第4节 第1课时 化学反应条件的优化-工业合成氨（原卷版）

第四节化学反应条件的优化-工业合成氨

第1课时化学反应条件的优化―工业合成氨

--------X

基础练

1.下列生活和生产中的做法或事实，与调控反应速率无关的是（）

A.牛奶放在冰箱中冷藏

B，使用加酶洗衣粉洗涤衣物

C.汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂

D.工业合成氨时，及时将氨气液化分离

2.（23・24高二上•湖北•期中）化学与生产、生活和科技息息相关，下列说法错误的是

A.火箭推动剂的发展历史是从古代的火药到液体推进剂、固体推进剂，再到现如今的高能推进剂和绿

色推进剂

B.燃油汽车上的三元催化器中的催化剂提高了反应物中活化分子百分数，加快了反应速率，进而提高

了有害物质的转化率，减少了污染物的排放

C.飞秒化学是采用10内〜10"s的时间分辨技术跟踪监测化学反应中寿命极短的中间体或过渡态的技术

D.我国科学家研制出新型催亿剂，将合成氨的温度和压强分别降到了35（）℃JMPa,在节能减排方面取

得重大突破

3.（24-25高二上•山东临沂•阶段检测）下列说法中正确的是

A.在合成氨中，为增加H2的转化率，充入的N?越多越好

B.在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保

C.工业合成氨的反应是AHvO、AS4）的反应，在任何温度下都可自发进行

D.合成氨反应选择在400〜500。（2进行的重要原因是催化剂在500°C左右时的活性最大

4.工业上用乙烯和水蒸气合成乙醇的原理为CH2=CH2（g）+H0（g）UCHWH9H（g）。如图是乙烯的转化

率随温度、压强的变化关系，下列说法正确的是

30

7.85MPa

温度/℃

A.该反应的正反应为吸热反应

B.工业上采用的压强为7MPa左右，温度为250国左右这是综合考虑反应速率和乙醇的产率等因素的结

果

C.相同温度下，压强越大，乙烯的转化率越大，平衡常数越大

D.给予足够的压强和适当的温度，可实现乙烯的转化率为100%

5.已知合成氨反应的正反应是放热反应，合成氨工业的工艺流程如K：

下列关于合成氨工业的说法中不正确的是

A.混合气进行循环利用遵循绿色化学思想

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.原料气中的氢气可由天然气和水蒸气反应制得

6.现利用测定气体密度的方法确定醋酸的相对分子质量。已知冰醋酸沸点较高（118团），且能形成二聚物，

其反应为：2cH3coOH（g）.（CH3COOH）2A”V0,为尽量使其接近真实值，测定时应采用的条件是（）

A.高温高压B.高温低压C.低温低压D.低温高压

7.合成氨反应通常控制在20〜50MPa的压强和500国左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1心,

经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度（体积分数）如表所示：

20MPa60MPa

5OC019.142.2

而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这表明

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.合成塔中的反应并未达到平衡

8.在一定条件下，合成氨的反应鬼率与各物质的浓度关系为v=kc（N2〉ci5（H2）C】（NH3）,下列条件不能加快反

应速率的是

A.加入催化剂B.增大H?的浓度C.升高温度D.增大N国的浓度

9.对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是

A.都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响

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，而压强无此作用

10.（23-24高二上•四川自贡•期中）下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是

A.①②③B.①③⑤C.②④⑤D.②③④

11.（23-24高二下•湖南长沙•阶段检测）NH3与。2作用分别生成Nz、NO、N2O的反应均为放热反应。工业

尾气中的NH3可通过催化氧化为N?除去。将一定比例的N&、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催

化剂的反应管，NH；的转化率、三成N2的选择性2〃生斐》x]00%与温度的关系如图所示。下列说法

|_〃总忖化（响）

正确的是

0o生

OO

O成

NH

的8o

ON:

的

转

选

化6oO

择

率

O性

/4o

%/

2O%

175200225250275300

温度/"C

A.其他条件不变，升高温度，N&的平衡转化率增大

B.其他条件不变，在175〜300℃范围，随温度的升高，出II处Nz浓度不断增大

C.催化氧化除去尾气中的NH,应选择反应温度高于250℃

D.高效除去尾气中的NH；,需研发低温下N%转化率高和生成N?选择性高的催化剂

12.在催化剂作用下，用乙醇制乙烯，乙醉转化率和乙烯选择性（生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的

量的比值）随温度、乙醉进料量（单位：mLminf的关系如图所示（保持其他条件相同）。

1.0

90.W

o.

