2/2第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨1.在密閉容器內(nèi)，N2、H2起始的物質(zhì)的量分別為10mol、30mol，達(dá)到平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為25％。若從NH3開(kāi)始，在相同條件下欲使平衡時(shí)各成分的百分含量與前者相同，則應(yīng)加入NH3的物質(zhì)的量及NH3的轉(zhuǎn)化率為（）A.15mol和25％ B.20mol和50％C.20mol和75％ D.40mol和50％2.一定溫度下，在恒壓容器a和恒容容器b中，分別充入等量的體積比為1∶3的N2和H2。開(kāi)始時(shí)兩容器的容積相同，則達(dá)到平衡時(shí)兩容器中N2的轉(zhuǎn)化率（）A.a中大 B.b中大C.a、b中一樣大 D.無(wú)法判斷3.工業(yè)上用N2和H2合成NH3，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說(shuō)法正確的是（）A.消耗0.1molH2時(shí)，生成N—H數(shù)目為0.2NAB.合成氨反應(yīng)溫度一般選擇400～500℃，因?yàn)樵摲磻?yīng)為吸熱反應(yīng)C.0.4molN2所含電子的數(shù)目為4NAD.氧化22.4LNH3生成NO，消耗O2分子數(shù)為2NA4.合成氨所需的氫氣可用煤和水作為原料經(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5.N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）ΔH＜0，向容器中通入1molN2和3molH2，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，下列措施能提高N2轉(zhuǎn)化率的是（）①降低溫度②維持溫度、容積不變，按照物質(zhì)的量之比為1∶3再通入一定量的N2和H2③增加NH3的物質(zhì)的量④維持恒壓條件，通入一定量惰性氣體A.①④ B.①②C.②③ D.③④6.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，提高單位時(shí)間內(nèi)氨氣的產(chǎn)量7.（2025·廣州高二期末）H2與N2在固體催化劑表面合成NH3的模擬示意圖如圖所示，圖中1個(gè)分子或原子代表1mol該分子或原子，已知N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）ΔH＝－92kJ·mol－1。下列說(shuō)法正確的是（）、、分別代表N2、H2和NH3A.該反應(yīng)在高溫下可自發(fā)進(jìn)行B.實(shí)際生產(chǎn)采用高溫和高壓，目的是提高平衡產(chǎn)率C.實(shí)際工業(yè)合成塔流出氣體時(shí)尚未達(dá)到平衡狀態(tài)，故使用固體催化劑能提高轉(zhuǎn)化率D.1molN2和3molH2斷鍵生成2molN和6molH吸收的能量為｜ΔH1＋ΔH2｜8.（2025·湖南長(zhǎng)沙高二檢測(cè)）在一定條件和催化劑作用下，二氧化碳加氫可以合成二甲醚（CH3OCH3），發(fā)生反應(yīng)Ⅰ：2CO2（g）＋6H2（g）CH3OCH3（g）＋3H2O（g）ΔH1＜0，在同一條件下還可能發(fā)生副反應(yīng)Ⅱ：CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）ΔH2＞0。下列說(shuō)法正確的是（A.實(shí)際生產(chǎn)中溫度常?？刂圃?00℃左右，這是因?yàn)樵诟邷叵律啥酌训倪x擇性較高B.增大壓強(qiáng)有助于生成更多二甲醚，故生產(chǎn)中使用的壓強(qiáng)越大越好C.在任何溫度下反應(yīng)Ⅰ都能自發(fā)進(jìn)行D.及時(shí)將二甲醚從體系中分離出來(lái)有助于提高二甲醚的平衡產(chǎn)率9.合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。其原理為N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）ΔH＝－92.4kJ·mol－1據(jù)此回答以下問(wèn)題：（1）①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為。②根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響規(guī)律可知，對(duì)于該反應(yīng)，溫度越高，其平衡常數(shù)越。（2）某溫度下，若把10molN2與30molH2置于容積為10L的恒容密閉容器內(nèi)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為20％，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝（可用分?jǐn)?shù)表示）。能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是（填字母）。a.容器內(nèi)的密度保持不變b.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變c.v正（N2）＝2v逆（NH3）d.混合氣體中c（NH3）不變（3）對(duì)于合成氨反應(yīng)而言，下列有關(guān)圖像一定正確的是（填字母）。（4）相同溫度下，有恒容密閉容器A和恒壓密閉容器B，兩容器中均充入1molN2和3molH2，此時(shí)兩容器的容積相等。