高中化学 第2章 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1 鲁科版选修4

1、第4节 化学反应条件的优化工业合成氨基础达标对于可逆反应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，逆反应速率减小解析：选c。达到平衡后，加入n2，平衡将正向移动，达到新平衡后，nh3的浓度会增大，而n2的浓度比原平衡的大；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，

2、但平衡逆向移动，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，平衡正向移动，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。可逆反应n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h<0，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，所以需降低温度；正反应为气体总体积减

3、小的反应，所以需增大压强；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。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，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50%解析：选c。以n2、h2为起始时，n2为10 mol，h2为30 mol，要以nh3开始反应，并且平衡时百分含量与前者相同，取nh3的量必须是20 mol。设以nh3开始反应时，氨转化的物质

4、的量为x，那么有20 molx2×10 mol×25%，x15 mol，氨的转化率：×100%75%。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，升温，正、逆反应速率都增大，但逆反应增大的程度大，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；低温下达到平衡，nh3的含量大，c错误；增大压强，平衡向右移动，nh3%增大，d正确。对于可逆反应n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h<0，下列研究目的和示意图相符的是()选项ab

5、cd研究目的压强对反应的影响(p2>p1)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示意图解析：选c。a项，p1达平衡时间短，所以p1>p2，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，向平衡体系中增加氮气，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。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 mo

6、l，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，再缩小容积跟前者的相同，此时平衡正移，n(nh3)增大，即n(nh3)>1.2 mol。下面是合成氨简要流程示意图：沿x路线回去的物质是()an2和h2 b催化剂cn2 dh2解析：选a。反应混合气经过合成塔发生反应：n23h22

7、nh3，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，故再送入压缩机，循环使用，提高原料利用率。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_。an2h2nh3b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nh3b适当

8、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，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 mol·l1·s1。(3)a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；体积固定，质量不变，故密度不变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

9、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 mol·l1·s1(3)b(4)c能力提升在合成氨的反应中，n2和h2的初始加入量为110 ml、130 ml，当达到平衡时，气体的总体积变为220 ml，则生成nh3的体积为()a10 ml b20 mlc25 ml d30 ml解析：选b。根据反应方程式：n2 3h22nh3v1 32 2110 ml 130 mlv(nh3) v110 ml130 ml220 ml20 ml缩小体积也等于生成nh3的体积，即v(nh3)2

10、0 ml，故b项正确。低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为2nh3(g)no(g)no2(g)2n2(g)3h2o(g)h0。在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是()a平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大b平衡时，其他条件不变，增加nh3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小c单位时间内消耗no和n2的物质的量比为12时，反应达到平衡d其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大解析：选c。该反应的正反应为放热反应，升温，平衡逆向移动，平衡常数减小，a项错误；增加氨气的浓度，氮氧化物的转化率增大，b项错误；单位时间内消耗no和n2的物质的量之比

11、为12时，表示正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，c项正确；催化剂不能使化学平衡移动，不改变转化率，d项错误。下图表示反应n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h<0在某一时间段中反应速率与反应时间的曲线关系图。下列说法正确的是()a氨气的体积分数最高的一段时间为t5t6bt2t3和t3t4时间段氨气的体积分数相等ct1时刻改变的条件是降低温度dt4t5时间内平衡向正反应方向移动解析：选b。由于t1t2，t4t5平衡均向逆反应方向移动，氨气体积分数最高的是t0t1，a、d项不正确；t3t4平衡没有移动，b项正确；温度降低，正、逆反应速率均减慢，c项不正确。合成氨工业对国民经济和社会发展

12、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点的值大解析：选d。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。反应am(g)bn(g) cp(g)dq(g)达到平衡时，m的体

13、积分数y(m)与反应条件的关系如图所示。其中：z表示反应开始时n的物质的量与m的物质的量之比。下列说法正确的是()a同温同压同z时，加入催化剂，平衡时q的体积分数增加b同压同z时，升高温度，平衡时q的体积分数增加c同温同z时，增加压强，平衡时q的体积分数增加d同温同压时，增加z，平衡时q的体积分数增加解析：选b。本题考查了平衡移动原理的应用。a项，加入催化剂只能改变反应速率，不会使平衡移动；b项，由图像(1)知，随着温度的升高，m的体积分数降低，说明正反应吸热，所以温度升高，平衡正向移动，q的体积分数增加；c项，对比(1)(2)可以看出，相同温度条件下，压强增大，m的体积分数增大，所以正反应是

14、体积缩小的反应，增大压强，q的体积分数减小；d项由c项可以判断也不对。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 19.1%42.2%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

15、量总小于92.4 kj，其原因是_。(2)实际上从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值的根本原因是_。a表中所测数据有明显误差b生产条件控制不当c氨的分解速率大于预测值d合成塔中的反应未达到平衡状态(3)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 kj×292.4 kj，该反应的热化学方程式为n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h92.4 kj·mol1。由

16、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 1x 2.83x 2x根据题意：×100%15%，解得x0.248。n2、h2的转化率之比2.8311.07。答案：(1)n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h92.4 kj·mol1合成氨的反应是一个

17、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11.07在一容积为2 l的密闭容器中，加入0.2 mol n2和0.6 mol h2，在一定条件下发生反应：n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h<0，反应中nh3的物质的量浓度的变化情况如下图所示，请回答下列问题：(1)根据上图，计算从反应开始到平衡时，平均反应速率v(nh3)为_。(2)该反应达到平衡时h2的转化率为_。(3)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其他条件不变，若改变反应温度，达到新平衡时nh3的物质的量浓度不可能

18、为_(填序号)。a0.20 mol·l1 b0.12 mol·l1c0.10 mol·l1 d0.08 mol·l1(4)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，若在第8分钟末达到新的平衡(此时nh3的浓度约为0.25 mol·l1)，请在上图中画出第5分钟末到此平衡时nh3浓度的变化曲线。(5)若该反应在298 k、398 k时的化学平衡常数分别为k1、k2，则k1_k2(填“>”、“”或“<”)。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 mol·l1，v(nh3)为0.025 mol·l1·min1；此时h2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00.4 mol之间，浓度介于00.2 mol·l1之间，但且温度与题中平衡温度不同，所以nh3的物质的量浓