新編高中化學(xué)魯科版選修4：課時(shí)跟蹤檢測(cè)十三 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 Word版含解析

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1、新編化學(xué)精品資料 課時(shí)跟蹤檢測(cè)（十三） 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 1．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法中正確的是(　　) A．鐵做催化劑可加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng) B．升高溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng) C．增大壓強(qiáng)能縮短到達(dá)平衡狀態(tài)所用的時(shí)間 D．合成氨采用的壓強(qiáng)是2×107～5×107 Pa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最高 解析：選C　催化劑可以改變反應(yīng)速率，但不能使平衡移動(dòng)，只能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間，A項(xiàng)錯(cuò)誤；升高溫度可以加快反應(yīng)速率，但合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此升高溫度不利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

2、增大壓強(qiáng)加快反應(yīng)速率，C項(xiàng)正確；催化劑的活性取決于溫度的高低，而非取決于壓強(qiáng)的大小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 2．合成氨反應(yīng)使用催化劑的理由是(　　) A．使逆反應(yīng)不發(fā)生 B．使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) C．加快正、逆反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間 D．提高原料的轉(zhuǎn)化率 解析：選C　使用催化劑，加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡時(shí)間，但平衡不移動(dòng)。 3．合成氨時(shí)，既要使H2的轉(zhuǎn)化率增大，又要使反應(yīng)速率增大，可采取的方法是(　　) A．補(bǔ)充H2　　　　　　　　 B．升高溫度 C．增大壓強(qiáng) D．使用催化劑 解析：選C　合成氨反應(yīng)是放熱、氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的反應(yīng)，補(bǔ)充H2、升高溫度、增大壓強(qiáng)、使用催化劑都

3、能使反應(yīng)速率增大，但補(bǔ)充H2會(huì)使H2的轉(zhuǎn)化率減??；升高溫度使平衡左移，H2的轉(zhuǎn)化率減??；使用催化劑，平衡不移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率不變；只有增大壓強(qiáng)會(huì)使平衡右移，H2的轉(zhuǎn)化率增大。 4．如圖所示是合成氨的簡(jiǎn)要流程示意圖，圖中沿x路線到壓縮機(jī)的物質(zhì)是(　　) A．N2和H2 B．催化劑 C．N2 D．H2 解析：選A　在合成塔中氨的產(chǎn)率較低，有大量未反應(yīng)的N2和H2，為提高原料的利用率，將未反應(yīng)的原料氣循環(huán)利用。 5．下列措施不能使合成氨反應(yīng)的速率增大的是(　　) A．升高溫度 B．降低溫度 C．使用催化劑 D．及時(shí)分離出NH3 解析：選B　在特定條件下，合成氨反應(yīng)

4、的速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式為v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，可知及時(shí)分離出NH3能提高合成氨反應(yīng)的速率；升高溫度、使用催化劑能提高合成氨反應(yīng)的速率。 6.合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，NH3的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖分析合成氨工業(yè)最有前途的研究方向是(　　) A．提高分離技術(shù) B．研制耐高壓的合成塔 C．研制低溫催化劑 D．探索不用N2和H2合成氨的新途徑 解析：選C　由題圖可知，NH3的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而顯著下降，故要提高NH3的體積分?jǐn)?shù)，必須降低溫度，但目前所用催化劑鐵觸媒的活性最高時(shí)的溫度為700 K，故最有前途的研究方向?yàn)檠兄频?/p>

5、溫催化劑。 7．一定條件下，將10.0 mol H2和1.0 mol N2充入恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并達(dá)到平衡狀態(tài)，則H2的轉(zhuǎn)化率可能是(　　) A．15% B．30% C．35% D．75% 解析：選A　對(duì)可逆反應(yīng)而言，任何一種物質(zhì)都不能完全轉(zhuǎn)化。利用“極限法”，假設(shè)N2完全轉(zhuǎn)化，則消耗的H2的物質(zhì)的量為n(H2)＝3n(N2)＝3.0 mol，但事實(shí)上，N2是不可能完全轉(zhuǎn)化的，因而消耗的H2的物質(zhì)的量一定小于3.0 mol，故H2的轉(zhuǎn)化率α(H2)<×100%＝30%。 8．下列關(guān)于N2＋3H22NH3反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系

6、圖中，縱坐標(biāo)為反應(yīng)速率v，橫坐標(biāo)為時(shí)間t，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，條件發(fā)生改變與速率變化的關(guān)系中不符合實(shí)際的是(　　) 解析：選A　合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式的特點(diǎn)是：體積縮小、放熱反應(yīng)，所以加壓和降溫有利于化學(xué)平衡向著生成氨氣的方向移動(dòng)。達(dá)到化學(xué)平衡后，若升高溫度，化學(xué)平衡左移，實(shí)際上此時(shí)是逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，所以A圖像錯(cuò)誤；如果給體系加壓，體系中所有物質(zhì)的濃度都增大，所以正、逆反應(yīng)速率都增大，但正反應(yīng)速率增大的幅度大于逆反應(yīng)速率增大的幅度，所以B圖像正確；使用催化劑不會(huì)使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，所以C圖像也是正確的；補(bǔ)充N2和H2，則平衡體系中反應(yīng)物的濃度增加，所以正反應(yīng)

