1、第四節(jié) 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21075107 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；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)

2、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H2B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)、使用催化劑都能使反應(yīng)速率增大，但補(bǔ)充H2會(huì)使H2的轉(zhuǎn)化率減?。簧邷囟仁蛊胶庾笠?，H2的轉(zhuǎn)化率減小；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

3、是合成氨的簡(jiǎn)要流程示意圖，圖中沿x路線(xiàn)到壓縮機(jī)的物質(zhì)是()AN2和H2 B催化劑CN2 DH2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)的速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式為vkc(N2)c1.5(H2)c1(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

4、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)檠兄频蜏卮呋瘎?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()A15% B30%C35% D75%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H

5、2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(H2)100%30%。8下列關(guān)于N23H22NH3反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系圖中，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

6、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N(xiāo)2和H2，則平衡體系中反應(yīng)物的濃度增加，所以正反應(yīng)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)：3H2N22NH3H0(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_。(

7、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13，所以當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N2和H2的濃度比是13；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，

8、工業(yè)上用的催化劑在該溫度時(shí)活性最大(2)13(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)13NH3的含量/%壓強(qiáng)/MPa溫度/0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4(1)比較200 和300 時(shí)的數(shù)據(jù)

9、，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(kāi)(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_。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(xiě)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)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)H0，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

10、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) 1x 33x 2x得：100%26.4%x0.4177(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；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)

11、3H2(g)2NH3(g)H0，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)釨降低溫度、增大壓強(qiáng)、加入催化劑C升高溫度、增大壓強(qiáng)、增加氮?dú)釪降低溫度、增大壓強(qiáng)、分離出部分氨氣解析：選D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)C500 高溫比室溫更利于合成氨的

12、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BA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

13、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.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

14、，錯(cuò)誤的是()解析：選C合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(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)(NH3)最大，達(dá)到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，(NH3)減小，B正確，C錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，(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，減少污染和浪

15、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)H0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

16、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)H0，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()Aa點(diǎn)的正反應(yīng)速率比b點(diǎn)的大Bc點(diǎn)處反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)Cd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由圖可以看出，N2和H2反應(yīng)生成氨氣，開(kāi)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(méi)有達(dá)到平衡

17、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)HKC新平衡體系中NH3的含量增大DN2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(wèn)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

18、”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“”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)降低催化劑能降低反應(yīng)活化能(2)(3)ce10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)H92.44 kJmol1，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(jiàn)下表氣體氮?dú)鈿錃獍比埸c(diǎn)/210.01259.7777.74沸點(diǎn)/195.79252.2333.42回答下列問(wèn)題：(1)寫(xiě)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_(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