【文库精品】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1-鲁科版选修4

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1、第4节化学反应条件的优化一一工业合成氨在学生用书中q此向容中独成耨鼻室课时作业基础达标1.对于可逆反应N2(g) +3H(g) =2NH(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，NH的浓度比原平衡的大，N2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NH的产率C.达到平衡后，缩小容器体积，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，逆反应速率减小解析：选 Q达到平衡后，加入 N2,平衡将正向移动，达到新平衡后，NH的浓度会增大，而 M的浓

2、度比原平衡的大；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡 逆向移动，不利于 NH的生成；达到平衡后，缩小容器体积即增大压强，正、逆反应速率都 增大，平衡正向移动，有利于提高降的转化率；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。2.可逆反应Nb(g) +3H(g) -2NH(g) A H25% x=15 mol，氨的转化率：加荷*100%= 75%4 .工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于N2(g) +3H(g) -一2NH(g)反应的图像中，错误的是()解析：选Co合成氨的正反应是放热反应，升温，正、逆反应速率都增大，但逆反应增大的程度大，A正确；在T1时

3、NH%t大，达到平衡，再升高温度，平衡逆向移动，NH%小，B正确；低温下达到平衡，NH的含量大，C错误；增大压强，平衡向右移动，NH%曾大，D正确。5 .对于可逆反应N2(g) +3H(g) .一2NH(g)A HP1)温度对反应的影响平衡体系增加反应的影响N对催化剂对反应的影 响示息 图Ml1pH划奉屈时用城甑0 时用解析：选Co A项，pi达平衡时间短，所以 pip2,压强增大时，平衡正向移动，氨气的 体积分数增大，不符合；B项，合成氨反应正向放热，温度升高平衡逆向移动，氮气的转化率变小，不符合；C项，向平衡体系中增加氮气，反应速率加快，平衡正向移动，符合；D项，催化剂能缩短反应达到平衡时

4、间，不符合。6 .一定温度下，向密闭容器中充入 1.0 mol N 2和3.0 mol H 2,反应达到平衡时，测得NH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 , H为6.0 mol ,则平衡时A.B.C.D.NH的物质的量为 若为定容容器， 若为定容容器， 若为定压容器， 若为定压容器，()n(NH3)= 1.2 moln(NH3)1.2 mol6解析：选Co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 ,再缩小容积跟前者的相 同，此时平衡正移， n(NH3)

5、增大，即n(NH3)1.2 mol 。7 .下面是合成氨简要流程示意图：沿x路线回去白物质是()A. N2和HB.催化剂C. N2D. H2解析：选Ao反应混合气经过合成塔发生反应：N2+3H-2NH,成分变为N2、H2、NH的混合气体，经冷凝，NH液化，Na、H沸点很低，未液化，故再送入压缩机，循环使用，提 高原料利用率。8.在2 L密闭容器中，合成氨反应 N(g) +3H(g) 一2NH(g)达到平衡。请回答下列问题:(1)已知：450 c时NH3的浓度大于550 c时，则正反应是 热反应。(2)反应进程中：02 s内N2的物质的量由2 mol变为1 mol ,则v(H2)=(3)能说明该

6、反应已经达到平衡状态的是 。A. N2 =H2 =NH3B.容器内压强保持不变C. v(N2)= 3v(H2)D.容器内的密度保持不变(4)可使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的措施是 。A.及时分离出NHB.适当升高温度C.增大压强D.选择高效的催化剂解析：(1)450 C时NH的浓度大于550 C时，说明温度升高，平衡向逆反应方向移动, 则正反应是放热反应。3X(2) v(H2) = 3v(N2)=(2 mol 1 mol )2 L x2 s=0.75 mol(3)A中浓度相等，但不一定达到平衡，只有浓度不再改变时，表示达到了平衡；该反应是反应前后气体体积不相等的反应，体积固定

7、，故压强不变，表示该反应已达平衡；C项中未指明是正反应速率还是逆反应速率，故不能表示该反应已达平衡；体积固定，质量不变，故密度不变不能表示该反应已达平衡。(4)及时分离出NH,减少生成物，反应速率将减小，A不符合题意；适当升高温度，平衡向逆反应方向移动，B不符合题意；增大压强，反应速率增大，平衡向正反应方向移动， C符合题意；催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，D不符合题意。答案：(1)放 (2)0.75 mol L 1 s 1 (3)B(4)C能力提升9.在合成氨的反应中，N2和H2的初始加入量为110 mL、130 mL,当达到平衡时，气体 的总体积变为220 mL,则生成NH的体积为(

8、)A. 10 mLB. 20 mLC. 25 mLD. 30 mL解析：选Bo根据反应方程式：N2+ 3H22NHAV110 mL 130 mLVNH3) A V= 110 mL+130 mL-220 mL=20 mL缩小体积也等于生成 NH的体积，即 VNH3)=20 mL,故B项正确。10.低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为2NH(g) +NO(g) +NO(g)常需2N2(g) + 3H2O(g) A Hv 0。在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是 ()A.平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大B.平衡时，其他条件不变，增加NH的浓度，废气中氮氧

9、化物的转化率减小C.单位时间内消耗 NO和N2的物质的量比为1 ： 2时，反应达到平衡D.其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大解析：选 G该反应的正反应为放热反应，升温，平衡逆向移动，平衡常数减小，A项错误；增加氨气的浓度，氮氧化物的转化率增大，B项错误；单位时间内消耗 NO和Na的物质的量之比为1 ： 2时，表示正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，C项正确；催化剂不能使化学平衡移动，不改变转化率，D项错误。11.下图表示反应 Nb(g)+3HKg) ,一2NH(g)A H0在某一时间段中反应速率与反应时间的曲线关系图。下列说法正确的是()A.氨气的体积分数最高的一段时间

