2019高中化学 第2章第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨作业2 鲁科版选修4.doc

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1、1第第 4 4 节节 化学反应条件的优化化学反应条件的优化工业合成氨工业合成氨 知能演练 轻松闯关学生用书单独成册基础温故1对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是( ) A都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响 B都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间 C都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响 D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用 解析：选 C。对于化学反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)，催化剂只能降低反应所需 活化能，增大反应速率常数，提高反应速率，缩短达到平衡状态所用时间，不能使化学平 衡发生移动。

2、高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用时间缩短，也能使化学平衡 向生成 NH3的方向移动。 2对于可逆反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正确 的是( ) A达到平衡后加入 N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的小，H2的浓度比原 平衡的小 B达到平衡后升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了 NH3的产率 C达到平衡后缩小容器容积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转 化率 D加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，而逆反应速率减 小了 解析：选 C。达到平衡后，加入 N2，平衡将向正反应方向移动，NH3的浓度

3、会增大，而 H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向 移动，不利于 NH3的生成；达到平衡后，缩小容器容积即增大压强，正、逆反应速率都增 大，平衡向正反应方向移动，有利于提高 H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、 逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。 3合成氨反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.4 kJmol1，在反应过程 中，正反应速率的变化如图所示：下列说法正确的是( ) At1时升高了温度 Bt2时使用了催化剂 Ct3时增大了压强 Dt4时降低了温度 解析：选 B。若t1时升高了温度，则平衡左移，v正应瞬间增大后逐渐增大至

4、平衡，A 错；若t3时增大了压强，则平衡右移，v正应瞬间增大后逐渐减小至平衡，但最终比原平 衡大，C 错；若t4时降低了温度，v正应瞬间减小，曲线不应相连，D 错。 4在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中 NH3的体积占 25%，若反应前 后条件保持不变，则反应后缩小的气体的体积与原反应物体积的比值是( ) A1/5 B1/4 C1/3 D1/2 解析：选 A。设平衡后混合气体的体积为 100 L，则 NH3的体积为 25 L，由 N23H2 2NH3知，反应前后气体体积差为 2，则缩小的气体体积为 25 L，反应前的气体体积为 100 L25 L125 L，则缩小的气体体积与原反应

5、物体积的比值是 。25 1251 5 5可逆反应 3H2(g)N2(g)2NH3(g) Hp2)下达到平衡时，混 合气体中氨的体积分数a%随温度和压强的变化曲线正确的是( )解析：选 A。合成氨反应的正反应是放热反应，且是气体体积减小的反应。随温度升 高，a%减小；随压强增大，a%增大，A 选项图像符合。 7某密闭容器中发生反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g) H0，化学平衡不移动，可知t2时加入催化 剂；t3t4时，v(逆)、v(正)均减小，且 v(正)v(逆)，化学平衡逆移，可知t3时压 强减小；t5t6时，v(逆)、v(正)均增大，且 v(逆)v(正)，化学平衡逆移，可知t5 时温

6、度升高；由化学平衡移动原理可知：t6时 N2的转化率最低。 8已知：N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.4 kJmol1。在相同温度下， 相同容积的恒容容器中，实验测得起始、平衡时的有关数据如下表： 起始时各物质 的物质的量/mol容器 编号N2H2NH3达到平衡 时体系能 量的变化平衡时 氨气的 体积 分数130放出热量 23.15 kJW10.92.70.2放出热量QW2 下列判断正确的是( ) AW1W2，Q23.15 kJ DW1W2，QQ。 9合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g) H甲，平衡时 NH3百分含量为乙甲，条件应为增大压 强；图中反应速率为甲乙，平衡时

7、 H2转化率为乙甲，故应是改变温度且甲温度高；图 中反应速率为甲乙，平衡时n(混)相同，故甲使用了效率较高的催化剂。 12在密闭容器内，N2、H2起始的物质的量分别为 10 mol、30 mol，达到平衡时 N2的 转化率为 25%。若从 NH3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同， 则应加入 NH3的物质的量及 NH3的转化率为( ) A15 mol 和 25% B20 mol 和 50% C20 mol 和 75% D40 mol 和 80% 解析：选 C。以 N2、H2开始反应时，N2为 10 mol，H2为 30 mol，要以 NH3开始反应， 并且平衡时各成分百

