2022年鲁科版高中化学选修四第节化学反应条件的优化—工业合成氨.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 化学 选修 /化学反应原理 鲁科版 第 4 节 化学反应条件的优化工业合成氨1有关合成氨工业的说法中,正确的选项是 A从合成塔出来的混合气体,其中 生产氨的工厂的效率都很低NH3只占 15%,所以B由于氨易液化, N2、H2在实际生产中是循环使用,所 以总体来说氨的产率很高C合成氨工业的反应温度掌握在 学平稳向正反应方向移动500 ,目的是使化D合成氨厂采纳的压强是2 1075 107 Pa ,由于该压强下铁触媒的活性最大解析： 合成氨的反应在相宜的生产条件下到达平稳时,原料的转化率并不高,但生成的NH3 别离出后,再将未反应的 N2、H2循环

2、利用, 这样处理后, 可使生产氨的产率都较高,故 A 项错误, B 项正确； 合成氨工业挑选500 左右的温度,是综合了多方面的因素确定的,因合成氨的反应是放热反 应,低温才有利于平稳向正反应方向移动,故 C项错误；无 论从反应速率仍是化学平稳考虑,高压更有利于合成氨,但 压强太大, 对设备、动力的要求更高, 基于此挑选了 2 10 77 Pa 的高压,催化剂活性最大时的温度是 500 ,故 5 10 D项错误；答案： B2工业合成氨的反应是在 是由于 500 左右进行的,这主要A500 时此反应速率最快 B500 时 NH3的平稳浓度最大名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共

3、 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - C500 时 N2的转化率最高D500 时该反应的催化剂活性最大解析： 工业合成氨反应采纳500 的温度,有三个方面的缘由：有较高的反应速率；反应物有较大的转化率；催化剂的活性最大；答案： D3合成氨时,既要使合成氨的产率增大,又要使反应速率增快,不行实行的方法是 A补充 N2B上升温度C增大压强 D别离出 NH3解析： 补充 N2、增大压强既能加快反应速率,又能促进平稳向生成氨的大向移动；别离出NH3,能使平稳向生成氨的方向移动, 反应速率是提高的； 上升温度能加快反应速率,但不利于氨的生成；答案： B4 双选题 合成氨工业对国民经

4、济和社会进展具有重 要 的 意 义 ； 对 于 密 闭 容 器 中 的 反 应 ： N2g3H2g 2NH3g ,在 673 K 、30 MPa 下 nNH3 和 nH 2 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 D t 1 时刻 和点 E t 2时刻 处 nN2 不一样 D其他条件不变,773 K 下反应至 t 1时刻, nH2 比上名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图中 D点的值大解析： 在 AB段可逆反应向正反应方向移动,随着反应的进行,

5、反应物浓度在减小,正反应速率在降低,应选项 A正确；C点时 NH3、H2的物质的量仍在变化,未到达化学平稳,应选项 B 不正确； t 1时刻和 t 2时刻都处于同样的化学平稳状态,就 nN2 不变,应选项 C 不正确；由于正反应是一个放热反应,上升温度化学平稳向逆反应方向移动,平稳时 nH2比题图中 D点的值要大,应选项 D正确；答案： AD 5氨是一种重要的化工原料,氨的合成和应用是当前的重要讨论内容之一；传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为： N23H2 2NH3 H0；1 该反应的平稳常数 K的表达式为： K_；上升温度, K值 _ 选填“ 增大” “ 减小” 或“ 不变” ；解析： 依

6、据化学方程式可写出平稳常数为 Kc 2NH3/ cN2 c 3H 2 ,由于反应放热,上升温度平稳向逆反应方向移动,就平稳常数减小；答案： c 2NH3/ cN2 c 3H2 减小2 不同温度、 压强下, 合成氨平稳体系中 NH3 的物质的量分数见下表 N2和 H2的起始物质的量之比为 13 ；分析表中数据, _ 填温度和压强 时 H2转化率最高, 实际工业生产不选用该条件的主要缘由是_ ；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 压强 /MPa 氮的平稳10 20 30 60 100 含量 /% 温度 / 摄氏度 200

