2022年鲁科版高中化学选修四化学反应条件的优化——工业合成.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 第4节 化学反应条件的优化 工业合成氨经典基础题 1工业合成氨的反应是在500 左右进行的,这主要是由于A500 时此反应速率最快 B500 时 NH3的平稳浓度最大 C500 时 N2的转化率最高 D500 时该反应的催化剂活性最大 答案 D 2合成氨工业上采纳循环操作主要是由于 A加快化学反应速率 B能提高氨的平稳浓度 C降低氨气的沸点 D提高氮气和氢气的利用率 答案 D 高温、高压3在 N2g3H2g 体系中,当别离出催化剂2NH3g H<0 的平稳NH 3时,以下说法正确的选项是 A转变条件后速率 时间图像如右图：B此过程中 Q>K C平稳体系中 NH3的含量增大 DN2 的转化率增大名师归纳总结 答案D 第 1 页,共 11 页解析别离出 NH 3,Q<K,v 正>v 逆,使平稳向正反应方向移动, N2的转化率- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 增大,由于别离出 NH3,使体系中 NH3的含量减小；4在合成氨工业中,以下变化过程不能使平稳向右移动的是不断将 NH 3别离出来使用催化剂采纳 700 K 左右的高温 采纳2× 10 75× 107 Pa的压强A BC D答案 B 5合成氨厂所需 H2 可由焦炭与水反应制得,其中有一步反应为 COgH2Og CO2g H2g H0；欲提高 CO 的利用率,可采纳的方法是 降低温度 增大压强 使用催化剂 增大 CO 的浓度 增大水蒸气的浓度A B C D答案 C 解析 增大压强,平稳不移动；增大 CO 浓度,平稳向右移动,但 CO 转化率降低；使用催化剂,平稳不移动,CO 转化率不变；降低温度或增大水蒸气浓度,平稳均向右移动,CO 转化率增大；6以下图所示是在恒温下合成氨反应的反应速率随时间变化的示意图,以下说法不符合该示意图的是 A反应到达平稳时,正反应和逆反应速率相等B该反应到达平稳态以后,增大反应物的浓度,平稳发生移动,到达平衡态C反应到达平稳态以后,减小反应物浓度,平稳发生移动,到达平稳态名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - D同一种反应物在平稳态和平稳态时浓度不相等答案C A 正确；B该反解析反应达平稳时,正反应速率和逆反应速率相等,应到达平稳态 后,增大反应物浓度时, 正反应速率增大, 逆反应速率不变,平稳正向移动,到达平稳态,所以同一种反应物在平稳态和平稳 时浓度不相等, B、D 正确； C该反应到达平稳态 后,减小反应物浓度,正反应速率和逆反应速率均减小,且平稳应逆向移动,逆反应速率大于正反应速率,与图像冲突,C 错误；2NH3g7某温度下,对于反应N2g3H2gH 92.4 kJ· mol1；N2 的平稳转化率 与体系 总压强 p的关系如下图；以下说法正确的选项是 A将 1 mol 氮气、 3 mol 氢气,置于 1 L 密闭容 器中发生反应,放出的热量为 92.4 kJ B平稳状态由 A 变到 B 时,平稳常数 KA<KB C上述反应在到达平稳后,增大压强,H2 的转化率增大 D上升温度,平稳常数 K 增大 答案 C 解析 由于该反应为可逆反应,加入 1 mol N 2、3 mol H 2,两者不行能完全反应生成 NH 3,所以放出的热量小于92.4 kJ,A 错；从状态 A 到状态 B的过程中,转变的是压强,温度没有转变,所以平稳常数不变,B 错；由于该反应是气体体积减小的反应,增大压强平稳向正反应方向移动,H2 的转化率增大, C 对；上升温度,平稳逆向移动,K 值减小, D 错；8合成氨反应： N2g3H2g2NH 3g H 92.4 kJ· mol1,在反应过程中,正反应速率的变化如图：名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 以下说法正确的选项是 At1时上升了温度Bt2时使用了催化剂Ct3时增大了压强 Dt4时降低了温度 答案 B 解析 升温正逆反应速率同时上升,但由于该反应是放热反应,逆反应的速率增加的幅度更大一些,A 不对；加压,正逆反应速率同时增加,C 不对；降温,正逆反应速率瞬时即降低,D 不对；9对于密闭容器中的合成氨反应：高温、高压N2g3H2g催化剂2NH3g,在 637 K、30 MPa 下 nNH 3和 nH2随时间变化的关系如 下图以下表达正确的选项是A点 a 的正反应速率比点b 的大 B点 c 处反应到达平稳 C点 dt1时刻 和点 et2时刻 处 nN2不一样 D其他条件不变, 773 K 下反应至 t1 时刻, nH 