精修版高中化學魯科版選修4：課時跟蹤檢測十三 化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 Word版含解析

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1、 精品資料 課時跟蹤檢測（十三） 化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 1．下列有關合成氨工業(yè)的說法中正確的是(　　) A．鐵做催化劑可加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動 B．升高溫度可以加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動 C．增大壓強能縮短到達平衡狀態(tài)所用的時間 D．合成氨采用的壓強是2×107～5×107 Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高 解析：選C　催化劑可以改變反應速率，但不能使平衡移動，只能縮短反應達到平衡所需的時間，A項錯誤；升高溫度可以加快反應速率，但合成氨反應是放熱反應，因此升高

2、溫度不利于化學平衡向合成氨的方向移動，B項錯誤；增大壓強加快反應速率，C項正確；催化劑的活性取決于溫度的高低，而非取決于壓強的大小，D項錯誤。 2．合成氨反應使用催化劑的理由是(　　) A．使逆反應不發(fā)生 B．使平衡向正反應方向移動 C．加快正、逆反應速率，縮短達到平衡的時間 D．提高原料的轉化率 解析：選C　使用催化劑，加快反應速率，縮短達到平衡時間，但平衡不移動。 3．合成氨時，既要使H2的轉化率增大，又要使反應速率增大，可采取的方法是(　　) A．補充H2　　　　　　　　 B．升高溫度 C．增大壓強 D．使用催化劑 解析：選C　合成氨反應是放熱、氣態(tài)物質系數(shù)減小的

3、反應，補充H2、升高溫度、增大壓強、使用催化劑都能使反應速率增大，但補充H2會使H2的轉化率減小；升高溫度使平衡左移，H2的轉化率減??；使用催化劑，平衡不移動，H2的轉化率不變；只有增大壓強會使平衡右移，H2的轉化率增大。 4．如圖所示是合成氨的簡要流程示意圖，圖中沿x路線到壓縮機的物質是(　　) A．N2和H2 B．催化劑 C．N2 D．H2 解析：選A　在合成塔中氨的產率較低，有大量未反應的N2和H2，為提高原料的利用率，將未反應的原料氣循環(huán)利用。 5．下列措施不能使合成氨反應的速率增大的是(　　) A．升高溫度 B．降低溫度 C．使用催化劑 D．及時分離

4、出NH3 解析：選B　在特定條件下，合成氨反應的速率與參與反應的物質的濃度的關系式為v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，可知及時分離出NH3能提高合成氨反應的速率；升高溫度、使用催化劑能提高合成氨反應的速率。 6.合成氨反應達到平衡時，NH3的體積分數(shù)與溫度、壓強的關系如圖所示。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 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的體積分數(shù)隨著溫度的升高而顯著下降，故要提高NH3的體積分數(shù)，必須降低溫度，但目前所用催化劑鐵觸媒的活性最高時

5、的溫度為700 K，故最有前途的研究方向為研制低溫催化劑。 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N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并達到平衡狀態(tài)，則H2的轉化率可能是(　　) A．15% B．30% C．35% D．75% 解析：選A　對可逆反應而言，任何一種物質都不能完全轉化。利用“極限法”，假設N2完全轉化，則消耗的H2的物質的量為n(H2)＝3n(N2)＝3.0 mol，但事實上，N2是不可能完全轉化的，因而消耗的H2的物質的量一定小于3.0 mol，故H2的轉化率α(H2)<×100%＝30%。 8．下列

6、關于N2＋3H22NH3反應速率與時間的關系圖中，縱坐標為反應速率v，橫坐標為時間t，當反應達到平衡后，條件發(fā)生改變與速率變化的關系中不符合實際的是(　　) 解析：選A　合成氨反應的化學方程式的特點是：體積縮小、放熱反應，所以加壓和降溫有利于化學平衡向著生成氨氣的方向移動。達到化學平衡后，若升高溫度，化學平衡左移，實際上此時是逆反應速率大于正反應速率，所以A圖像錯誤；如果給體系加壓，體系中所有物質的濃度都增大，所以正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大的幅度大于逆反應速率增大的幅度，所以B圖像正確；使用催化劑不會使化學平衡發(fā)生移動，只能改變化學反應速率，所以C圖像也是正確的；補充N2

7、和H2，則平衡體系中反應物的濃度增加，所以正反應速率增大，分離出NH3，產物的濃度降低，所以逆反應速率減小，所以D圖像正確。 9．在密閉容器內，使1 mol N2與3 mol H2混合發(fā)生下列反應：3H2＋N22NH3　ΔH<0 (1)合成氨時選擇500 ℃高溫的目的是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)當反應達到平衡時，N2和H2的濃度比是________。 (3)當達到平衡時，充