O.8

1,2mLmin

-®-0.4mLmin

41042043044041042043044（1

温度/C温度/C

在410〜440团温度范围内，下列说法不氐娜的是

A.当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性升高

B.当乙醇进料量一定，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大

C.当温度一定，随乙醉进料量增大，乙醇转化率减小

D.当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大

13.如图所示的是以黄铁矿（FeS?）为主要原料接触法制硫酸工业的流程示意图（A.沸腾炉B.接触室C.吸

⑴对于B设备中SO?接触氧化的反应，下图中的甲、乙、丙分别表示在不同条件下，SO?在反应混合物中的

体积分数（V）与时间（X）的关系，请按要求填写:

①若甲图两条曲线分别表示有催叱剂和无催化剂的情况，则表示有催化剂的情况；

②若乙图两条曲线分别表示不同压强的情况，则表示压强较大的情况：

③若丙图两条曲线分别表示600E和4003的情况，则表示600团的情况。

⑵在生产中常使用过量的空气是为了。

⑶接触法制硫酸的沸腾炉处产生的炉气必须经过净化处理，目的是为了O

⑷从⑤处排出的气体是(填序号)

A.SO?、SO,B.SO2、0,C.SO：、O2D.水蒸气

⑸在B设备中加热到40第〜500团是由于①加快反应速率，(2)。

(6)对从进口⑧喷进的液体的叙述最准确的是(填序号)。

A.水B.98.3%的浓硫酸C.稀硫酸

⑺吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理得到较高浓度的SO?和佞盐，SO?既可作为生产硫酸的

原料循环再利用，也可用于工业制澳过程中吸收潮湿空气中的Br2,请写出SO?吸收Bq的离子方程式:。

14.工业常用铁铝氧化物作催化剂，用甲醇空气氧化法制甲醛，反应过程涉及如下反应：

(有关数据均在298K时测定)

反应包CHQH(g)1HCHO(g)+H2(g)AW,=+92.09kJ'hiol",/=3.92x1()”

反应机H2(g)+lo2(g)=H2O(g)

20

反应曲CH3OH(g)+^O2(g)HCHO(g)+H,O(g)AH2=-I49.71kJ?1',A：2=4.35xIO

反应温度对甲醇氧化反应的影响如图所示。

⑴用反应团制甲醛要比直接用反应0制甲醛优越，原因是O

⑵生产时,要控制瀛器为°，左右,目的是----------------------（试从反应热和反应适宜的温度

思考）。

⑶下列说法不正确的是O

A.甲醇的转化率接近100%的原因是反应团属于完全反应

B.氢气的摩尔燃烧热为-241.8kJ・mo「】

C.600K以后甲醛产率下降的原因可能是温度升高导致甲醛发生热分解反应

15.（24-25高二上•山东荷泽•阶段检测）工业合成氨的化学方程式为N2（g）+3H2（g）/2NH3（g）AHo回

答卜.列问题：

⑴反应达到平衡后，增大压强，平衡向（填“正反应”或“逆反应”）方向移动.其他条件不变，降低温度，

平衡向正反应方向移动，则AH一（填〃>"或"<"）0.

