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、精品_精品资料_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 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500 ,目的是使化学平稳向正反应方向移动D. 合成氨厂采纳的压强是210 7510 7 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 循环利用, 这样处

2、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7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210 510 7 Pa 的高压,催化剂活性最大时的温度是500 ,故D 项错误.答案： B2. 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 的平稳浓度最大可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_C500 时 N2 的转化率最

3、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济和社会进展具有重要 的 意 义 . 对 于 密 闭 容 器 中 的 反 应 ：

4、 N2g3H2g2NH3g ,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 比上可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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,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

5、 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： AD5. 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： N2 3H22NH3 H 0.(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” .2解析： 依据化学方程式可写出平稳常数为Kc NH3 /可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2 cN c3H2 ,由于反应放热,上

6、升温度平稳向逆反应方可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_向移动,就平稳常数减小.23可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答案： c NH3/ cN2 cH2减小可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(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 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_压强/MPa氮的平稳10203060100含量 /%温度/ 摄氏度200300400500600解析：

7、 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 压强太高,对生产设备要求也高,难以实现(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 H 0、 S 0,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.查找常温下的合适催化剂可削减能量的消耗,为讨论的主要方向,故B 正确. S 0,需在肯定温度 4 才能进

8、行,故C错误.增大nN2 可提高 H2 的转化率,故 D 正确.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答案： BD6 CO 可 用 于 合 成 甲 醇 , 反 应 方 程 式 为 COg 42H2gCH3 OHg.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 H0 选填“”或“” .实际生产条件掌握在250 、1.3 10kPa 左右,挑选此压强的理由 .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

9、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,就肯定能使氮气和氢气完全转化为氨可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析： 氮气与氢气合成氨是气体物质的量减小的放热反应, 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稳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1

10、00%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ABCD解析： 该反应为气体体积不变的反应,转变压强只能转变反应速率,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： C3. NO2 蒸气易形成

11、 N2O4： 2NO2gN2O4g正反应为放热反应 ,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高温高压可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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 3H2g2NH3g H0 在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系

12、如右图所示, 就氨的百分含量最高的一段时间段是 t 1 t 6 ,只转变了温度或压强 A t0 t1B t2 t 3C t3 t4D t5 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 0 t 1.答案： A5. 合成氨的温度和压强通常掌握在约500 以及可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2210 7510 7 Pa 的范畴,且进入合成塔的N和 H2的体积可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_比为 13, 经

13、科学试验测定, 在相应条件下, N2 和 H2 反应所得氨的平稳浓度 体积分数 如下表所示, 而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这说明 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_压强210 7 Pa610 7 Pa温度500 19 .1B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

14、, 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220 mL,就生成NH3 的体积为 A 10 mLB 20 mLC 25 mLD 30 mL解析： 依据N2 3H22NH3132 V 2110 mL130 mLVNH3 V110 mL 130 mL220 mL 20 mL缩小 2 体积也等于生成 NH3 的体积数,即：VNH3 20 mL答案： B可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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

15、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 g可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 3H2g2NH3(g) H 92.44 kJ mol 1,其部分可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_随着温度上升,K 值 选填“增大”、“减小”或“不变” .解析： 由方程式 N2g 3H2 g2NH3 g 不难写出：2

16、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_K NNH32 H3,依据此反应H0,说明正反应为放热反2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_应,上升温度平稳向吸热方向移动,即向左移动, NH3 减小,N 2 和H 2 增大,故 K减小.2NH3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答案：N 2 H3减小2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(2) 平稳常数 K值越大,说明 填字母 .A N2 的转化率越高B NH3 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, N2 和H2 就越小, 说明反应进行的

17、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、B(3) 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,满意了人口可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的急剧增长对粮食的需求,也为有机合成供应了足

18、够的原料 氨 . 合 成 氨 反 应 是 一 个 可 逆 反 应 ： N2 g233H g2NHg .在 298 K 时： H 92.2 kJ mol 1 ,K4.1 10 6mol L1 2.(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(2) 试分析实际工业生产中实行700 K 左右的温度的原因： .解析： 在该温度下,催化剂的活性最大.答案：

19、 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3298K,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.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析：依据 Q 20mol/10 L2/10mol/10 L 30可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mol/

20、10 L3 4/27mol L 1 2K4.1 10 6mol L1 2,反应正向进行,放出热量,且放出热量的数值为92.2kJmol 1 的两倍,故 5 min 时生成的氨气为4 mol,用三步式表示为N2 g 3H2g2NH3g起始量 mol103020转化量 mol2645 min 时mol82424故 5 min 时气体总物质的量为8 24 2456mol ,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 浓度变化表示该反应的平均速率为.1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析： vN2 2 mol/10 L/5

21、min0.04 molL1答案： 0.04 mol L1min 1min可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_10. 工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将SO2 转化为 SO3 是一个关键步骤. 压强及温度对 SO2 转化率的影响如下 表所示 原料气各成分的体积分数为： SO2 7%,O2 11%,N2 82%：压强 /Mpa转化率 /%110可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_温度/ 400500600可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(1) 已知 SO2 的氧化是放热反应, 如何利用表中数据推断此结论？ .答案： 压强肯定时,温度上升,SO2 转化率下降

22、,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SO2 转化率无显著影响,反而会增加生产成本(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 196.63kJmol 1,运算每生产 1 万吨 98%硫酸所需要的SO质量和由 SO2 生产这些 SO3 所放出的热量.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_9答案： 1 万吨 98%的硫酸含 H2SO4 的质量为 9.8 10g ,设需要 SO3 的质量为 x,该反应产生的热量为y,就：H2SO4 SO3 H98 g80 g196.6 0.5 kJ9.8 10 9 gxy9.8 10 9g80 g可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_x98 g8.0 10 8.0 10 3t 98.3 kJ9 g 8.0 10 3 t ,9可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_y80 g9.83 10kJ可编辑资料 - - - 欢迎下载