待反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A中NH3的體積分?jǐn)?shù)為a，放出熱量Q1kJ；B中NH3的體積分?jǐn)?shù)為b，放出熱量Q2kJ。則：a（填“＞”“＝”或“＜”，下同）b，Q192.4。10.工業(yè)合成氨是人類(lèi)科技的一項(xiàng)重大突破，其反應(yīng)為3H2（g）＋N2（g）?2NH3（g）ΔH＝－92.4kJ·mol－1。（1）判斷該反應(yīng)的自發(fā)性并說(shuō)明理由：。（2）工業(yè)合成氨流程示意圖如圖1：①工業(yè)上通常在400～500℃下進(jìn)行合成氨反應(yīng)，用碰撞理論解釋為什么不在常溫下進(jìn)行反應(yīng)：。②干燥凈化的目的是，裝置A的作用為，B處的物質(zhì)主要是（寫(xiě)出物質(zhì)并注明狀態(tài)）。③工業(yè)上N2和H2混合氣反應(yīng)后經(jīng)過(guò)圖1中的過(guò)程再及時(shí)補(bǔ)充N(xiāo)2和H2進(jìn)入合成塔反應(yīng)，以一定量的N2和H2為研究對(duì)象，計(jì)算轉(zhuǎn)化率時(shí)不考慮新補(bǔ)充進(jìn)入的N2和H2，循環(huán)過(guò)程中轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線如圖2所示，圖2所示進(jìn)程中表示熱交換過(guò)程的是（填字母）。A.a1→b1B.b1→c1C.c1→a2D.a2→c1E.c1→b2F.b2→c2G.c2→a3H.a3→c2（3）已知Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式為Rlnk＝－EaT＋C（Ea為活化能，k為速率常數(shù)，R和C為常數(shù)），假設(shè)使用現(xiàn)有合成氨催化劑鐵觸媒時(shí)的圖像如圖所示，科學(xué)家研制出一種新型催化劑，合成氨條件降為350℃、1MPa，在圖中畫(huà)出在使用該高效催化劑條件下Rlnk與1第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨1.C以N2、H2為起始時(shí)，N2為10mol，H2為30mol，要以NH3開(kāi)始反應(yīng)，并且平衡時(shí)百分含量與前者相同，則應(yīng)加入的NH3的量必須是20mol。設(shè)以NH3開(kāi)始反應(yīng)時(shí)，氨轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，那么有20mol－x＝2×10mol×25％，x＝15mol，氨的轉(zhuǎn)化率：15mol20mol×100％＝75％2.A由題給信息可知，容器a中的反應(yīng)與容器b中的反應(yīng)相比，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，則平衡正向移動(dòng)，因此平衡時(shí)容器a中N2的轉(zhuǎn)化率大于容器b中N2的轉(zhuǎn)化率。3.A合成氨反應(yīng)中，每消耗3mol氫氣生成2mol氨氣，2mol氨氣含6molN—H，所以消耗0.1mol氫氣可生成0.2NAN—H，A項(xiàng)正確；合成氨為放熱反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)N2分子中含14個(gè)電子，故0.4molN2含電子數(shù)為5.6NA，C項(xiàng)錯(cuò)誤；沒(méi)有給出溫度和壓強(qiáng)，22.4L氣體物質(zhì)的量不確定，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.BA項(xiàng)，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的反應(yīng)，壓強(qiáng)對(duì)CO的轉(zhuǎn)化率無(wú)影響；B項(xiàng)，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；C項(xiàng)，增大CO的濃度會(huì)降低CO的轉(zhuǎn)化率；D項(xiàng)，更換催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。5.B①合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)，氮?dú)獾钠胶廪D(zhuǎn)化率增大；②維持溫度、容積不變，按照物質(zhì)的量之比為1∶3再通入一定量的N2和H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氮?dú)獾钠胶廪D(zhuǎn)化率增大；③增加NH3的物質(zhì)的量，平衡逆向移動(dòng)，N2的平衡轉(zhuǎn)化率降低；④維持恒壓條件，通入一定量惰性氣體，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，氮?dú)獾钠胶廪D(zhuǎn)化率降低。6.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(fèi)，符合綠色化學(xué)思想，A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)速率也不利于催化劑發(fā)揮催化作用，故合成氨不采用低溫條件，B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正確；催化劑能改變反應(yīng)速率，單位時(shí)間內(nèi)提高氨的產(chǎn)量，D正確。