⑵若仅改变某一反应条件，反应速率（I，）与时间C）的关系如图所示。

①在6时刻曲线发生变化的原因是一（填字母）。

A.增大N2的浓度B,扩大容器体积C.加入催化剂D.升高温度

②改变条件后，电的平衡转化率(填"增大""减小〃或"不变

⑶某温度下在恒容密闭容器中充入0.20mo1.L的N?和0.50molL的H?进行反应，达平衡时N2的转化率

为50%,则该温度下平衡常数(=—。

(4)目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为lOMPa〜30Mpa。采用该压强的理由是,

提升练

1.在硫酸工业中，在催化剂条件下使so?氧化为SO3：2SO2(g)+O2(g);^2SO.(g)△〃=—196.6kJ/mol。

卜.表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO?的转化率。卜列说法正确的是

温度/C平衡时SO?的转化率/%

0.1MPa0.5MPaIMPa5MPalOMPa

45C97.598.999.299.699.7

55C85.692.994.997.798.3

A.该反应在任何条件下均能自发进行

B.实际生产中，最适宜的条件是温度450团、压强］OMPa

C.使用催化剂可加快反应速率，提高SO,的平衡产率

D.为提高SO?的转化率，应适当充入过量的空气

2.目前工业上利用甲烷催化裂解生产不含一氧化碳和二氧化碳的清洁氢气。该过程多用铁、钻和银等过渡

催化剂

金属纳米催化剂：CH(g)Qs)+2H2(g),已知温度升高，甲烷的平衡转化率增大。下列有关说法不正确的

4I5OTC

是()

A.甲烷裂解属于吸热反应

B.在反应体系中加催化剂，反应速率增大

C.增大体系压强，不能提高甲烷的转化率

D.在1500团以上时，甲烷的转化率很高，但儿乎得不到炭黑，是因为在高温下该反应为放热反应

3.某工业生产中发生反应：2A(g)+B(g)=M(g)A〃<0。下列有关该工业生产的说法正确的是

A.工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成

B.若物质B廉价易得，工业上一般采用加入过量的B的方式来提高A和B的转化率

C.工业.卜.•般采用较高温度合成M,因温度越高，反应物的转化率越高

D.工业生产中使用催化剂可提高M的口产量

4.以丙烯、氨气和空气(空气中。2体积分数约为20%)为原料，在催化剂条件下生产丙烯牌(CH2cHeN)的过

程中会同时生成副产物丙烯醛，发生的主要反应如下：

C3H6(g)+NH3(g)+3/2O2(g)=CH2CHCN(g)+3H2O(g)

C3H6(g)+O2(g)=CH2CHCHO(g)+H2O(g)

在恒压、460团时，保持丙烯和氨气的总进料量和空气的进料量均不变，丙烯靖和丙烯醛的平衡产率随进料

气中n(氨气)/n(丙烯)的比值变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是

平

衡

产

率

A.图中曲线a表示丙烯懵的平衡产率随n(氨气)/n(丙烯)比值的变化

B.增大压强有利于提高反应速率和丙烯盾的平衡产率

C.使用合适的催化剂可以使丙烯月青的平衡产率达到100%

D.由图可知，原料氨气、丙烯和空气的理论最佳进料体积比为2132羽

5.合成氨反应达到平衡时，NH,的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有前

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N?和H?合成氨的新途径

6.(22-23高二上•陕西渭南•期中)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，使叱和也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

C.500©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

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：，J

7.CO(g)+H2O[g)^CO2

团反应达到平衡后，为提高的转化率，下列措施中正确的是()

(g)+H2(g)H<0CO

A.增加压强B.降低温度C.增大CO的浓度D.更换催化剂

有平衡体系:为了增加氨气的产量,应采用的正确措施是

8.N2(g)+3H2(g)=2NH£g)AH<0,

A.高温、高压B.适宜温度、高压、催化剂

C.低温、低压D.高温、高压、催化剂

9.下面是合成氨的简要流程示意图:

X

沿x路线回去的物质是()

和催化剂

A.NzHzB.C.N2D.H2

10.(23-24高二上•北京房山•期末)相同温度下，在三个密闭容器中分别进行反应："⑸+卜®V2Hl值)。

达到化学平衡状态时，相关数据如下表。下列说法不巧砸的是

起始时各物质的浓度/(moH/】)平衡时物质的浓度/(moHJ)

实验

C(H2)c(h)c(HI)C(H2)

