鲁科选修4第二章第4节化学反应条件的优化工业同步测试

1、1合成氨工业上采用了循环操作，主要原因是()A加快反应速率B提高NH3的平衡浓度C降低NH3的沸点 D提高N2和H2的利用率解析：选D。合成氨是可逆反应，在中压工艺条件下合成氨厂出口气中的氨含量一般为13%14%，循环使用可提高N2和H2的利用率。2工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是()适当提高氨的合成速率提高H2的转化率提高氨的产率催化剂在700 K时活性最大A只有 BC D解析：选D。从影响化学反应速率和催化剂的活性两方面考虑。3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

2、产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高C合成氨工业的反应温度控制在500 ，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2×1075×107 Pa，因为该压强下铁触煤的活性最大解析：选B。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，据此可知A项错误，B项正确；合成氨工业选择500 左右的温度，是综合了多方面的因素而确定的。因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，故C项错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合氨，但压强太大，对设备

3、、动力的要求更高，基于此选择了20 MPa50 MPa的高压，催化剂活性最大时的温度是500 ，故D项错误。4在N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H<0的平衡体系中，当分离出NH3时，下列说法正确的是()A平衡正向移动B平衡逆向移动C平衡体系中NH3的含量增大DN2的平衡转化率降低解析：选A。降低产物浓度，平衡正向移动，反应物的转化率提高。5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

4、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，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。6在合成氨时，既要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有()增大体积使压

5、强减小减小体积使压强增大升高温度降低温度恒温恒容，再充入等量的N2和H2恒温恒压，再充入等量的N2和H2及时分离产生的NH3使用合适的催化剂A BC D解析：选C。减小压强，产率降低，速率变慢，所以正确；升温平衡左移，降温速率变慢，所以错；相当于加压，正确，错；反应速率变慢；对平衡无影响。7(2010·高考上海理科综合能力测试)1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是()A BC D解析：选B。合成氨反应为N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H<0，加压、降温

6、、减小NH3的浓度均有利于平衡向正反应方向移动，、正确；将原料气循环利用也可提高原料的转化率，正确。8(2012·济南高二调研)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。9在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积分数为25%。若反应前后保持条件不变，

7、则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是()A1/5 B1/4C1/3 D1/2解析：选A。设平衡后混合气体的体积为100 mL，则其中氨的体积为25mL。由反应的化学方程式N23H22NH3可以看出，每生成2体积的NH3，反应体系的总体积也缩小2体积，从而推知，反应后缩小的气体体积和平衡后混合气体中NH3的体积相等，即缩小的气体体积为25 mL，则反应前的气体体积为100 mL25 mL125 mL。反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是251251/5，即选项A正确。10.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨的原理是：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H<

8、;0，生产流程如图所示。(1)X的化学式为_。(2)如图中条件选定的主要原因是(选填字母)_。A升高温度、增大压强均有利于氨的合成B铁在该温度时活性最大C工业生产受动力、材料、设备等条件的限制(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，产物中氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是(填字母)_。当横坐标为温度时，变化趋势正确的是(填字母)_。解析：(1)由合成塔中合成的流程标识知最后冷却分离出去的是液态NH3。(2)综合选择的合成条件，选择的主要原因是温度影响铁的催化活性，压强影响到设备、材料等。(3)增大压强，平衡右移，w(NH3)增大；升高温度，平衡左移，

9、w(NH3)减小。答案：(1)NH3(2)BC(3)ca11合成氨工业中，采用氮气和氢气12.8的物质的量之比进入合成塔。从合成塔出来的混合气体中，氨气占体积的15%。为使氮气和氢气得到充分利用，工业上采用将氨气分离向剩余反应物中不断补充新鲜的原料气使氮气和氢气的物质的量之比仍为12.8，并将其重新充入合成塔的方法来合成氨。(1)不用计算，说出H2、N2平衡转化率较大的是_。(2)从合成塔出来的气体_(填“<”、“>”或“”)。(3)采用相同温度、相同压强，若初始n(N2)n(H2)13，则氨气的体积分数_15%(填“<”、“>”或“”)。(4)计算氮气和氢气以12.8