8、入氬氣，并保持體積不變，平衡將________移動。 (4)當達到平衡時，充入氬氣，并保持壓強不變，平衡將________移動，反應速率將________。 (5)當達到平衡時，充入N2并保持壓強不變，平衡將________移動。 (6)當達到平衡時，保持體積不變，升高溫度時，混合氣體的平均相對分子質量________，密度________。 解析：合成氨時選擇500 ℃高溫可以加快反應速率，而且工業(yè)上用的催化劑在該溫度時活性最大；因為初始和轉化的N2和H2的濃度比都是1∶3，所以當反應達到平衡時，N2和H2的濃度比是1∶3；平衡時保持體積不變，充入氬氣平衡不移動；保持壓強不變充入氬氣

9、，容器體積變大，反應速率將變小，平衡逆向移動；充入N2并保持壓強不變，平衡將正向移動；保持體積不變，升高溫度時，平衡逆向移動，混合氣體的質量不變，總物質的量變大，平均相對分子質量變小，密度不變。 答案：(1)加快反應速率，工業(yè)上用的催化劑在該溫度時活性最大　(2)1∶3　(3)不　(4)逆向　變小 (5)正向　(6)減小　不變 10．下表的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度和壓強下，平衡混合物中NH3含量的變化情況。 達到平衡時平衡混合物中NH3的含量(體積分數(shù))c(投料V(N2)∶V(H2)＝1∶3] NH3的含量/%壓強/MPa溫度/℃ 0.1 10 20 30 60 100 2

10、00 15.3 81.5 86.4 89.9 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 ℃時的數(shù)據(jù)，可判斷升高溫度，平衡向________(填“正反應”或“逆反應”)方向移動，正反應方向為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。 (2)根據(jù)平衡

11、移動原理，合成氨適宜的條件是____________________________________。 A．高溫高壓 B．高溫低壓 C．低溫高壓 D．低溫低壓 (3)計算500 ℃，30 MPa時N2的轉化率________。 (4)實際工業(yè)生產氨時，考慮濃度對化學平衡的影響，及500 ℃對反應速率的影響，還采取了一些措施請分別寫出其中的一個措施：______________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(

12、1)表中數(shù)據(jù)表明：恒壓時，升高溫度，w(NH3)減小，說明平衡逆向移動，則正反應為放熱反應。 (2)由反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，合成氨適宜條件是低溫、高壓，此時平衡右移，反應物轉化率大。 (3)假設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)?。?H2(g)2NH3(g) 初始量(mol) 1 3 0 轉化量(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%。

13、(4)增大反應物濃度或降低產物濃度有利于平衡右移；低溫時雖然有利于化學反應正向進行，但速率較小，為提高化學反應速率，500 ℃時加入合適的催化劑(鐵)，既提高化學反應速率，又使鐵的催化性能最好。 答案：(1)逆反應　放熱 (2)C　(3)41.77% (4)加過量N2或及時從平衡體系中移走NH3，選擇合適的催化劑(如鐵) 1．可逆反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，達到平衡后，為了使氫氣的轉化率增大，下列選項中采用的三種方法正確的是(　　) A．升高溫度、降低壓強、增加氮氣 B．降低溫度、增大壓強、加入催化劑 C．升高溫度、增大壓強、增加氮氣 D．

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

15、高“單位時間”的產量，不能使化學平衡發(fā)生移動；B項，合成氨是一個氣體體積減小的反應，所以增大壓強，使平衡正向移動，有利于合成氨，符合平衡移動原理；C項，因為合成氨是一個放熱反應，所以從化學平衡移動角度分析，應采用較低溫度，500 ℃高溫較室溫不利于平衡向合成氨方向移動，采用500 ℃既考慮到溫度對速率的影響，更主要的是500 ℃左右催化劑活性最大；D項，恒溫恒容下充入He，He不與N2、H2、NH3反應，雖總壓強增大了，實際上平衡體系各成分濃度不變，平衡不移動，NH3的產量不變。 3．某條件下合成氨反應達平衡時氨的體積分數(shù)為25%，若反應前后條件保持不變，則反應后縮小的氣體體積與原反應物的體

16、積之比是(　　) A.　　　　　　　　　　 B. C. D. 解析：選A　設起始時H2為a mol、N2為b mol，平衡時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% 化簡得：＝ 解得：＝，即反應后縮小的氣體的物質的量與原反應物的總物質的量之比為。根據(jù)相同條件下，體積之比等于物質的量之比，反應后縮小的氣體體積與原反應物的體積之比為。 4．工業(yè)合成氨的正反應是放熱反應，下列關于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應的圖像中，錯誤