7、速率增大，分離出NH3，產(chǎn)物的濃度降低，所以逆反應(yīng)速率減小，所以D圖像正確。 9．在密閉容器內(nèi)，使1 mol N2與3 mol H2混合發(fā)生下列反應(yīng)：3H2＋N22NH3　ΔH<0 (1)合成氨時(shí)選擇500 ℃高溫的目的是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N2和H2的濃度比是________。 (3)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，充入氬氣，并保持體積不變，平衡將________移

8、動(dòng)。 (4)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，充入氬氣，并保持壓強(qiáng)不變，平衡將________移動(dòng)，反應(yīng)速率將________。 (5)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，充入N2并保持壓強(qiáng)不變，平衡將________移動(dòng)。 (6)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，保持體積不變，升高溫度時(shí)，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量________，密度________。 解析：合成氨時(shí)選擇500 ℃高溫可以加快反應(yīng)速率，而且工業(yè)上用的催化劑在該溫度時(shí)活性最大；因?yàn)槌跏己娃D(zhuǎn)化的N2和H2的濃度比都是1∶3，所以當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N2和H2的濃度比是1∶3；平衡時(shí)保持體積不變，充入氬氣平衡不移動(dòng)；保持壓強(qiáng)不變充入氬氣，容器體積變大，反應(yīng)速率將變小，平衡逆向移動(dòng)；充

9、入N2并保持壓強(qiáng)不變，平衡將正向移動(dòng)；保持體積不變，升高溫度時(shí)，平衡逆向移動(dòng)，混合氣體的質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量變大，平均相對(duì)分子質(zhì)量變小，密度不變。 答案：(1)加快反應(yīng)速率，工業(yè)上用的催化劑在該溫度時(shí)活性最大　(2)1∶3　(3)不　(4)逆向　變小 (5)正向　(6)減小　不變 10．下表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在不同溫度和壓強(qiáng)下，平衡混合物中NH3含量的變化情況。 達(dá)到平衡時(shí)平衡混合物中NH3的含量(體積分?jǐn)?shù))c(投料V(N2)∶V(H2)＝1∶3] NH3的含量/%壓強(qiáng)/MPa溫度/℃ 0.1 10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89

10、.9 95.4 98.8 300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4 (1)比較200 ℃和300 ℃時(shí)的數(shù)據(jù)，可判斷升高溫度，平衡向________(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動(dòng)，正反應(yīng)方向?yàn)開_______(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。 (2)根據(jù)平衡移動(dòng)原理，合成氨適宜的條件是__________

11、__________________________。 A．高溫高壓 B．高溫低壓 C．低溫高壓 D．低溫低壓 (3)計(jì)算500 ℃，30 MPa時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率________。 (4)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)氨時(shí)，考慮濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響，及500 ℃對(duì)反應(yīng)速率的影響，還采取了一些措施請(qǐng)分別寫出其中的一個(gè)措施：______________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)表中數(shù)據(jù)表明：恒壓時(shí)，升高溫度，w(NH3)

12、減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 (2)由反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，合成氨適宜條件是低溫、高壓，此時(shí)平衡右移，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大。 (3)假設(shè)N2的用量為1 mol，H2的用量為3 mol，N2的消耗量為x mol，則： 　　　　　　N2(g)　＋　3H2(g)2NH3(g) 初始量(mol) 1 3 0 轉(zhuǎn)化量(mol) x 3x 2x 平衡量(mol) 1－x 3－3x 2x 得：×100%＝26.4% x＝0.4177 α(N2)＝×100%＝41.77%。 (4)增大反應(yīng)物濃度或降低產(chǎn)物濃度有利于平衡右移

13、；低溫時(shí)雖然有利于化學(xué)反應(yīng)正向進(jìn)行，但速率較小，為提高化學(xué)反應(yīng)速率，500 ℃時(shí)加入合適的催化劑(鐵)，既提高化學(xué)反應(yīng)速率，又使鐵的催化性能最好。 答案：(1)逆反應(yīng)　放熱 (2)C　(3)41.77% (4)加過(guò)量N2或及時(shí)從平衡體系中移走NH3，選擇合適的催化劑(如鐵) 1．可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，達(dá)到平衡后，為了使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，下列選項(xiàng)中采用的三種方法正確的是(　　) A．升高溫度、降低壓強(qiáng)、增加氮?dú)? B．降低溫度、增大壓強(qiáng)、加入催化劑 C．升高溫度、增大壓強(qiáng)、增加氮?dú)? D．降低溫度、增大壓強(qiáng)、分離出部分氨氣 解析：選D