2比图中 d 点的值小 答案 A 解析 由图像看出： 反应向正反应方向进行, 曲线水平常建立平稳； 点 a、b、c 都尚未到达平稳,点 d、e 已经建立平稳,所以点 dt1 时刻 和点 et2 时刻处 nN2含量相等；a 点反应物浓度大于b 点,点 a 的正反应速率比点 b 的大；名师归纳总结 上升温度,反应速率增加,所以t1时刻两温度下都能建立平稳,且上升温度第 4 页,共 11 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 平稳向吸热方向移动,平稳时 nH2增大；10在肯定温度下,在恒压容器a 和恒容容器 b 中,分别充入体积比13 的 N2和 H2；开头时体积相同,到达平稳时两容器中N2 的转化率比较Aa 大 Bb 大Ca、b 一样大 D无法判定答案 A 解析 先假设 a 容器开头时也保持容积不变到达平稳时,容器 a中 N2 的转化率 a与容器 b 中 N2 的转化率 b相等,即 a b；但到达平稳时, a容器的压强比开头变小了；假设要保持开头时的压强,必需缩小容器 a 的容积,就平稳正移；因此再达平稳时 就 1a> bN2 的转化率 1a变大了；即 1a> a11在密闭容器内,使 1 mol N2 和 3 mol H2 混合发生以下反应： N2g3H2g 2NH 3g H298 K 92.2 kJ· mol11当反应到达平稳时, N2 和 H2 的浓度之比为 _；2保持体积不变, 上升温度,平稳 _填“ 正向” 、 “ 逆向” 或“ 不”移动,密度 _填“ 变大” 、“ 变小” 或“ 不变”；3当反应到达平稳时, 保持温度、体积不变,充入氩气,平稳 _填“ 正向” 、“ 逆向” 或“ 不”移动；4当反应到达平稳时, 保持温度、压强不变,充入氩气,平稳 _填“ 正向” 、“ 逆向” 或“ 不”移动；5当反应到达平稳时, 保持温度、体积不变,充入氮气,平稳 _填“ 正向” 、“ 逆向” 或“ 不”小” 或“ 不变”；移动；氢气的转化率 _填“ 增大” 、“ 减答案1132逆向不变3不4逆向5正向增大才能提升题 12如图表示 298.15 K 时,N2、H2与 NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 曲线图,据图答复：1 假 设 反 应 中 生 成2 mol 氨 , 就 反 应 _填 “吸 热 ”或 “放热”_kJ；2在图中曲线 _填“ a”或“ b” 表示加入铁触媒的能量变化曲线, 铁触媒能加快反应速率的原理是_ _3合成氨反应中平稳混合物中氨气的体积分数与压强、温度的关系如下图；假 设 曲 线 a 对 应 的 温 度 为500 , 就 曲 线b 对 应 的 温 度 可 能 是_ _A600 B550 C500 D450 4合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制备；发生反应为 CH4g H2O 催化剂g COg3H2g H>0 加热在肯定温度下,在 1 L 容器中发生上述反应,各物质的物质的量浓度变化如下表：名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - t/min CH4mol ·L1 H2Omol·L1 COmol· L1 H2mol ·L1 0 n1n20 0 2 n33n1n2n34 x表中 x_mol· L1；前 2 min 内 CH4的平均反应速率为 _；反应在 34 min 之间,氢气的物质的量增多的缘由可能是 _填代号 A充入水蒸气 B上升温度C使用催化剂 D充入氢气答案 1放热 92 2b 转变了反应的历程,降低了合成氨反应的活化能3D 40.11 0.05 mol·L1· min1 B 解析 1由图中能量状态可知 N2与 3H2具有的总能量高于 2NH3 所具有的能高温、高压量,故该反应为放热反应,并且反应 N2g3H2g 2NH 3g,每催化剂生成 2 mol NH 3放出 600508 kJ92 kJ 热量； 2合成氨反应中,加入铁触媒后,由于转变了反应历程, 使反应的活化能降低, 从而加快了反应速率,故曲线 b 代表加催化剂后的能量变化曲线；3对于合成氨反应,当其他条件不变时,上升温度,平稳向逆反应方向移动,平稳混合物中 NH3 的体积分数降低；图像中,当压强不变时,曲线 b 对应的温度下平稳混合物中 NH3 的体积分数大于曲线 a 对应的 NH 3 的体积分数,所以 b 曲线对应的温度低于 a 曲线对应的温度； 应选 D；4 前 2 min 内 CH4的反应速率为： vCH41 3vH 21 3×0.3 mol ·L12 min0.05 mol ·L1· min1；由表分析 23 分钟时, 