7、 300 400 500 600 解析： 在 200 、 100 MPa 时氨气的含量最大,就 H2 转化率最高, 但实际工业生产中压强不能太大,因压强太高,对生产设备要求也高,难以实现；答案： 200 、 100 MPa 也高,难以实现压强太高,对生产设备要求3 以下关于合成氨说法正确是 _ 填字母 ；A使用催化剂可以提高氮气的转化率 B查找常温下的合适催化剂是将来讨论的方向 C由于 H0、 S0,故合成氨反应肯定能自发进行D增大 nN 2 nH2 的比值,有利于提高H2的转化率解析： 催化剂不影响平稳移动,故A 错误；查找常温下名师归纳总结 的合适催化剂可削减能量的消耗,为讨论的主要方向,

8、故B第 4 页,共 14 页正确； S0,需在肯定温度4 才能进行,故C错误；增大nN2 可提高 H2 的转化率,故D正确；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 答案： BD6 CO 可 用 于 合 成 甲 醇 , 反 应 方 程 式 为 COg 2H2g CH3OHg；CO在不同温度下的平稳转化率与压强 的关系如下图；该反应的 H_0 选填“ ” 或“ ” ；250 、1.3 10 4 kPa 左右,挑选此压 实际生产条件掌握在 强的理由_ _ ；解析： 依据图示,当压强相同时,降低温度,CO的平稳 转化率上升,说明降温平稳向正反应方向移动,因此正反应

9、为放热反应,就 H0；答案： 在 1.3 10 4 kPa 下,CO的平稳转化率已较高,再增大压强, CO的平稳转化率提高不大,而生产成本增加,得不偿失1以下有关合成氨的说法中正确的选项是 A降温并加压有利于提高氨在平稳混合物中的百分含 量 B升温并加压有利于提高氨在平稳混合物中的百分含量 C通过调控温度和压强,就肯定能获得氨在平稳混合 物中的百分含量 D通过调控温度、压强、氮气和氢气的分压比,就一 定能使氮气和氢气完全转化为氨名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 解析： 氮气与氢气合成氨是气体物质的量减小的放热反 应

10、,降温顺加压均能使化学平稳状态向生成氨的反应方向移 动；转变反应物的浓度或气态反应物的分压也能转变氨在平 衡混合物中的百分含量；无论实行什么措施,使可逆反应的 反应限度到达 100%都是不行能的；答案： A2合成氨所需H2 可由煤和水反应制得,其中的一步反应 为COg H2OgCO2g H2g正 反 应是 放 热 反应 ,欲提高 CO的转化率可采纳的方法有：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；其中正确的组合是 ABC D解析： 该反应为气体体积不变的反应,转变压强只能改变反应速率,但不能转变CO 的转化率；该反应的正方向为放热反应,所以降低温度可使平稳向正反应方

11、向移动,提高 CO的转化率； 增大反应物的浓度可使另一反应物的转化率提 高,而本身转化率降低；催化剂只能转变化学反应速率,但 不能使平稳移动；答案： C名师归纳总结 3NO2 蒸气易形成N2O4：2NO2gN2O4g 正反应为第 6 页,共 14 页放热反应 ,现欲较精确测定NO2的相对分子质量,应采纳的反应条件是 A高温低压 B低温高压C低温低压 D高温高压- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 解析：题目要求精确测定NO2的相对分子质量, 而 NO2g易形成 N2O4g ,不利于 NO2的相对分子质量的测定；故要准确测定NO2 的相对分子质量,就必需使上