8、分含量与前者相同，则 NH3的物质的量必须是 20 mol，故 A 和 D 是错 误的。设以 NH3开始反应时，氨转化的物质的量为x，那么有 20 molx210 mol25%，x15 mol，故氨的转化率为100%75%。15 mol 20 mol 13一定温度下，向密闭容器中充入 1.0 mol N2和 3.0 mol H2，反应达到平衡时，测 得 NH3的物质的量为 0.6 mol。若该容器中开始时 N2的物质的量为 2.0 mol，H2为 6.0 mol，则平衡时 NH3的物质的量为( ) A若为定容容器，n(NH3)1.2 mol B若为定容容器，n(NH3)1.2 mol 解析：选

9、 C。若为定压容器，由等效平衡原理可知 C 正确；若为定容容器，可假定让 后者在前者 2 倍体积的容器中反应，建立平衡时，n(NH3)1.2 mol，再缩小容积至跟前者 的相同，此时平衡正移，n(NH3)增大，即n(NH3)1.2 mol。 14氨是一种重要的化工原料，氨的合成与应用是当今重要研究内容之一。不同温度、 压强下，合成氨平衡体系中 NH3的物质的量分数见下表(N2和 H2起始物质的量之比为 13)。压强/MPa 氨的含量/% 温度/0.11020306010020015.381.586.489.995.498.8 3002.252.064.271.084.292.6 4000.42

10、5.138.247.065.279.8 5000.110.619.126.442.257.5 6000.054.59.113.823.131.45回答下列有关问题： (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的转化率为_。 (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：(1)比较 200 和 300 时的数据知，随

11、着温度升高，氨的含量有所下降，说 明平衡向逆反应方向移动。由升高温度，平衡向吸热反应方向移动，逆反应为吸热反应， 得正反应为放热反应；(2)由平衡移动原理知，低温高压有利于反应向生成氨的方向进行； (3)500、30 MPa 时平衡混合物中氨的百分含量为 26.4%，根据题中已知可把起始的 N2设 为x mol，H2设为 3x mol，N2转化的量为y mol，利用“列三段式法”计算，即可得 N2的 转化率。 答案：(1)逆反应 放热 (2)C (3)41.77% (4)加入过量的 N2(或及时从平衡体系中 分离出 NH3) 15恒温下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固

12、定容积的密闭容器中，发 生反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)。 (1)若反应进行到某时刻t时，n(N2)13 mol，n(NH3)6 mol，则a的值为 _。 (2)反应达到平衡时，混合气体的体积为 716.8 L(标准状况下)，其中 NH3的含量(体积 分数)为 25%。则平衡时 NH3的物质的量为_。 (3)原混合气体与平衡时混合气体的总物质的量之比(写最简整数比，下同)n(始) n(平)_。 (4)原混合气体中，ab_。 (5)达到平衡时，N2和 H2的转化率之比(N2)(H2)_。 解析：(1)设反应的 N2的物质的量为x mol。N23H22NH3 初始量/mol: a b

13、0 变化量/mol: x 6 t时量/mol: 13 6 根据上述关系，解得x3。 所以ax1316。(2)平衡时 NH3的物质的量为25%32 mol25%8 mol。716.8 L 22.4 Lmol1 (3)可利用差量法计算。假设反应过程中混合气体减少的总物质的量为y。 N23H22NH3 n1 3 2 28 mol y 解得y8 mol。所以，原混合气体总物质的量为8 mol40 mol。原混合气体与平衡716.8 L 22.4 Lmol1 时混合气体的总物质的量之比为 403254。 (4)前面已计算出原混合气体中a16，所以 H2的物质的量的数值b401624，所 以ab162423。 (5)反应过程中各物质的物质的量如下：N23H22NH3 起始(mol) 16 24 0 转化(mol) 4 12 86则(N2)100%25%，(H2)100%50%，故(N2)(H2)4 mol 16 mol12 mol 24 mol 12。 答案：(1)16 (2)8 mol (3)54 (4)23 (5)12