2020学年高中化学 课时跟踪检测（十三）化学反应条件的优化工业合成氨 鲁科版选修4

课时跟踪检测（十三） 化学反应条件的优化工业合成氨1下列有关合成氨工业的说法中正确的是()A铁做催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动B升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动C增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间D合成氨采用的压强是21075107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高解析：选C催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，只能缩短反应达到平衡所需的时间，A项错误；升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B项错误；增大压强加快反应速率，C项正确；催化剂的活性取决于温度的高低，而非取决于压强的大小，D项错误。2合成氨反应使用催化剂的理由是()A使逆反应不发生B使平衡向正反应方向移动C加快正、逆反应速率，缩短达到平衡的时间D提高原料的转化率解析：选C使用催化剂，加快反应速率，缩短达到平衡时间，但平衡不移动。3合成氨时，既要使H2的转化率增大，又要使反应速率增大，可采取的方法是()A补充H2B升高温度C增大压强 D使用催化剂解析：选C合成氨反应是放热、气态物质系数减小的反应，补充H2、升高温度、增大压强、使用催化剂都能使反应速率增大，但补充H2会使H2的转化率减小；升高温度使平衡左移，H2的转化率减小；使用催化剂，平衡不移动，H2的转化率不变；只有增大压强会使平衡右移，H2的转化率增大。4如图所示是合成氨的简要流程示意图，图中沿x路线到压缩机的物质是()AN2和H2 B催化剂CN2 DH2解析：选A在合成塔中氨的产率较低，有大量未反应的N2和H2，为提高原料的利用率，将未反应的原料气循环利用。5下列措施不能使合成氨反应的速率增大的是()A升高温度 B降低温度C使用催化剂 D及时分离出NH3解析：选B在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，可知及时分离出NH3能提高合成氨反应的速率；升高温度、使用催化剂能提高合成氨反应的速率。6.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是()A提高分离技术B研制耐高压的合成塔C研制低温催化剂D探索不用N2和H2合成氨的新途径解析：选C由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为700 K，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。7一定条件下，将10.0 mol H2和1.0 mol N2充入恒容密闭容器中，发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，并达到平衡状态，则H2的转化率可能是()A15% B30%C35% D75%解析：选A对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化。利用“极限法”，假设N2完全转化，则消耗的H2的物质的量为n(H2)3n(N2)3.0 mol，但事实上，N2是不可能完全转化的，因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0 mol，故H2的转化率(H2)100%30%。8下列关于N23H22NH3反应速率与时间的关系图中，纵坐标为反应速率v，横坐标为时间t，当反应达到平衡后，条件发生改变与速率变化的关系中不符合实际的是()解析：选A合成氨反应的化学方程式的特点是：体积缩小、放热反应，所以加压和降温有利于化学平衡向着生成氨气的方向移动。达到化学平衡后，若升高温度，化学平衡左移，实际上此时是逆反应速率大于正反应速率，所以A图像错误；如果给体系加压，体系中所有物质的浓度都增大，所以正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度，所以B图像正确；使用催化剂不会使化学平衡发生移动，只能改变化学反应速率，所以C图像也是正确的；补充N2和H2，则平衡体系中反应物的浓度增加，所以正反应速率增大，分离出NH3，产物的浓度降低，所以逆反应速率减小，所以D图像正确。9在密闭容器内，使1 mol N2与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_，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下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量的变化情况。达到平衡时平衡混合物中NH3的含量(体积分数)c(投料V(N2)V(H2)13NH3的含量/%压强/MPa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(1)比较200 和300 时的数据，可判断升高温度，平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)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_。(4)实际工业生产氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，及500 对反应速率的影响，还采取了一些措施请分别写出其中的一个措施：_。解析：(1)表中数据表明：恒压时，升高温度，w(NH3)减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应。(2)由反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，合成氨适宜条件是低温、高压，此时平衡右移，反应物转化率大。(3)假设N2的用量为1 mol，H2的用量为3 mol，N2的消耗量为x mol，则：N2(g)3H2(g)2NH3(g)初始量(mol) 1 3 0转化量(mol) x 3x 2x平衡量(mol) 1x 33x 2x得：100%26.4%x0.4177(N2)100%41.77%。(4)增大反应物浓度或降低产物浓度有利于平衡右移；低温时虽然有利于化学反应正向进行，但速率较小，为提高化学反应速率，500 时加入合适的催化剂(铁)，既提高化学反应速率，又使铁的催化性能最好。