10、的物质的量之比反应时H2、N2的平衡转化率_。解析：很明显，当反应物按照化学方程式中的系数之比加入时，各物质的转化率相同，生成物的体积分数最大。当不按照反应的系数比加入时，比例变小的转化率高，平衡时所占比例会更小。假设加入氮气和氢气分别为1 mol、2.8 mol，反应的氮气的物质的量为x mol，则3H2N22NH3初始物质的量/mol 2.8 1 0转化物质的量/mol 3x x 2x平衡物质的量/mol 2.83x 1x 2x×100%15%x0.248N2的平衡转化率为×100%24.8%H2的平衡转化率为×100%26.6%答案：(1)H2(2)>

11、(3)>(4)(N2)24.8%(H2)26.6%12铁在高温下可以与CO2或水蒸气反应，化学方程式及对应的平衡常数如下：Fe(s)CO2(g) FeO(s)CO(g)KcFe(s)H2O(g) FeO(s)H2(g)Kc请回答下列各题：(1)反应的平衡常数Kc的表达式为_。(2)在不同温度下，Kc和Kc的值如下表所示：T(K)KcKc9731.472.3611732.151.67a.反应的正反应是_(填“吸热”或“放热”，下同)反应，反应的正反应是_反应。b现有可逆反应：CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)，其正反应的焓变H_(填“>”或“<”)0。(3)要使反应

12、在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动，可采取的措施为_(填字母)。A缩小容器体积 B降低温度C升高温度 D使用合适的催化剂解析：由表中数据知：反应随温度升高，K增大，说明反应为吸热反应；同理知反应为放热反应。即有Fe(s)CO2(g) FeO(s)CO(g)H>0Fe(s)H2O(g) FeO(s)H2(g)H<0，将式减去式整理得：CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)HHH>0。答案：(1)Kc(2)吸热放热>(3)C13(2012·石嘴山高二竞赛考试)科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。(1)目前合成氨技术原理为：N2(g)3H2(g)

13、2NH3(g)H92.2 kJ·mol1。673 K,30 MPa下，上述合成氨反应中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的大B点c处反应达到平衡C点d和点e处的n(N2)相同D773 K,30 MPa下，t2时刻也是该反应的平衡点，则n(NH3)比图中e点的值大在容积为2.0 L恒容的密闭容器中充入0.80 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在673 K、30 MPa下进行，达到平衡时，NH3的体积分数为20%。该条件下反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数K_。(2)希腊亚里斯多德大学的两

14、位科学家曾采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H)，实现了高温常压下高转化率的电解合成氨。其实验装置如图。阴极的电极反应式为_。(3)根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应：N2(g)3H2O(l) 2NH3(g)O2(g)Ha kJ·mol1进一步研究NH3生成量与温度的关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表：T/K303313323NH3生成量/(106mol)4.85.96.0此合成反应的a _ 0；S _ 0。(填“>”、“<”或“”)已知：N2(g)3H2(g) 2NH3(

15、g)H92.2 kJ·mol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ·mol1则N2(g)3H2O(l) 2NH3(g)O2(g)H_。解析：(1)a、b两点均未达到平衡，正反应速率大于逆反应速率，且正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，则点a的正反应速率比点b的大；点c处，c(H2)c(NH3)，相等并不是不变，此点未达到平衡；点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处都是处在平衡状态，n(N2)或c(N2)不变；温度升高，合成氨的可逆反应平衡逆向移动，n(H2)或c(H2)增大，n(NH3)减小。设在反应过程中N2的物质的量的变化为x。3H2N22NH3始/mol 1.60 0.80 0变/mol 3x x 2x平/mol 1.63x 0.8x 2x×100%20%，解得x0.2。K mol2·L2。(2)合成氨反应中H2是还原剂，N2是氧化剂，N2在阴极得电子变成N3，与H2失电子之后传导过来的H结合生成N