2022年鲁科版高中化学选修四2-4化学反应条件的优化——工业合成氨 .pdf

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1、2-4 化学反应条件的优化工业合成氨1合成氨工业上采用循环操作主要是因为() A加快化学反应速率B能提高氨的平衡浓度C降低氨气的沸点D提高氮气和氢气的利用率【答案】 D 2将 110 mL N2和 130 mL H2在一定条件下合成氨，当到达平衡时混合气体的总体积变为200 mL，则生成氨气 () A10 mL B20 mL C30 mL D40 mL 【答案】 D 【解析】运用反应前后的体积差进行分析，气体缩小的体积即为生成氨气的体积。3 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CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) H0。欲提高 CO 的利用率，可采用的方法是() 降低

2、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ABCD【答案】 C 4对可逆反应4NH3(g)5O2(g)4NO(g) 6H2O(g)，以下表达正确的选项是() A反应到达平衡时，假设两种反应物的转化率相等，则起始投入的n(NH3)n(O2) 45 B反应到达平衡后，对体系一直进行加压，平衡总是逆向移动C反应到达平衡时，假设向压强固定的密闭容器中充入稀有气体，平衡不移动D当 v正(NH3) v正(NO) 11 时，说明该化学反应已经到达平衡【答案】 A 【解析】平衡时，反应物的转化率相等，则起始投入量之比应该等于化学计量数之比，故A 正确；当加压到一定压强时，气态水变为非气态水，平衡

3、会向正向移动，故B 错；充入稀有气体而压强不变，相当于增大容积，平衡向体积增大的方向移动，C 错； NH3、NO 的正反应速率都是向右方向的速率，平衡与否，其反应速率之比都等于化学计量数之比，故D 错。5已建立化学平衡的某可逆反应，当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时，以下表达正确的选项是() 生成物的质量分数一定增加生成物产量一定增加反应物的转化率一定增大反应物的浓度一定降低正反应速率一定大于逆反应速率一定使用催化剂ABCD精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页【答案】 C 【解析】当增加某反应物的浓度使平衡正向移动

4、，生成物的质量分数可能减小，该反应物的浓度增大；当多种物质作反应物时增加一种反应物浓度，平衡正向移动，该反应物的转化率降低，其余反应物的转化率增大；使用催化剂不影响化学平衡的移动。6一定条件下， 在可变容积的密闭容器中进行以下可逆反应：S2Cl2浅黄色 Cl2(g)2SCl2鲜红色 H 51.16 kJmol1，以下说法正确的选项是() A到达平衡时，抽出少量氯气，反应混合液颜色变深B单位时间内生成n mol S2Cl2，同时生成2n mol SCl2时，反应到达平衡状态C达平衡时，降低温度，混合液的颜色将变浅D单位时间内有n mol Cl2被复原，同时氧化生成n mol Cl2时，平衡向正反

5、应方向移动【答案】 B 【解析】抽出Cl2，平衡不移动，混合液颜色不变，A 项错误； B 项正确；降温，平衡正向移动，混合液颜色变深， C 项错误； n mol Cl2被复原， 同时氧化生成n mol Cl2即 v正v逆，平衡不移动， 故 D 项错误。7对于平衡体系：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，以下判断正确的选项是() A假设温度不变将容器的容积增大1 倍，到达新平衡时A 的浓度变为原来的倍，则m npqB假设平衡时，A、B 的转化率相等，说明反应开始时，A、B 的物质的量之比为mnC假设升高平衡体系的温度，到达新平衡时A 的浓度变为原来的倍，说明该反应 Hz(2)逆反应(3)固

6、或液(4)放10在密闭容器中，通入a mol N2和 b mol H2，在一定条件下到达平衡，容器中还剩余c mol N2。(1)生成 NH3的物质的量为 _ 。(2)H2的平衡转化率为_ 。(3)假设把容器的体积缩小一半，则正反应速率_( 填“增大”、“减小”或“不变”，下同) ，逆反应速率 _，N2的转化率 _。【答案】 (1)2(ac) mol(2)3(ac)/b(3)增大增大增大11在一定温度和压强下，在密闭容器中充入H2、N2、NH3，开始时其物质的量之比为311，反应达平衡后， H2、N2、NH3的物质的量之比为9 34，则此时氮气的转化率为() A10% B20% C15% D