反应到达平稳状态,此时生成H2浓度为 0.3 mol·L1；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - CH4gH2O g催化剂COg3H2g 加热起始浓度0.2 0.3 0 0 mol ·L1转化浓度0.1 0.1 0.1 mol ·L12 和 3 min 浓度mol ·L1 0.1 0.2 0.1 3 min4 min转化浓度0.01 0.01 mol ·L10.09 0.19 4 min时浓度 mol ·L1所以 x0.11 molL13 min 时,假设充入水蒸气,平稳向右移动,4 min 时,水蒸气浓度应多于0.2 mol·L1；假设上升温度,平稳向右移动,反应物均减小,生成物均增加,而且变化量正好等于化学方程式系数比,该条件符合要求； 使用催化剂,平稳不移动；充入H2,平稳向左移动；反应物浓度均多于2 min 时的浓度；所以只选 B；13在容积相同的密闭容器中, 分别充入等量的氮气和氢气,在不同温度下发生 高温、高压 反应： N2g3H2g 2NH3g,并分别在不同的时间内测定其中 催化剂 NH3 的质量分数 y 轴所表示的 ,绘成图像如下图,请答复：名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1A、B、C、D、E 五点中,确定未达平稳的点是 _；2此可逆反应的正反应是 _热反应；3AC 曲线是增函数曲线, CE 曲线是减函数曲线,试从化学反应速率和化学平稳的角度分析,并说明理由_ _答案 1A 点、 B 点 2放 3AC 曲线是增函数曲线,温度上升,反应速率加快,生成 NH 3 的质量分数增多； CE 曲线是减函数曲线,此反应的正反应是放热反应,到达平稳后,温度上升,平稳向逆反应方向移动,NH 3 的质量分数降低；解析1从图像中看出 C 点时, NH 3 的质量分数最高,说明A、B 两点均未到达平稳；2到达平稳 C 点后,上升温度, NH3 的质量分数降低,说明此反应的正反应放热；14科学家始终致力于讨论常温、 常压下“ 人工固氮” 的新方法； 曾有试验报道：在常温、常压、光照条件下,发生反应,生成的主要产物为N2 在催化剂 掺有少量 Fe2O3 的 TiO 2外表与水 NH 3；进一步讨论 NH 3 生成量与温度的关系,部分试验数据见下表 光照、 N2× 10 5 Pa、反应时间 3 h：T/K 6mol 303 313 323 353 NH 3 生成量 /10相应的热化学方程式如下：N2g3H2Ol=2NH 3g3 2O2g H765.2 kJ · mol1答复以下问题：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NH 3 生成量的建议：_ _高温、高压名师归纳总结 2工业合成氨的反应为N2g3H2g催化剂2NH 3g；设在容积为 2.0 L第 9 页,共 11 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 的密闭容器中充入 0.60 mol N2g和 1.60 mol H2g,反应在肯定条件下到达平衡时,NH 3的物质的量分数 NH 3 的物质的量与反应体系中总的物质的量之比 为4 7；运算：该条件下 N2 的平稳转化率 _；高温、高压 该条件下反应 2NH3g 催化剂N2g3H 2g的平稳常数 _ _答案 1升温、增大 N2浓度、不断移诞生成物266.7% × 103 mol2·L2解析 1加快反应速率且增大 NH 3 生成量的方法是升温、增大 N2 浓度、不断移诞生成物；2解：设反应过程消耗 xmol N 2g；mol 高温、高压N2g3H2g催化剂2NH3g 起始物质0.601.600 的量 /mol平稳物质0.60x1.603x2x的量 /mol平稳时反应体系总物质的量0.60x1.603x2x 2.202x mol NH3g的物质的量分数 2x÷2.202x4 7x0.40N2的平稳转化率0.40 mol 0.60 mol× 100%66.7% 设反应 2NH3gN2g3H2g的平稳常数为 K；平稳时,NH 32× 0.40 名师归纳总结 mol÷2.0 L0.40 mol·L1N20.600.40 mol÷2.0 L0.10 mol· L第 10 页,共 11 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1H 21.603× 0.40 mol÷2.0 L0.20 mol·L1KN 2 · H 23 NH3名师归纳总结 0.10 mol·L1× 0.20 mol· L1 3 ÷0.40 mol·L 12× 103mol2·L 2；第 11 页,共 11 页- - - - - - -