h2(g) 2nh3(g)hp1)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图示【解析】a项，p1达平衡时间短，所以p1p2，压强增大时，平衡正向移动，氨气的体积分数增大，不符合；b项，合成氨反应正向放热，温度升高平衡逆向移动，氮气的转化率变小，不符合；c项，向平衡体系中加氮气，反应速率加快，平衡正向移动，符合；d项，催化剂能缩短反应达到平衡时间，不符合。【答案】c14.co可用于合成甲醇，反应方程式为co(g)2h2(g) ch3oh(g)。co在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应h_(填“”或“”)0。实际生产条件控制在250 、1.3104 kpa左右，选择此压强的理由是_。.在其他条件相同时