10、为t5t6B. t2t3和t3t4时间段氨气的体积分数相等C. ti时刻改变的条件是降低温度D. t 4t 5时间内平衡向正反应方向移动解析：选B。由于tit 2, t 4t 5平衡均向逆反应方向移动， 氨气体积分数最高的是 to ti, A、D项不正确；t3t4平衡没有移动，B项正确；温度降低，正、逆反应速率均减慢，C项不正确。12 .合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：Nb(g) +3H2(g),2NH(g) , 673 K、30 MPa 下，n(NH3)、 匕和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是()那A.点a的正反应速率比点 b的小oir

11、H-B.点c处反应达到平衡C.点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样D.其他条彳不变，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比上图中d点的值大解析：选 D a点的反应物浓度大于 b点，所以反应速率 a更快；c点的时候各种物质 的浓度仍在变化，并没有达到平衡；而 d、e两点时达到平衡，浓度不再变化；升高温度， 平衡逆向移动，氢气的浓度变大。13 .反应aM(g) + bN(g) .一cP(g) + dQ(g)达到平衡时，M的体积分数y(M)与反应条件 的关系如图所示。其中：z表示反应开始时 N的物质的量与 M的物质的量之比。下列说法正 确的是()A.同温同压同z时，加入催化剂，平衡

12、时 Q的体积分数增加B.同压同z时，升高温度，平衡时 Q的体积分数增加C.同温同z时，增加压强，平衡时 Q的体积分数增加D.同温同压时，增加 z,平衡时Q的体积分数增加解析：选 R本题考查了平衡移动原理的应用。A项，加入催化剂只能改变反应速率，不会使平衡移动；B项，由图像(1)知，随着温度的升高，M的体积分数降低，说明正反应吸热，所以温度升高，平衡正向移动，Q的体积分数增加；C项，对比(1)(2)可以看出，相同温度条件下，压强增大，M的体积分数增大，所以正反应是体积缩小的反应，增大压强，Q的体积分数减小；D项由C项可以判断也不对。14 .合成氨的温度和压强通常控制在约 500 c以及2050

13、MPa的范围，当进入合成塔 的N2和代的体积比为1 ： 3时，经科学实验测定，在相应条件下 Nk和H2反应所得氨的平衡 浓度(体积分数)如下表所示：20 MPa50 MPa500 C19.1%42.2%而实际上从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%请回答下列问题：(1)298 K下合成氨时，每生成 1 mol氨气，同时放出46.2 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为在该温度下，取1 mol N 2和3 mol H 2放在一密闭容器中，在催化剂存在的条件下进行 反应，测得反应放出的热量总小于92.4 kJ ,其原因是(2)实际上从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值的根本原因是A.表

14、中所测数据有明显误差B.生产条件控制不当C.氨的分解速率大于预测值D.合成塔中的反应未达到平衡状态(3)若工业生产中N2和H2按投料比1 ： 2.8的比例进入合成塔，那么转化率较大的应该 是,采用此投料比的原因是 ?若从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数仍为15%则N2和H的转化率之比是解析：(1)根据题意，生成 2 mol NH3所放出的热量为46.2 kJ X 2= 92.4 kJ，该反应的 1热化学万程式为 N2(g) +3H2(g) 一2NH(g)A H= -92.4 kJ - mol 。由于合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N 2和3 mol H 2反应不可能完全转化为NH,所

15、以放出的热量总小于92.4 kJ 。(2)从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值，其根本原因是反应没有达到平衡状态。(3)若投料比为1 ： 2.8,相当于增加了N2的用量，可以提高H2的转化率。M(g) +3H(g) 一-2NHl(g)起始量 12.80变化量 x 3 x 2 x平衡量 1 x 2.8 - 3x 2 x2x一 一根据题意： x 100%= 15% 解得 x = 0.248。3.8 一 2xN、H2的转化率之比=0.24810.248 X 3282.8 : 3=1 ： 1.07。答案：(1)N2(g)+3H(g) h2NH(g)AH= 92.4 kJ mol 1 合成氨的

16、反应是一个可逆反应，1 mol N 2和3 mol H 2反应不可能完全转化为NH (2)D(3)H2增加相对廉价原料N2的用量，提高相对贵重原料H2的转化率，降低生产成本 1 ： 1.0715.在一容积为2 L的密闭容器中，加入 0.2 mol N 2和0.6 mol H 2,在一定条件下发生 反应：N2(g) + 3H2(g) ,一2NH(g)AH”、一或“ , 一， 、, .，一 、，、_ _ 、一， 一 ，一， 一 一 ，,为0.025 mol L min ;此时Hk反应了 0.3 mol ,转化率为50% 初始N2和H2的物质的量分别是0.2 mol、0.6 mol ,平衡时NH3的物质的量介于 00.4 mol之间，浓度介于 0 0.2 mol L -之间，但且温度与题中平衡温度不同，所以NH的物质的量浓度不可能是0.10mol L t；将容器的体积缩小一半的瞬间NH的浓度变为0.2 mol L t,因为压强增大，平衡右移，NH的浓度逐渐增大至 0.25 mol - L 1达到新的平衡；温度升高平衡常数减小。答案：(1)0.025 mol L 1 min 1(2)50% (3)AC(5)