《化学反应条件的优化—工业合成氨》习题4.doc

化学反应条件的优化-工业合成氨习题一、选择题1.不能用化学平衡移动原理说明的事实是( ) A.合成氨在高压下进行是有利的 B.温度过高对合成氨不利 C.使用催化剂能使合成氨速率加快 D.及时分离从合成塔中出来的混合气，有利于合成氨2.(双选)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，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3.可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H0，达到平衡后，为了使氢气的转化率增大，下列选项中采用的三种方法正确的是( ) 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、分离出部分氨气4.(2012衡水高二检测)在一定温度下，向一个2 L的真空密闭容器中事先装入催化剂，通入1 mol N2和3 mol H2，经过一段时间后，测得容器内压强为反应起始的0.9倍，在此时间内以H2表示的平均速率为0.1 molL-1min-1，则所经过的时间是( ) A.5 minB.4 minC.3 minD.2 min5.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)，673 K，30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。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)比上图中d点的值大6.(2012杭州高二检测)对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) Hp2，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。7.【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，再缩小容积跟前者的相同，此时平衡正移，n(NH3)增大，即n(NH3)1.2 mol。【方法技巧】常见的等效平衡题的解题方法(1)先判断条件，根据条件确定等效平衡的性质。(2)再根据条件选择投料比。(3)根据化学平衡计算的三段式的计算方法进行相关的计算。(4)给出最终答案或选项。8.【解析】(1)t时刻时，NH3生成6 mol N2 + 3H22NH3初始： a b 0t时刻： 13 9 6转化： a-13 b-9 6所以：a-13=3，a=16(2)平衡时n(NH3)=(716.825%)/22.4=8 (mol)。(3)由化学方程式知生成8 mol NH3需消耗N2 4 mol，H212 mol最后剩余N216-4=12 (mol)剩余H2为716.8/22.4812=12 (mol)则开始通入H2为：b=12+12=24 (mol)所以ab=1624=23(4)平衡时：n(N2)n(H2)n(NH3)=12128=332。答案：(1)16(2)8 mol (3)23(4)3329【解析】(1)根据题意，生成2 mol NH3所放出的热量为46.2 kJ2=92.4 kJ，该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.4 kJmol-1。 由于合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2反应不可能完全转化为NH3，所以放出的热量总小于92.4 kJ。(2)从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值，其根本原因是反应没有达到平衡状态。(3)若投料比为12.8，相当于增加了N2的用量，可以提高H2的转化率。 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)起始量 1 2.8 0变化量 x 3x 2x平衡量 1-x 2.8-3x 2x根据题意：解得x0.248。N2、H2的转化率之比答案：(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.4 kJmol-1 合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2反应不可能完全转化为NH3(2)D(3)H2增加相对廉价原料N2的用量，提高相对贵重原料H2的转化率，降低生产成本11.0710.【思路点拨】解答本题注意以下两点：(1)分析新平衡时NH3的物质的量浓度的取值范围时注意温度与图中温度不同；(2)画第5分钟末到新平衡时NH3浓度的变化曲线时注意5分钟时NH3的浓度。【解析】从反应开始到平衡时用时4分钟，NH3的物质的量浓度变化了0.1 molL -1，v(NH3)为0.025 molL-1min-1；此时氢气反应了0.3 mol，转化率为50%；初始N2和H2的物质的量分别是0.2 mol、0.6 mol，平衡时NH3的物质的量介于0 mol0.4 mol之间，浓度介于0 molL-10.2 molL-1之间；而且温度与图中平衡温度不同，所以，NH3的物质的量浓度也不可能是0.10 molL-1；将容器的体