00.010.0100.008

00.020.020a

00.020.020.04

A.该温度下，反应的平衡常数为0.25

B.实验团达平衡时，a=0.016

C.实验出开始时，反应向消耗Hz的方向移动

D.达到化学平衡后，压缩三个容器的体枳，平衡均不发生移动

11.(24-25高二上•山东淄博•阶段检测)下列事实中，能用勒夏特列原理解释的是

A.铁钉放入冷的浓HNO、中，待不再变化后，加热能产生大量红棕色气体

B.工业制取钾Na+KCINaCI+K,选取合适的温度，使K变成蒸气从体系逸出

C.合成氨(△”<())工业中，采用400〜5000的高温条件利于氨气的生成

D.上、％、HI平衡混合气体加压后颜色变深

12.(24-25高二上•山东青岛•阶段检测)设K；为相对压力平衡常数，其表达式写法为在浓度平衡常数表达

式中，用气体的相对分压［等于其分压(kPa)除以〃°(〃°=100kPa”代替浓度。反应A(g)/B⑸+2C(g)的

InK：随温度3的变化如图所示，I000K时，将ImolN2(不参加反应)和ImolA(g)充入恒容密闭容器中发生该

反应，已知初始总压为lOOkPa,达到平衡时P(A)=25kPa。下列说法正确的是

A.反应A(g)/B(s)+2C(g^AH<0

B.1000K时，平衡体系中C的体积分数为50%

C.1000K时，A的平衡转化率为50%

D.1000K时，该反应用分压代替浓度计算所得平衡常数Kp=2500(kPa尸

13.(24-25高二上•山东•期中)合成氨是人工固氮最重要的途径，反应为：

,

N2(g)+3H2(g)F*2NH?(g)A/7=-92.4kJ.moro回答下列问题:

⑴下列关于合成氨工艺的说法中，正确的是(填字母)。

A.控制温度远高于室温，是为了提高平衡转化率

B.原料气需经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生

C.不断将液氨移除，利「反应止向进行，同时提高逆反应速率

D.实际生产中，N2适度过量有利于提高H2的转化率，同时有利于提高整体反应速率

(2)为降低合成氨的能耗，我国科学家提出使用M-LiH复合催化齐J,催化效果如图1所示，若一定压强下，

以相同的投料，3500用Cr-LiH作催化剂、500团用Fe作催化剂和350(3用Fe-LiH作催化剂，氨气的产率随时间

变化如图2所示，350□用Cr-LiH作催化剂的曲线是(填"a""b"或"c"),理由是。

q

％・10000

o・8000

u

m6000

/

M4000

液2000

弱

以O50-150250350450温度/C

图1图2

(3)乐强为20MPa下，以〃(Hj=(T75mol、〃(N2)=0.25mol进料，反应这平衡时氮气的转化率与温度的关系

如图3中曲线b所示。

0.2S0

1a0

0——।-------1——।——।—_1

500600700800900100077K

图3

①若保持压强不变，以〃(Hj=0.75mol、〃(N2)=0.25mol、〃(Ar)=0.1mol进料，则平衡时氮气的转化率

与温度的关系是曲线..(填"a〃或"c〃)，判断依据是,

②已知：反应Ng3H式目川明⑻,“瑞瑞p其中〃但)、〃(町〃皿分别表

示N?(g)、Hjg)、NHjg)的分压。若保持压强不变，仍以〃(H2)=0.75mol、〃(Nj=0.25moI进料，达平

衡时NH3的物质的量分数为0.20,则该温度下，反应N2(g)+3H/g).・2NHKg)平衡常数勺=

(MPa)"(化为最简式)。

14.丙烯睛(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛

(CH2=CHCH0)和乙月青(CH3CN)等，回答下列问题：

(1)以丙烯、氨、氯气为原料，在催化剂存在下生成丙烯描(C3H3刖和副产物丙烯醛(C3H4。)的热化学方程式

如下：

@C3H6(g)+NH3(g)+yO2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)AH=-515kJ/mol

@C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)AH=-353kJ/mol

两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是；有利于提高丙烯脐平衡产率的反应条件是;提

高丙烯晴反应选择性的关键因素是.

(2)图(a)为丙烯睛产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460机