14、　要使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，需使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，需降低溫度；正反應(yīng)為氣體總體積減小的反應(yīng)，需增大壓強(qiáng)；另外還可通過(guò)及時(shí)分離出部分氨氣，減小生成物濃度的方法，促使平衡右移，故選D。 2．下列說(shuō)法能夠用平衡移動(dòng)原理來(lái)解釋的是(　　) A．加入催化劑可以提高單位時(shí)間氨的產(chǎn)量 B．高壓有利于氨的合成反應(yīng) C．500 ℃高溫比室溫更利于合成氨的反應(yīng) D．恒溫恒容下，在合成氨平衡體系中充入He，使壓強(qiáng)增大，則平衡正向移動(dòng)，NH3增多 解析：選B　A項(xiàng)，加入催化劑只能加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，提高“單位時(shí)間”的產(chǎn)量，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)；B

15、項(xiàng)，合成氨是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)，使平衡正向移動(dòng)，有利于合成氨，符合平衡移動(dòng)原理；C項(xiàng)，因?yàn)楹铣砂笔且粋€(gè)放熱反應(yīng)，所以從化學(xué)平衡移動(dòng)角度分析，應(yīng)采用較低溫度，500 ℃高溫較室溫不利于平衡向合成氨方向移動(dòng)，采用500 ℃既考慮到溫度對(duì)速率的影響，更主要的是500 ℃左右催化劑活性最大；D項(xiàng)，恒溫恒容下充入He，He不與N2、H2、NH3反應(yīng)，雖總壓強(qiáng)增大了，實(shí)際上平衡體系各成分濃度不變，平衡不移動(dòng)，NH3的產(chǎn)量不變。 3．某條件下合成氨反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氨的體積分?jǐn)?shù)為25%，若反應(yīng)前后條件保持不變，則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物的體積之比是(　　) A.　　　　　　　　　　 B

16、. C. D. 解析：選A　設(shè)起始時(shí)H2為a mol、N2為b mol，平衡時(shí)NH3為x mol，則 　　　　　　3H2 ＋ N2  2NH3 起始(mol): a b 0 平衡(mol)：　　a－ b－ x 依題意可得：×100%＝25% 化簡(jiǎn)得：＝ 解得：＝，即反應(yīng)后縮小的氣體的物質(zhì)的量與原反應(yīng)物的總物質(zhì)的量之比為。根據(jù)相同條件下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物的體積之比為。 4．工業(yè)合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，下列關(guān)于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應(yīng)的圖像中，錯(cuò)誤的是(　　) 解析：選C　合成氨的正反應(yīng)是

17、放熱反應(yīng)，升高溫度正、逆反應(yīng)速率都增大，但逆反應(yīng)速率增大的程度大，A正確；在T1時(shí)φ(NH3)最大，達(dá)到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，φ(NH3)減小，B正確，C錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，φ(NH3)增大，D正確。 5．合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的放熱反應(yīng)。合成氨工業(yè)的生產(chǎn)流程如圖所示。 下列關(guān)于合成氨工業(yè)的說(shuō)法中不正確的是(　　) A．將混合氣體進(jìn)行循環(huán)利用符合綠色化學(xué)思想 B．合成氨反應(yīng)需在低溫下進(jìn)行 C．對(duì)原料氣進(jìn)行壓縮是為了增大原料氣的轉(zhuǎn)化率 D．使用催化劑可以提高反應(yīng)速率，但不能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) 解析：選B　混合氣的循環(huán)利用可以提高原料的利用率

18、，減少污染和浪費(fèi)，符合綠色化學(xué)思想，A項(xiàng)正確；低溫有利于提高原料的轉(zhuǎn)化率，但不利于提高反應(yīng)速率和催化劑發(fā)揮催化作用，故合成氨不采用低溫條件，B項(xiàng)錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，提高了原料的轉(zhuǎn)化率，C項(xiàng)正確；催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，D項(xiàng)正確。 6．合成氨所需的氫氣可用煤和水作原料經(jīng)多步反應(yīng)制得，其中的一步反應(yīng)為： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0 反應(yīng)達(dá)到平衡后，為提高CO的轉(zhuǎn)化率，下列措施中正確的是(　　) A．增加壓強(qiáng)　　　　　　 B．降低溫度 C．增大CO的濃度 D．更換催化劑 解析：選B　選項(xiàng)A，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的

