2019年高中化学第2章第4节化学反应条件的优化--工业合成氨练习.doc

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1、化学反应条件的优化工业合成氨1对于合成氨反应，N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0，达到平衡后，以下分析正确的是()A升高温度，对正反应的反应速率影响更大B增大压强，对正反应的反应速率影响更大C减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大D加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大解析：A.升高温度正逆反应速率都增大，平衡向逆反应方向移动，说明温度对逆反应速率影响较大；B.增大压强，平衡正向移动，则压强对正反应速率影响较大；C.减小反应物浓度，逆反应速率不变；D.加入催化剂，对正逆反应速率影响相同。答案：B2下列措施既能加快工业合成氨的速率，又能增大该反应的反应物转化率的是()A缩小容器容积B

2、移走NH3C提高反应温度 D使用催化剂解析：A项，缩小容器容积，可以加快反应速率，平衡正向移动，增大反应物的转化率，故符合题意；B项，移走NH3，反应速率减小，平衡正向移动，反应物的转化率增大，故不符合题意；C项，提高反应温度，反应速率加快，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，故不符合题意；D项，使用催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，不能提高反应物的转化率，故不符合题意。答案：A3接触法制硫酸工艺中，其主要反应2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)H0，在450 并有催化剂存在条件下建立平衡，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是()A及时分离出SO3气体B选择高效的催化剂C适

3、当升高温度D增大O2的浓度解析：增大O2浓度可加速反应的进行，并使平衡向正反应方向移动。答案：D4下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量的变化情况。达到平衡时混合物中NH3的含量为(体积分数)入料V(N2)V(H2)13：温度/不同压强下NH3的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.8(1)比较200 和300 时的数据，可判断升高温度，平衡向_方向移动，正反应方向为_(填“吸热”或“放

4、热”)反应。(2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是_。A高温高压B高温低压C低温高压 D低温低压(3)计算500 ，30 MPa时N2的转化率_。(4)实际工业生产合成氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，还采取了一些措施。请写出其中的一个措施：_。解析：(3)N23H22NH3起始 1 3 0转化 n 3n 2n平衡 1n 33n 2n100%26.4%n0.417 7故N2的转化率为100%41.77%。答案：(1)左(或逆反应)放热(2)C(3)41.77%(4)加入过量的N2(或及时从平衡混合物中移走NH3)时间：40分钟A级基础巩固基础题1在密闭容器中，合成氨的反应N23H22NH3，

5、现将2 mol N2和2 mol H2通入该容器中反应，20 s后生成0.8 mol的NH3，则H2的转化率是多少()A70%B60%C50%D40%解析：本题可以依据“三段式”法列式计算。设经过20 s N2转化了x mol，则有：N2 3H22NH3起始：2 mol2 mol0转化： x mol 3x mol 2x mol20 s后： (2x) mol (23x) mol 2x mol根据题意20 s后生成0.8 mol的NH3，则有2x0.8 mol，x0.4 mol，所以H2的转化率是： 100%60%。答案：B2某温度下，发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJm

6、ol1，N2的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()A将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJB平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)K(B)C上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大D升高温度，平衡常数K增大解析：该反应为可逆反应，加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A项错误；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C

7、项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。答案：C3.反应N2 (g)3H2(g) 2NH3(g)H0在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如图所示，则氨的百分含量最高的一段时间段是(t1t6，只改变了温度或压强)()At0t1Bt2t3Ct3t4 Dt5t6解析：此题考查了对速率时间图象的分析。化学平衡时v(正)v(逆)，氨的百分含量不变。t1t2、t4 t5，v(逆)大于v(正)，平衡向左移动，致使氨的百分含量减少。所以氨的百分含量最高时是t0t1。答案：A4工业合成氨的反应是放热反应，下列关于N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应的图象中，错误的是()解析：合成氨的正反应是

8、放热反应，升温，正、逆反应速率都增大，但逆反应增大的程度大，A正确；在T1时NH3%最大，达到平衡，再升高温度，平衡逆向移动，NH3%减小，B正确，C错误；增大压强，平衡向右移动，NH3%增大，D正确。答案：C5在容积不变的密闭容器中发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响如图所示，下列分析正确的是()A图表示的是t1时刻增大O2的浓度对化学反应速率的影响B图表示的是t1时刻加入催化剂对化学反应速率的影响C图表示的是催化剂对化学平衡的影响，且甲的催化剂效率比乙的高D图表示的是压强对化学平衡的影响，且乙的压强较高解析：若增