答案：(1)逆反应放热(2)C(3)41.77%(4)加过量N2或及时从平衡体系中移走NH3，选择合适的催化剂(如铁)1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、分离出部分氨气解析：选D要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，根据合成氨反应的特点，由于正反应为放热反应，需降低温度；正反应为气体总体积减小的反应，需增大压强；另外还可通过及时分离出部分氨气，减小生成物浓度的方法，促使平衡右移，故选D。2下列说法能够用平衡移动原理来解释的是()A加入催化剂可以提高单位时间氨的产量B高压有利于氨的合成反应C500 高温比室温更利于合成氨的反应D恒温恒容下，在合成氨平衡体系中充入He，使压强增大，则平衡正向移动，NH3增多解析：选BA项，加入催化剂只能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，提高“单位时间”的产量，不能使化学平衡发生移动；B项，合成氨是一个气体体积减小的反应，所以增大压强，使平衡正向移动，有利于合成氨，符合平衡移动原理；C项，因为合成氨是一个放热反应，所以从化学平衡移动角度分析，应采用较低温度，500 高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动，采用500 既考虑到温度对速率的影响，更主要的是500 左右催化剂活性最大；D项，恒温恒容下充入He，He不与N2、H2、NH3反应，虽总压强增大了，实际上平衡体系各成分浓度不变，平衡不移动，NH3的产量不变。3某条件下合成氨反应达平衡时氨的体积分数为25%，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比是()A.B.C. D.解析：选A设起始时H2为a mol、N2为b mol，平衡时NH3为x mol，则3H2 N2 2NH3起始(mol): a b 0平衡(mol)：a b x依题意可得：100%25%化简得：解得：，即反应后缩小的气体的物质的量与原反应物的总物质的量之比为。根据相同条件下，体积之比等于物质的量之比，反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比为。4工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应的图像中，错误的是()解析：选C合成氨的正反应是放热反应，升高温度正、逆反应速率都增大，但逆反应速率增大的程度大，A正确；在T1时(NH3)最大，达到平衡，再升高温度，平衡逆向移动，(NH3)减小，B正确，C错误；增大压强，平衡正向移动，(NH3)增大，D正确。5合成氨反应的正反应是气态物质系数减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如图所示。下列关于合成氨工业的说法中不正确的是()A将混合气体进行循环利用符合绿色化学思想B合成氨反应需在低温下进行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速率，但不能使平衡向正反应方向移动解析：选B混合气的循环利用可以提高原料的利用率，减少污染和浪费，符合绿色化学思想，A项正确；低温有利于提高原料的转化率，但不利于提高反应速率和催化剂发挥催化作用，故合成氨不采用低温条件，B项错误；增大压强，平衡正向移动，提高了原料的转化率，C项正确；催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，D项正确。6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B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。7.对于密闭容器中的反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，在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()Aa点的正反应速率比b点的大Bc点处反应达到平衡状态Cd点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不一样D其他条件不变，温度为773 K时反应至t1时刻，n(H2)比图中d点的值小解析：选A由图可以看出，N2和H2反应生成氨气，开始时正反应速率最大，A项正确；c点时H2和NH3的物质的量相等，但二者的含量还在变化，没有达到平衡状态，B项错误；t1时反应已经达到平衡状态，d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)相同，C项错误；773 K高于673 K，升温后平衡逆向移动，t1时刻n(H2)在773 K时比673 K时的多，D项错误。8.在反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)HKC新平衡体系中NH3的含量增大DN2的平衡转化率增大解析：选D分离出NH3，使体系中NH3的含量减小，则达到新平衡前Qv(逆)，平衡向正反应方向移动，故N2的平衡转化率增大。9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)450 时该反应的平衡常数_500 时的平衡常数(填“”或“”)。(3)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)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；(3)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活化能(2)(3)ce10工业合成氨是在一定条件下进行如下反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.44 kJmol1，其部分工艺流程如图所示：反应体系中各组分的部分性质见下表气体氮气氢气氨熔点/210.01259.7777.74沸点/195.79252.2333.42回答下列问题：(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K_。随着温度的升高，K值_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)K值越大，表明_(填字母)。A其他条件相同时N2的转化率越高B其他条件相同时NH3的产率越大C原料中N2的含量