19、反應(yīng)，壓強(qiáng)對(duì)CO的轉(zhuǎn)化率無(wú)影響；選項(xiàng)B，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度有利于化學(xué)平衡向右移動(dòng)，提高CO的轉(zhuǎn)化率；增大CO的濃度會(huì)降低CO的轉(zhuǎn)化率；選項(xiàng)D，更換催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生 移動(dòng)。 7.對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是(　　) A．a(chǎn)點(diǎn)的正反應(yīng)速率比b點(diǎn)的大 B．c點(diǎn)處反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) C．d點(diǎn)(t1時(shí)刻)和e點(diǎn)(t2時(shí)刻)處n(N2)不一樣 D．其他條件不變，溫度為773 K時(shí)反應(yīng)至t1時(shí)刻，n(H2)比圖中d點(diǎn)的值小 解析：選A　由

20、圖可以看出，N2和H2反應(yīng)生成氨氣，開始時(shí)正反應(yīng)速率最大，A項(xiàng)正確；c點(diǎn)時(shí)H2和NH3的物質(zhì)的量相等，但二者的含量還在變化，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；t1時(shí)反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d點(diǎn)(t1時(shí)刻)和e點(diǎn)(t2時(shí)刻)處n(N2)相同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；773 K高于673 K，升溫后平衡逆向移動(dòng)，t1時(shí)刻n(H2)在773 K時(shí)比673 K時(shí)的多，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 8.在反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的平衡體系中，當(dāng)恒溫恒壓條件下t1時(shí)刻分離出NH3時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．t1時(shí)刻后的速率變化如圖所示 B．t1時(shí)刻后達(dá)到新平衡前Q>K C．新平衡體系中NH3的含量增

21、大 D．N2的平衡轉(zhuǎn)化率增大 解析：選D　分離出NH3，使體系中NH3的含量減小，則達(dá)到新平衡前Qv(逆)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故N2的平衡轉(zhuǎn)化率增大。 9．工業(yè)合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應(yīng)過(guò)程中的能量變化如圖所示，據(jù)圖回答下列問題： (1)該反應(yīng)通常用活性鐵作催化劑，加活性鐵會(huì)使圖中B點(diǎn)____________(填“升高”或“降低”)，理由是______________________________________________________。 (2)450 ℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)________500 ℃時(shí)的平衡常數(shù)(填“<”“>

22、”或“＝”)。 (3)一定條件下的密閉容器中，該反應(yīng)達(dá)到平衡，要提高H2的轉(zhuǎn)化率，可以采取的合理措施有________(填字母代號(hào))。 a．高溫高壓　　b．加入催化劑　　c．增加N2的濃度　d．增加H2的濃度　　e．分離出NH3 解析：(1)催化劑能降低反應(yīng)的活化能；(2)該反應(yīng)正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，低溫有利于平衡正向移動(dòng)，450 ℃時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行的程度大，即450 ℃對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K大；(3)高溫使化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，H2轉(zhuǎn)化率降低，a不合理；催化劑對(duì)平衡無(wú)影響，b不合理；增加N2的濃度可以提高H2的轉(zhuǎn)化率，c可以；d降低H2的轉(zhuǎn)化率；分離出NH3，有利于平衡右移，e可以。 答案：(1)

23、降低　催化劑能降低反應(yīng)活化能 (2)>　(3)ce 10．工業(yè)合成氨是在一定條件下進(jìn)行如下反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.44 kJ·mol－1， 其部分工藝流程如圖所示： 反應(yīng)體系中各組分的部分性質(zhì)見下表 氣體 氮?dú)? 氫氣 氨 熔點(diǎn)/℃ －210.01 －259.77 －77.74 沸點(diǎn)/℃ －195.79 －252.23 －33.42 回答下列問題： (1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K＝________。隨著溫度的升高，K值____________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (2)K值越大，表明____

24、____(填字母)。 A．其他條件相同時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率越高 B．其他條件相同時(shí)NH3的產(chǎn)率越大 C．原料中N2的含量越高 D．化學(xué)反應(yīng)速率越快 (3)在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程，即反應(yīng)后通過(guò)把混合氣體的溫度降低到________使________分離出來(lái)；繼續(xù)循環(huán)的氣體是________。 解析：(1)由化學(xué)方程式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知，K＝，此反應(yīng)ΔH<0，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即向左移動(dòng)，[NH3]減小，[N2]和[H2]增大，故K減小。(2)K值越大，說(shuō)明[NH3]越大，[N2]和[H2]就越小，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度大，故其他條件相同時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率越高，NH3的產(chǎn)率越大。(3)根據(jù)物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)可知，氨氣容易液化，使其分離可使平衡正向移動(dòng)，剩余N2和H2循環(huán)使用，以提高產(chǎn)率。 答案：(1)　減小　(2)A、B (3)－33.42 ℃　氨　N2和H2