9、大O2的浓度，正反应速率突然变大，逆反应速率瞬间不变，随后逐渐变大，故A项错误；加入催化剂，正、逆反应速率同等程度增大，v(正)v(逆)，化学平衡不移动，SO2的转化率不变，故B项正确、C项错误；乙达到化学平衡时所用时间短，则其反应速率较快，乙的压强比甲的高，但增大压强平衡右移，SO2的转化率增大，故D项错误。答案：B基础题6有平衡体系：CO(g)2H2(g) CH3OH(g)H0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采用的正确措施是()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、催化剂解析：A.此反应为放热的反应，高温条件下使反应逆向进行，甲醇的产率减小，故A错误；B.适宜

10、的温度和催化剂，有利于反应速率增大，此反应为体积减小的反应，故高压下使反应正向移动，故B正确；C.低压下，平衡逆向移动，不利于甲醇的产出，故C错误；D.温度过高，使反应逆向进行，甲醇的产率减小，故D错误。答案：B7工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N2 (g)3H2 (g)2NH3 (g)H92.44 kJmol1，其部分工艺流程如下图所示：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/210.01252.7777.74沸点/195.79259.2333.42回答下列问题：(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K_。随着温度升高，K值_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)平衡

11、常数K值越大，表明_(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(3)合成氨反应的平衡常数很小，所以在工业上采取气体循环的流程。即反应后通过把混合气体的温度降低到_使_分离出来；继续循环的气体是_。解析：(1)由方程式N2(g)3H2 (g) 2NH3 (g)不难写出：K ，根据此反应H0，说明正反应为放热反应，升高温度平衡向吸热方向移动，即向左移动，NH3减小，N2和H2增大，故K减小。(2)平衡常数K值越大，说明NH3越大，N2和H2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N

12、H3的物质的量之比)。(3)根据气体的熔、沸点可知，氨气容易液化，使其分离可使平衡正向移动，剩余N2和H2循环使用，以提高产率。答案：(1)减小(2)AB(3)33.42 氨N2和H2B级能力提升8合成氨反应在工业生产中的大量运用，满足了人口的急剧增长对粮食的需求，也为有机合成提供了足够的原料氨。合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。在298 K时：H92.2 kJmol1，K4.1106(molL1)2。(1)从平衡常数来看，反应的限度已经很大，为什么还需要使用催化剂？_。(2)试分析实际工业生产中采取700 K左右的温度的原因：_。(3)298 K，1.01105

13、 Pa，在10 L密闭容器中充入10 mol氮气、30 mol氢气和20 mol氨气，开始的瞬间，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，容器内压强变为原来的_倍。(4)从开始至5 min时，用N2浓度变化表示该反应的平均速率为_。解析：(3)依据Q(20 mol/10 L)2/(10 mol/10 L)(30 mol/10 L)3 4/27(molL1)2K4.1106(molL1)2，反应正向进行，放出热量，且放出热量的数值为92.2 kJmol1的两倍，故5 min时生成的氨气为4 mol，用三步式表示为N

14、2(g)3H2(g) 2NH3(g)起始量/mol 10 30 20转化量/mol 2 6 45 min时/mol 8 24 24故5 min时气体总物质的量为56mol，容器内压强变为原来的56/6014/15。(4)v(N2)(2 mol/10 L)/5 min0.04 molL1min1。答案：(1)使用催化剂主要是为了在不影响限度的情况下加快反应速率，提高单位时间内的产量(2)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，单位时间内的产量还是最理想的(3)正放出14/15(4)0.04 molL1min19合成氨的温度和压强通常控制在约500 以及20 M

15、Pa50 MPa的范围，当进入合成塔的N2和H2的体积比为13时，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20 MPa50 MPa平衡浓度(体积分数)19.142.2而实际上从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%。请回答下列问题：(1)298 K下合成氨时，每生成1 mol氨气，同时放出46.2 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为_。在该温度下，取1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在的条件下进行反应，测得反应放出的热量总小于92.4 kJ，其原因是_。(2)实际上从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值的根本原

16、因是_(填序号)。A表中所测数据有明显误差B生产条件控制不当C氨的分解速度大于预测值D合成塔中的反应未达到平衡状态(3)若工业生产中N2和H2按投料比12.8的比例进入合成塔，那么转化率较大的应该是_，采用此投料比的原因是_，若从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数仍为15%，则N2和H2的转化率之比是_。解析：(1)根据题意，生成2 mol NH3所放出的热量为46.2 kJ292.4 kJ，该反应的热化学方程式为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1。由于合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2反应不可能完全转化为NH3，所以放出的热量总小于92.

17、4 kJ。(2)从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值，其根本原因是反应没有这到平衡状态。(3)若投料之比为12.8，相当于增加了N2的用量，可以提高H2的转化率。N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始量 1 2.8 0变化量 x 3x 2x平衡量 1x 2.83x 2x根据题意：100%15%，解得x0.248。N2、H2的转化率之比2.8311.07。答案：(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2反应不可能完全转化为NH3(2)D(3)H2增加相对廉价原料N2的用量，提高相对贵重原料H2的转化率，降低成产成本11.07