高中化学 1.2.1 合成氨的反应原理课时训练（含解析）新人教版选修2

1、合成氨的反应原理1.将空气中氮气转化为氮的化合物的过程称为固氮,下图中能实现人工固氮的是()解析:A错,因为闪电作用下的固氮是自然固氮。B错,因为与固氮风马牛不相及。C错,因为它属于自然固氮。D对,因为N2+3H22NH3只能靠人工完成。答案:D2.可逆反应X(g)+2Y(g)2Z(g)(正反应吸热)。为了有利于Z的生成,应采用的反应条件是()A.高温高压B.高温低压C.低温高压D.低温低压解析:该反应的特点是:正反应是一个气体体积缩小的吸热反应。根据化学反应速率要快的原理:需要升高温度、增大压强、使用正催化剂;根据平衡移动原理,也是升高温度、增大压强,才有利于Z的生成。答案:A3.工业合成氨

2、的反应是在400500 左右进行,主要原因是()A.400500 时反应速率最快B.400500 时的平衡浓度最大C.400500 时的转化率最高D.400500 时催化剂能发挥最大效力解析:控制400500 左右,是因为催化剂在此温度下活性最大,D正确。答案:D4.在合成氨时,可以提高H2转化率的措施是()A.延长反应时间B.充入过量H2C.充入过量N2D.升高温度解析:延长时间平衡不移动,H2转化率不变;充入H2,H2转化率降低,N2转化率升高;合成氨正反应为放热反应,升温,平衡向左移动,H2转化率降低;充入N2平衡右移,H2转化率升高。答案:C5.氮气与其他单质化合,一般需高温,有时还需

3、高压等条件,但金属锂在常温、常压下就能与氮气化合生成氮化锂。这是因为()此反应可能是吸热反应此反应可能是放热反应此反应可能是氮分子不必先分解为原子此反应发生前可能氮分子已先分解成原子A.B.C.D.解析:氮分子是由两个氮原子通过三键结合起来的,结构很稳定,如果发生反应时分子分解成原子会消耗很多能量,此时必须在高温下进行。如果锂和氮气根据以上原理反应,同样必须在高温下进行,而题中明确指出金属锂在常温、常压下就能与氮气反应。因此锂和氮气反应时可能没有破坏氮分子(变成原子),且反应放热,可提供反应所需能量。答案:C6.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g)2M(g)H0。下列有关该工业生产的说法

4、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价廉易得,工业上一般采用加入过量的B,以提高A和B的转化率C.工业上一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.工业生产中常采用催化剂,因为生产中使用催化剂可提高M的日产量解析:高压有利于该反应的进行,但增大压强对设备的要求大,成本高,若反应在常压条件下转化率已很高就没必要采用高压,A项错误;增加B的量,可提高A的转化率,但B的转化率不会增大,B项错误;升高温度,平衡逆向移动,反应物的转化率降低,C项错误;催化剂能提高化学反应速率,D项正确。答案:D7.有关合成氨工业说法中正确的是()A.从合成塔

5、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是循环使用的,总体来说氨的产率较高C.合成氨反应温度控制在400500 ,目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨采用的压强是1030 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大解析:由于采用循环操作,故氨的产率较高;控制温度在400500 是综合考虑反应速率、平衡移动和催化剂的活性温度;采用压强1030 MPa目的是获得较快的速率、较高的产率以及考虑动力、设备等因素。答案:B8.在合成氨工业中,采用下列哪些措施可以提高原料气的转化率()使用催化剂采用400500 温度采用11073107 Pa的压强不断

6、将氨分离出来A.B.C.D.解析:根据合成氨反应的特点,要提高原料的转化率,应尽量使化学平衡向生成NH3的方向移动,应为高压、降低温度并减小NH3的浓度,故合理。答案:C9.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.体积一定时,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,H2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H2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了,而逆反应速率减小

7、了解析:达到平衡后,加入N2,平衡将向正反应方向移动,NH3的浓度会增大,而H2的浓度会减小;达到平衡后,升高温度,正、逆反应速率都增大,但平衡向逆反应方向移动,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,平衡向正反应方向移动,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。答案:AC10.合成氨的温度和压强通常控制在约500 以及1107 Pa3107 Pa的范围,且进入合成塔的N2和H2的体积比为13。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:压强1107 Pa3107 P

8、a氨的体积分数19.1%42.2%而实际从合成塔出来的混合气体中含氨约为15%,这表明()A.表中所测数据有明显的误差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解析:含氨约为15%小于19.1%,因此N2、H2的转化率仍很低,反应正在向着生成氨的方向进行,表明合成塔中的反应并未达到平衡。答案:D11.已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0,回答下列问题:(1)从影响速率和平衡的因素分析,要有利于NH3和SO3的生成,理论上应采取的措施是。实际生产中采取的措施分别是。(2)在实际生产的合成氨过程中,要分离出

9、氨气,目的是;而合成SO3过程中,不需要分离出SO3,原因是。解析:工业上合成SO3与合成氨的最大不同之处是该反应是在常压下进行的,原因是在常压下该反应向生成SO3的方向进行程度已经很大,采用高压虽能使平衡向生成SO3方向移动,但产生高压既需要动力又对反应容器耐压性有较高要求,综合生产成本和经济效益两方面因素,实际生产时,在常压下进行最合理。答案:(1)高温、高压、催化剂合成氨:适当温度、高压、催化剂合成SO3:适当温度、常压、催化剂(2)减少生成物浓度,使平衡向生成NH3方向移动该反应向生成SO3的方向进行程度大,达到平衡后SO2含量较少,故不需要分离SO312.科学家一直致力于研究常温、常

10、压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0105 Pa、反应时间3 h):T/K303313323353NH3生成量/(10-6 mol)4.85.96.02.0相应的热化学方程式如下:N2(g)+3H2O(l)2NH3(g)+O2(g)H=+765.2 kJmol-1回答下列问题:(1)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比,该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议:。(2)工业合成

11、氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算:该条件下N2的平衡转化率;该条件下反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数。解析:(1)该反应正反应是吸热反应,升高温度,使化学平衡向正反应方向移动,从而增大NH3生成量,升高温度也能提高反应速率;增大反应物N2的浓度,能加快反应速率,并使化学平衡向右移动;不断移出生成物,使平衡向右移动,增大NH3生成量。(2)由三段式法计算可知,起始时:c(N2)=0.3 molL-1,平衡时:c(N2)=0.1 molL-1;c(H2)=0.2 molL-1;c(NH