2020_2021学年高中化学第二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__工业合成氨作业含解析鲁科版选修42021031716

1、第4节 化学反应条件的优化工业合成氨一、选择题1下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是()A使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B高压比常压条件更有利于合成氨的反应C500 左右比室温更有利于合成氨的反应D合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率解析：催化剂不影响平衡移动；合成氨采用500 是综合考虑反应速率和转化率及催化剂的活性温度；采用循环操作与平衡移动无关。答案：B2对于可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，下列研究目的和示意图相符的是()ABCD研究目的压强对反应的影响(p2p1p3Bp2p3p1Cp2p1p3 Dp2p1p3解析：根据勒夏特列原理，改

2、变某一外界条件时，平衡只能向减弱这种改变的方向移动。答案：B4对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，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，而增大压强无此作用解析：本题考查运用平衡移动原理及化学反应速率理论来解决问题的实际应用能力。对于化学反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，催化剂只能降低反应所需的活化能，增大反应速率常数，提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速

3、率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。答案：C5下面是合成氨的简要流程示意图：沿x路线回去的物质是()AN2和H2B催化剂CNH3 DH2解析：反应混合气经过合成塔发生反应：N23H22NH3，成分变为N2、H2、NH3的混合气体，经冷凝，NH3液化，N2、H2沸点很低，未液化，故再送入压缩并且循环使用，提高原料利用率。答案：A6将3 mol N2和5 mol H2通入密闭容器，在适宜条件下发生反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，反应达到平衡状态时生成NH3 2mol，则N2与H2的平衡转化率之比为()A13 B35C12 D59解析：生成NH3

4、2 mol时，反应N2 1 mol、H2 3 mol。N2的平衡转化率为，H2的平衡转化率为，N2与H2的平衡转化率之比为59。答案：D7有平衡体系：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H甲B平衡后N2的浓度：乙甲CH2的平衡转化率：乙甲D平衡混合气体中H2的体积分数：乙甲解析：因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A项正确。假设开始时乙容器的体积也是甲的2倍(如图所示)，则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的体积压缩至与甲相等(如图中丙)，则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动，即N2、H2的平衡转化率增大，它们在平衡混合气体中的体积分数减小，故C项正确，D项错误。此时

5、，丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大，但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍，而丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍，B项正确。答案：D10在一定温度下，在定压容器a与定容容器b中，分别盛入体积比为13的N2和H2，开始时体积相同，达到平衡时，N2的转化率应该是()Aa大 Bb大Ca、b一样大 D不一定解析：设定容容器b中N2的转化率为，对定压容器a先进行等容操作，此时N2的转化率为， 因为该反应为气体分子数减少的反应，则此时压强变小，为保持压强不变，需压缩气体增大压强，此时平衡向右移动，N2的转化率进一步增大。所以a大。答案：A11某条件下

6、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体积的比是()A. B.C. D.解析：方法一：通过假设反应前N2、H2的物质的量，结合反应过程中转化量与化学方程式中化学计量数的关系，列式求算。设起始时H2为a mol，N2为b mol，平衡时NH3的物质的量为x mol，则 3H2N22NH3起始时/mol a b 0转化量/mol x平衡时/mol x依题意可得方程式：100%25%化简得：。方法二：设反应后平衡时混合气体的体积为100 L，则氨气为25 L，根据该反应的特点知反应前混合气体体积为125 L，则反应后缩小的气体体积与原反应物体

7、积的比是。答案：A12已知常温常压下，N2(g)和H2(g)生成2 mol NH3(g)放出92.4 kJ热量。在同温同压下向密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2，达到平衡时放出热量为Q1 kJ，向另一体积相同的密闭容器中通入0.5 mol N2、1.5 mol H2和1 mol NH3，相同条件下达到平衡时放出热量为Q2 kJ，则下列关系式正确的是()A2Q2Q192.4 BQ2Q192.4CQ1Q292.4 DQ1Q292.4解析：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，放出热量92.4 kJ，由于此反应是可逆反应，在同温同压下向密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2，

8、生成氨的物质的量小于2 mol，所以Q192.4 kJ；在另一容器中充入0.5 mol N2、1.5 mol H2、1 mol NH3，达到平衡后氨的物质的量与上一平衡相同，在合成NH3的过程中放出的热量Q2必小于Q1。答案：B二、非选择题13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

9、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

10、)13(3)不(4)逆向变小(5)正向(6)变小不变14一密闭体系中发生下列反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)Hv正，平衡向逆反应方向移动，对照反应式可看出条件变化应是“升高温度”；t3时刻，v正、v逆都同等程度加快，应是“加催化剂”；t4时刻，v正、v逆都减慢，且v正v逆，平衡逆向移动，所以是由“减小压强”引起的。由于t1t2时间段和t4t5时间段，平衡都向逆反应方向移动，氨百分含量都减小，所以应是t0t1时间段氨的百分含量最高。答案：(1)t0t1t2t4t5t6(2)升高温度加催化剂减小压强(3)A15合成氨的温度和压强通常控制在约500 以及2050 MPa的范围，当进入合成塔

11、的N2和H2的体积比为13时，经科学实验测定，在相应条件下N2和H2反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示：20 MPa50 MPa500 19.142.2而实际上从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%。请回答下列问题：(1)298 K下合成氨时，每生成1 mol氨气，同时放出46.2 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为_。在该温度下，取1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在的条件下进行反应，测得反应放出的热量总小于92.4 kJ，其原因是_。(2)若工业生产中N2和H2按投料比12.8的比例进入合成塔，那么转化率较大的应该是_，采用此投料比的原因是_，若从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数仍为15%，则N2和H2的转化率之比是_。解析：(1)根据题意，生成2 mol NH3所放出的热量为46.2 kJ292.4 kJ，该反应的热化学方程式为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1。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)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