7、30% 【答案】 A 【解析】由题意设H2、N2、 NH3的物质的量分别为3 mol、1 mol、1 mol。平衡时N2转化了 a mol N2(g)3H2(g)2NH3(g) 初始物质的量/mol 1 3 1 转化物质的量/mol a3a2a平衡物质的量/mol 1 a33a12a则(1 a)/(12 a)3/4，解之得a0.1 mol N2的转化率为 (N2)0.1 mol/1 mol100%10%。12下面是合成氨的简易流程示意图：沿 x 路线回去的物质是() AN2和 H2B催化剂CN2 D H2【答案】 A 13在密闭容器内，使1 mol N2和 3 mol H2混合发生以下反应：N

8、2(g)3H2(g)2NH3(g) H(298 K) 92.2 kJmol1(1)当反应到达平衡时，N2和 H2的浓度之比为 _。(2)保持体积不变， 升高温度，平衡 _(填“ 正向 ” 、 “ 逆向 ” 或“ 不” ， 下同 )移动， 密度 _(填“变大”、“变小”或“不变” ) 。(3)当反应到达平衡时，保持温度、体积不变，充入氩气，平衡_移动。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页(4)当反应到达平衡时，保持温度、压强不变，充入氩气，平衡_移动。(5)当反应到达平衡时，保持温度、 体积不变， 充入氮气， 平衡 _移

9、动；氢气的转化率 _( 填“增大”、“减小”或“不变”) 。【答案】 (1)13(2)逆向不变(3)不(4)逆向(5)正向增大14在硫酸工业中， 通过以下反应使SO2氧化成 SO3：2SO2(g)O2(g)2SO3 (g) H 198 kJ mol1。下表为不同温度和压强下SO2的转化率 (%) p/PaT/1 1055 1051 1065 1061 107450 550 (1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是_。(2)实际生产中，选定400500 作为操作温度，其原因是_ _ 。(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是_ 。(4)在生产中，通入过量空气的目

10、的是_ 。(5)尾气中有SO2必须回收是为了_ 。【答案】 (1)低温、高压(2)该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应到达平衡所需要的时间(3)因为在常压下，400500 时， SO2的转化率已经很高了，假设再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不适宜(4)增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率(5)减少对环境的污染15在一定温度下，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。开始时体积相同，到达平衡时两容器中N2的转化率比较() A a大Bb 大Ca、b 一样大D无法判断【答案】 A 【解析】 先假设

11、 a 容器开始时也保持容积不变到达平衡时，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)。但到达平衡时，a 容器的压强比开始变小了。假设要保持开始时的压强，必须缩小容器a 的容积，则平衡正移。因此再达平衡时N2的转化率1(a)变大了。即1(a) (a)，则1(a) (b)。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页16科学家一直致力于研究常温、常压下 “ 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)外表与

12、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 1.0 105 Pa、反应时间3 h)：T/K 303 313 323 353 NH3生成量 /(106 mol) 相应的热化学方程式如下：N2(g) 3H2O(l)=2NH3(g)32O2(g) H 765.2 kJmol1答复以下问题：(1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。(2)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：_ 。(3)工业合成氨的反应为N2(g)

13、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)，反应在一定条件下到达平衡时，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47。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。【答案】(1) (2)升温、增大N2浓度、不断移出生成物(3)66.7%5.0 103 mol2 L2【解析】 (1)催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程， 使一个高能变过程变为几个能量相对低的过程，使反应易发生。要点是有催化剂时能量低而反应过程中阶段多了。图见答案。(

14、2)加快反应速率且增大NH3生成量的方法是升温、增大N2浓度、不断移出生成物。(3)解：设反应过程消耗x mol N2(g)。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页平衡时反应体系总物质的量x) 3x) 2x mol 2x) mol NH3(g)的物质的量分数2x2x)47xN2的平衡转化率0.40 mol0.60 mol 100% 66.7%；设反应2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常数为K。平衡时， NH32 0.40 mol2.0 L 0.40 molL1N2 0.40) mol2.0 L 0.10 molL1H2 3 0.40) mol2.0 L 0.20 molL1KN2 H23NH32(0.10 molL1) (0.20 molL1)3 (0.40 molL1)25.0 103 mol2 L2。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页