7.C該反應(yīng)是熵減的放熱反應(yīng)，ΔH－TΔS＜0，低溫條件下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，A錯(cuò)誤；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，生成物的產(chǎn)率降低，則實(shí)際生產(chǎn)采用高溫是為了加快反應(yīng)速率，B錯(cuò)誤；反應(yīng)未達(dá)平衡時(shí)，催化劑能加快反應(yīng)速率，有利于提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，C正確；由圖可知，｜ΔH1＋ΔH2｜包含斷鍵吸收的能量和吸附氫氣和氮?dú)獾哪芰孔兓?，所?mol氮?dú)夂?mol氫氣斷鍵生成2mol氮原子和6mol氫原子吸收的能量小于｜ΔH1＋ΔH2｜，D錯(cuò)誤。8.D反應(yīng)Ⅰ是放熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動(dòng)，故高溫下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ生成二甲醚的選擇性較低，實(shí)際生產(chǎn)中溫度常常控制在500℃左右可能是考慮催化劑活性，A錯(cuò)誤；反應(yīng)Ⅰ是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，故增大壓強(qiáng)有助于生成更多產(chǎn)物，但生產(chǎn)中還需考慮設(shè)備成本等問(wèn)題，故壓強(qiáng)并非越大越好，B錯(cuò)誤；反應(yīng)Ⅰ是放熱、熵減的反應(yīng)，即ΔH＜0，ΔS＜0，則吉布斯自由能ΔG＝ΔH－TΔS在高溫下可能大于零，此時(shí)反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，C錯(cuò)誤；及時(shí)將二甲醚從體系中分離減小了反應(yīng)Ⅰ的生成物濃度，使反應(yīng)Ⅰ平衡正向移動(dòng)，提高了二甲醚的平衡產(chǎn)率，D正確。9.（1）①K＝c平2（（2）112（mol·L－1）－2bd（3）ac（4）＜解析：（2）設(shè)轉(zhuǎn)化的氮?dú)獾臐舛葹閤mol·L－1，列三段式：N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）初始濃度/（mol·L－1） 1 3 0轉(zhuǎn)化濃度/（mol·L－1） x 3x 2x平衡濃度/（mol·L－1） 1－x 3－3x 2x反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為20％，即2x1－x+3－3x+2x×100％＝20％，解得x＝13，則K＝c平2（NH3）c平（N2）·c平3（H2）＝23mol·L－1223mol·L－1×（2mol·L－1）3＝112（mol·L－1）－2。容器容積不變，氣體質(zhì)量不變，所以容器內(nèi)的密度始終保持不變，a錯(cuò)誤；容器容積不變，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不相等，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，b正確；v正（N2）＝2v逆（NH3），正、逆反應(yīng)速率不相等，說(shuō)明反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，c錯(cuò)誤；混合氣體中c（NH3）不變，說(shuō)明各組分濃度都不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d正確。（3）先出現(xiàn)拐點(diǎn)的先達(dá)到平衡狀態(tài)，則T2＞T1，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，NH3的體積分?jǐn)?shù)減小，a正確；平衡時(shí)各物質(zhì)濃度不一定相等，b錯(cuò)誤；使用催化劑可加快反應(yīng)速率，10.（1）該反應(yīng)在低溫下能夠自發(fā)進(jìn)行；因ΔH＜0，ΔS＜0，ΔH－TΔS在低溫下小于0（2）①在常溫下進(jìn)行反應(yīng)，溫度較低，活化分子比率較低，發(fā)生有效碰撞的幾率較小，反應(yīng)速率較慢②除去反應(yīng)物中的雜質(zhì)氣體，防止催化劑中毒而降低催化效率增大壓強(qiáng)液態(tài)氨氣③BDFH（3）解析：（1）該反應(yīng)為放熱的熵減反應(yīng)，根據(jù)ΔH－TΔS＜0反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)在低溫條件下能夠自發(fā)進(jìn)行。（2）①在常溫下進(jìn)行反應(yīng)，溫度較低，活化分子比率較低，發(fā)生有效碰撞的幾率較小，反應(yīng)速率較慢，400～500℃時(shí)活化分子比率較高，發(fā)生有效碰撞的幾率較大，反應(yīng)速率較快，故不在常溫下進(jìn)行反應(yīng)；②干燥凈化的目的是除去反應(yīng)物中的雜質(zhì)氣體，防止催化劑中毒而降低催化效率；反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)利于反應(yīng)正向進(jìn)行且可以提高反應(yīng)速率，故裝置A的作用為對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行加壓；B處的物質(zhì)主要是分離出的液氨，使得生成物濃度減小，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，提高原料的利用率；③反應(yīng)混合氣在熱交