17、的是(　　) 解析：選C　合成氨的正反應是放熱反應，升高溫度正、逆反應速率都增大，但逆反應速率增大的程度大，A正確；在T1時φ(NH3)最大，達到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動，φ(NH3)減小，B正確，C錯誤；增大壓強，平衡正向移動，φ(NH3)增大，D正確。 5．合成氨反應的正反應是氣態(tài)物質系數(shù)減小的放熱反應。合成氨工業(yè)的生產流程如圖所示。 下列關于合成氨工業(yè)的說法中不正確的是(　　) A．將混合氣體進行循環(huán)利用符合綠色化學思想 B．合成氨反應需在低溫下進行 C．對原料氣進行壓縮是為了增大原料氣的轉化率 D．使用催化劑可以提高反應速率，但不能使平衡向正反應方向移動

18、解析：選B　混合氣的循環(huán)利用可以提高原料的利用率，減少污染和浪費，符合綠色化學思想，A項正確；低溫有利于提高原料的轉化率，但不利于提高反應速率和催化劑發(fā)揮催化作用，故合成氨不采用低溫條件，B項錯誤；增大壓強，平衡正向移動，提高了原料的轉化率，C項正確；催化劑只能改變反應速率，不能使平衡發(fā)生移動，D項正確。 6．合成氨所需的氫氣可用煤和水作原料經多步反應制得，其中的一步反應為： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0 反應達到平衡后，為提高CO的轉化率，下列措施中正確的是(　　) A．增加壓強　　　　　　 B．降低溫度 C．增大CO的濃度 D．更換催化劑 解析

19、：選B　選項A，該反應為反應前后氣體分子數(shù)相等的反應，壓強對CO的轉化率無影響；選項B，該反應為放熱反應，降低溫度有利于化學平衡向右移動，提高CO的轉化率；增大CO的濃度會降低CO的轉化率；選項D，更換催化劑不能使化學平衡發(fā)生 移動。 7.對于密閉容器中的反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時間變化的關系如圖所示。下列敘述正確的是(　　) A．a點的正反應速率比b點的大 B．c點處反應達到平衡狀態(tài) C．d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)不一樣 D．其他條件不變，溫度為773 K時反應至t1時

20、刻，n(H2)比圖中d點的值小 解析：選A　由圖可以看出，N2和H2反應生成氨氣，開始時正反應速率最大，A項正確；c點時H2和NH3的物質的量相等，但二者的含量還在變化，沒有達到平衡狀態(tài)，B項錯誤；t1時反應已經達到平衡狀態(tài)，d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)相同，C項錯誤；773 K高于673 K，升溫后平衡逆向移動，t1時刻n(H2)在773 K時比673 K時的多，D項錯誤。 8.在反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的平衡體系中，當恒溫恒壓條件下t1時刻分離出NH3時，下列說法正確的是(　　) A．t1時刻后的速率變化如圖所示 B．t1時刻后達到

21、新平衡前Q>K C．新平衡體系中NH3的含量增大 D．N2的平衡轉化率增大 解析：選D　分離出NH3，使體系中NH3的含量減小，則達到新平衡前Qv(逆)，平衡向正反應方向移動，故N2的平衡轉化率增大。 9．工業(yè)合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應過程中的能量變化如圖所示，據(jù)圖回答下列問題： (1)該反應通常用活性鐵作催化劑，加活性鐵會使圖中B點____________(填“升高”或“降低”)，理由是______________________________________________________。 (2)450 ℃時該反應的平衡常數(shù)__

22、______500 ℃時的平衡常數(shù)(填“<”“>”或“＝”)。 (3)一定條件下的密閉容器中，該反應達到平衡，要提高H2的轉化率，可以采取的合理措施有________(填字母代號)。 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)催化劑能降低反應的活化能；(2)該反應正向為放熱反應，低溫有利于平衡正向移動，450 ℃時反應正向進行的程度大，即450 ℃對應的平衡常數(shù)K大；(3)高溫使化學平衡逆向移動，H2轉化率降低，a不合理；催化劑對平衡無影響，b不合理；增加N2的濃度可以提高H2的轉化率，c可以；d降低H2的轉化率；分離出

23、NH3，有利于平衡右移，e可以。 答案：(1)降低　催化劑能降低反應活化能 (2)>　(3)ce 10．工業(yè)合成氨是在一定條件下進行如下反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.44 kJ·mol－1， 其部分工藝流程如圖所示： 反應體系中各組分的部分性質見下表 氣體 氮氣 氫氣 氨 熔點/℃ －210.01 －259.77 －77.74 沸點/℃ －195.79 －252.23 －33.42 回答下列問題： (1)寫出該反應的化學平衡常數(shù)表達式：K＝________。隨著溫度的升高，K值____________(填“增大”“減小

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