2020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.pdf

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1、2020第第 4 4 节节 化学反应条件的优化工业合成氨化学反应条件的优化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。高压能提高反应

2、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的浓度会增大，而H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温

3、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。13合成氨反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol，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

4、，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()A1/5B1/4C1/3D1/2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 N23H22NH3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251反应物体积的比值是。12555可逆反应 3H2(g)N2(g)2NH3(g)Hp2)下达到平衡时，

5、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时温度升高；由化学平衡移动原理可知：t6时 N2的转化率最低。18已知：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol。

6、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：起始时各物质平衡时达到平衡容器的物质的量/mol氨气的时体系能编号体积量的变化N2H2NH3分数放出热量130W123.15 kJ0.92.70.2放出热量QW2下列判断正确的是()AW1W2，Q23.15 kJBW1W2，Q23.15 kJCW123.15 kJDW1W2，QQ。9合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，在某一时间段t0t6中反应速率与反应过程的曲线如图所示，试回答下列问题：(1)合成氨反应已达平衡状态的时间段为2020_。(2)t1t2时间段是_(填改变条件，下同)使平衡向_(填“逆反应

7、”或“正反应”，下同)方向移动；t4t5时间段是_使平衡向_方向移动。(3)在此过程中，氨的百分含量最高的一段时间是_。解析：(1)由图可知，v正v逆的状态为平衡状态，即t0t1、t2t4、t5t6三个时间段为平衡状态。(2)t1t2时间段v正、v逆都增大，且v逆增大的多，若是加压，则v正增大的多，由于正反应方向是放热反应，故升温，v正、v逆都增大，且v逆增大的多；t4t5时间段，v正、v逆都减小，且v正减小的多，依据反应的特点，故改变的条件是降低压强，平衡向逆反应方向移动。(3)t0t6时间段，除t0t1、t2t4、t5t6三个时间段为平衡状态外，t1t2、t4t5时间段都是平衡向逆反应方向

8、移动的，故氨的百分含量是逐渐减小的，所以在t0t1时间段中氨的百分含量最高。答案：(1)t0t1、t2t4、t5t6(2)升高温度逆反应降低压强逆反应(3)t0t110在密闭容器中，使 1 mol N2和 3 mol H2混合发生下列反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0。(1)当反应达到平衡时，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”)移动，气体密度_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(3)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氩气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。(4)当反应达到平衡时，保持温度、压强不变，充入

9、氩气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。(5)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氮气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动，氢气的转化率_(填“增大”、“减小”或“不变”)。解析：(1)以化学计量数之比通入反应物时转化率相等，故平衡时的 N2和 H2浓度之比为 13。(2)升温平衡逆向移动，但体积不变，质量不变，故密度不变。(3)温度、体积不变，充入氩气，反应体系浓度不变，平衡不移动。(4)温度、压强不变，充入氩气，体积增大，反应体系的压强减小，平衡逆向移动。(5)温度、体积不变，充入氮气，平衡正向移动，氢气的转化率增大。答案：(1)13(2)逆向不变(3)不(4)逆向

10、(5)正向增大能力提升11 在容积固定的密闭容器中存在反应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%2020C20 mol 和

11、 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15 mol量为x，那么有 20 molx210 mol25%，x15 mol，故氨的转化率为100%75%。20 mol13一定温度下，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 0.6mol。若该容器中开始时N2的物质的量为 2.0 mol，H2为 6.0

12、 mol，则平衡时 NH3的物质的量为()A若为定容容器，n(NH3)1.2 molB若为定容容器，n(NH3)1.2 mol解析：选 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)1.2mol。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/%0.110203060100温度/2001

13、5.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4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

14、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 m

15、ol N2与b mol H2的混合气体通入一个固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

16、始量/mol:ab 0变化量/mol:x 6t时量/mol:13 62020根据上述关系，解得x3。所以ax1316。716.8 L125%32 mol25%8 mol。22.4 Lmol(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。N23H22NH3n 1 3 2 2 8 moly解得y8 mol。716.8 L所以，原混合气体总物质的量为18 mol40 mol。原混合气体与平衡时混合气体的总物质的22.4 Lmol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 84 mol12 mol则(N2)100%25%，(H2)100%50%，故(N2)(H2)12。16 mol24 mol答案：(1)16(2)8 mol(3)54(4)23(5)12(2)平衡时 NH3的物质的量为