12、述平稳向生成NO2分子的方向移动,由于上述正反应是一个体积缩小的放热反应,要使平稳向逆反应方向移动,就应实行高温低压的措施才行；答案： A4反应N2 g 3H2g 2NH3g H0 在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如右图所示,就氨的百分含量最高的一段时间段是 t 1t 6,只转变了温度或 压强 At 0t 1 B t 2 t 3 Ct 3t 4 Dt 5 t 6解析： 此题考查了对速率时间图象的分析；化学平稳时 v正v逆,氨的百分含量不变；t 1t 2、t 4 t 5,v逆大于 v 正,平稳向左移动,致使氨的百分含量削减；所以氨的百分含量最高时是t 0t 1；答案： A5合成氨的温度

13、和压强通常掌握在约500 以及 N2和 H2的体积2 1075 107 Pa 的范畴,且进入合成塔的比为 13,经科学试验测定,在相应条件下, N2和 H2反应所名师归纳总结 得氨的平稳浓度 体积分数 如下表所示, 而实际从合成塔出第 7 页,共 14 页来的混合气体中含有氨约为15%,这说明 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 压强2 107 Pa 6 107 Pa 温度500 19 .1 B生产条件掌握不当 C氨的分解速率大于猜测值 D合成塔中的反应并未到达平稳解析： 表中数据为科学试验测定,不行能有明显误差；合成氨连续进行,不会突然转变生产条件；平

14、稳的浓度问题与速率的大小没有直接关系,而到达平稳状态的时间就取决于反应速率的大小；平稳浓度是该条件下该可逆反应的最高生成物浓度,所以 D项正确；答案： D6在合成氨的反应中,N2和 H2的初始加入量为110 mL、130 mL,当到达平稳时,气体的总体积变为NH3的体积为 A10 mL B20 mL C25 mL D30 mL 解析： 依据N23H22NH3220 mL,就生成 1 3 2 V2 V110 mL130 mL20 mL 110 mL 130 mL VNH3 220 mL缩小 2 体积也等于生成 VNH3 20 mL 答案： BNH3的体积数,即：名师归纳总结 - - - - -

15、- -第 8 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7合成氨时,必需除去原料气中的杂质,其主要目的 是 A防止催化剂中毒 B有利于平稳的移动 C提高 N2 与 H2的转化率 D削减副反应解析： 原料气中的杂质能使催化剂中毒,所以原料气在进入合成塔以前需要除去这些杂质；答案： A8工业上合成氨是在肯定条件下进行如下反应：N2 g3H2g 2NH3 g H92.44 kJ mol1,其部分工艺流程如以下图所示：反应体系中各组分的部分性质见下表：气体氮气氢气氨熔点/ 沸点/ 答复以下问题：1 写出该反应的化学平稳常数表达式：K_；名师归纳总结 - - - - - - -第

16、 9 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 随着温度上升,K 值_ 选填“ 增大” 、“ 减小” 或“ 不变” ；K解析： 由方程式N2g 3H2 g2NH3 g 不难写出：NH323 ,依据此反应 H0,说明正反应为放热反N 2 H 2应,上升温度平稳向吸热方向移动,N 2 和H 2 增大,故 K减小；2 NH3 答案：N 2 H 2 3 减小即向左移动, NH3 减小,2 平稳常数 K值越大,说明 _ 填字母 ；AN2的转化率越高 BNH3的产率越大 C原料中 N2 的含量越高 D化学反应速率越快解析： 平稳常数 K 值越大,说明 NH3 越大, N 2 和H

17、2就越小, 说明反应进行的程度大,故 N2的转化率就越高, NH3的产率就越大； 注：产率是指实际产生的 NH3与理论产生的NH3的物质的量之比 答案： A、B3 合成氨反应的平稳常数很小,所以在工业上实行气体循环的流程；即反应后通过把混合气体的温度降低到_ 使 _ 别 离 出 来 ； 继 续 循 环 的 气 体 是_；解析： 依据气体的熔、沸点可知,氨气简单液化,使其别离可使平稳正向移动,剩余 N2和 H2 循环使用,以提高产率；答案： 33.42 氨N2 和 H29合成氨反应在工业生产中的大量运用,满意了人口名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 14 页精选学习资料 -

18、 - - - - - - - - 的急剧增长对粮食的需求,也为有机合成供应了足够的原料 氨 ； 合 成 氨 反 应 是 一 个 可 逆 反 应 ： N2g1,3H2g2NH3g ；在 298 K 时： H92.2 kJ molK4.1 106mol L12；1 从平稳常数来看,反应的限度已经很大,为什么仍 需要使用催化剂？_ _ ；解析： 对于一个实际工业生产的反应原理,既要考虑反 应的限度问题,也要考虑反应的速率问题,使用催化剂主要是为了在不影响限度的情形下加快反应速率；答案： 使用催化剂主要是为了在不影响限度的情形下加 快反应速率,提高单位时间内的产量因：2 试分析实际工业生产中实行 70

19、0 K 左右的温度的原_ ；解析： 在该温度下,催化剂的活性最大；答案： 在该温度下,催化剂的活性最高,速率较大,反应的限度虽然有所降低,但综合分析,单位时间内的产量仍是最抱负的3298 K,1.01 10 5 Pa,在 10 L 密闭容器中充入 10 mol氮气、 30 mol 氢气和 20 mol 氨气,开头的瞬时,反应向_ 选填“ 正” 或“ 逆” 方向进行,反应进行 5 min后 体 系 能 量 的 变 化 为 _ 选 填 “吸 收 ”或 “放出” 184.4 kJ ,容器内压强变为原先的_倍；名师归纳总结 解析：依据 Q20 mol/10 L2/10 mol/10 L 30 第 11

20、 页,共 14 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - mol/10 L3 4/27mol L 12K4.1 106mol L12,反应正向进行,放出热量,且放出热量的数值为92.2 kJ mol1的两倍,故5 min 时生成的氨气为4 mol,用三步式表示为N2g 3H2g 30 2NH3g 20 起始量 mol 10 转化量 mol 2 6 4 5 min 时mol 8 24 24 故 5 min 时气体总物质的量为8 242456mol ,容器内压强变为原先的 56/60 14/15 ；答案： 正 放出 14/154 从开头至5 min 时,用 N2

21、浓度变化表示该反应的平均速率为 _；1解析：vN2 2 mol/10 L/5 min0.04 mol L1 minSO2 转化答案： 0.04 mol L1 min 110工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将为 SO3是一个关键步骤； 压强及温度对 表所示 原料气各成分的体积分数为：压强 /Mpa SO2转化率的影响如下 SO2 7%,O2 11%,N2 82%：转化率 /% 1 10 温度/ 400 500 600 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 已知 SO2 的氧化是放热反应, 如何利用表中数据推断此结

22、论？_ ；答案： 压强肯定时,温度上升,SO2 转化率下降,说明升温有利于逆反应进行,所以正反应为放热反应 2 在 400500 时, SO2 的催化氧化采纳常压而不是 高压,主要缘由是：_ _ ；答案： 增大压强对提高 增加生产成本SO2 转化率无显著影响,反而会3 挑选相宜的催化剂,是否可以提高 SO2 的转化率？_ 选填“ 是” 或“ 否” , 是否可以增大该反应所放出的热量？ _ 选填“ 是” 或“ 否” ；答案： 否 否4 为提高 SO3吸取率,实际生产中用 _吸取 SO3；答案： 浓硫酸5 已知： 2SO3g O2g=2SO3g H 196.6 kJ mol1,运算每生产1 万吨

23、98%硫酸所需要的SO3质量和由 SO2生产这些 SO3 所放出的热量；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 答案： 1 万吨 98%的硫酸含 H2SO4 的质量为 9.8 109 g ,设需要 SO3的质量为 x,该反应产生的热量为y,就：H2SO4SO3 H 98 g 80 g 196.6 0.5 kJ 名师归纳总结 9.8 10 9 g x yx9.8 10 98 g 9 g 80 g8.0 10 9 g 8.0 108.0 10 3 t 98.3 kJy80 g9.83 10 9 kJ3 t ,第 14 页,共 14 页- - - - - - -