高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨课时练 鲁科版选修4.doc

2-4 化学反应条件的优化工业合成氨1合成氨工业上采用循环操作主要是因为()a加快化学反应速率b能提高氨的平衡浓度c降低氨气的沸点d提高氮气和氢气的利用率【答案】d2将110 ml n2和130 ml h2在一定条件下合成氨，当达到平衡时混合气体的总体积变为200 ml，则生成氨气()a10 ml b20 ml c30 ml d40 ml【答案】d【解析】运用反应前后的体积差进行分析，气体缩小的体积即为生成氨气的体积。3合成氨厂所需h2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为co(g)h2o(g)co2(g)h2(g)h0。欲提高co的利用率，可采用的方法是()降低温度增大压强使用催化剂增大co的浓度增大水蒸气的浓度a b c d【答案】c4对可逆反应4nh3(g)5o2(g)4no(g)6h2o(g)，下列叙述正确的是()a反应达到平衡时，若两种反应物的转化率相等，则起始投入的n(nh3)n(o2)45b反应达到平衡后，对体系一直进行加压，平衡总是逆向移动c反应达到平衡时，若向压强固定的密闭容器中充入稀有气体，平衡不移动d当v正(nh3)v正(no)11时，说明该化学反应已经达到平衡【答案】a【解析】平衡时，反应物的转化率相等，则起始投入量之比应该等于化学计量数之比，故a正确；当加压到一定压强时，气态水变为非气态水，平衡会向正向移动，故b错；充入稀有气体而压强不变，相当于增大容积，平衡向体积增大的方向移动，c错；nh3、no的正反应速率都是向右方向的速率，平衡与否，其反应速率之比都等于化学计量数之比，故d错。5已建立化学平衡的某可逆反应，当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时，下列叙述正确的是()生成物的质量分数一定增加生成物产量一定增加反应物的转化率一定增大反应物的浓度一定降低正反应速率一定大于逆反应速率一定使用催化剂a b c d【答案】c【解析】当增加某反应物的浓度使平衡正向移动，生成物的质量分数可能减小，该反应物的浓度增大；当多种物质作反应物时增加一种反应物浓度，平衡正向移动，该反应物的转化率降低，其余反应物的转化率增大；使用催化剂不影响化学平衡的移动。6一定条件下，在可变容积的密闭容器中进行下列可逆反应：s2cl2（浅黄色）cl2(g)2scl2（鲜红色）h51.16 kjmol1，下列说法正确的是()a达到平衡时，抽出少量氯气，反应混合液颜色变深b单位时间内生成n mol s2cl2，同时生成2n mol scl2时，反应达到平衡状态c达平衡时，降低温度，混合液的颜色将变浅d单位时间内有n mol cl2被还原，同时氧化生成n mol cl2时，平衡向正反应方向移动【答案】b【解析】抽出cl2，平衡不移动，混合液颜色不变，a项错误；b项正确；降温，平衡正向移动，混合液颜色变深，c项错误；n mol cl2被还原，同时氧化生成n mol cl2即v正v逆，平衡不移动，故d项错误。7对于平衡体系：ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)，下列判断正确的是()a若温度不变将容器的容积增大1倍，达到新平衡时a的浓度变为原来的0.45倍，则mnpqb若平衡时，a、b的转化率相等，说明反应开始时，a、b的物质的量之比为mnc若升高平衡体系的温度，达到新平衡时a的浓度变为原来的0.55倍，说明该反应hz(2)逆反应(3)固或液(4)放10在密闭容器中，通入a mol n2和b mol h2，在一定条件下达到平衡，容器中还剩余c mol n2。(1)生成nh3的物质的量为_。(2)h2的平衡转化率为_。(3)若把容器的体积缩小一半，则正反应速率_(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，逆反应速率_，n2的转化率_。【答案】(1)2(ac) mol(2)3(ac)/b(3)增大增大增大11在一定温度和压强下，在密闭容器中充入h2、n2、nh3，开始时其物质的量之比为311，反应达平衡后，h2、n2、nh3的物质的量之比为934，则此时氮气的转化率为()a10% b20% c15% d30%【答案】a【解析】由题意设h2、n2、nh3的物质的量分别为3 mol、1 mol、1 mol。平衡时n2转化了a mol n2(g)3h2(g)2nh3(g)初始物质的量/mol 1 3 1转化物质的量/mol a 3a 2a平衡物质的量/mol 1a 33a 12a则(1 a)/(12 a)3/4，解之得a0.1 moln2的转化率为(n2)0.1 mol/1 mol100%10%。12下面是合成氨的简易流程示意图：沿x路线回去的物质是()an2和h2 b催化剂 cn2 dh2【答案】a13在密闭容器内，使1 mol n2和3 mol h2混合发生下列反应：n2(g)3h2(g)2nh3(g)h(298 k)92.2 kjmol1(1)当反应达到平衡时，n2和h2的浓度之比为_。(2)保持体积不变，升高温度，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”，下同)移动，密度_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(3)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氩气，平衡_移动。(4)当反应达到平衡时，保持温度、压强不变，充入氩气，平衡_移动。(5)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氮气，平衡_移动；氢气的转化率_(填“增大”、“减小”或“不变”)。 【答案】(1)13(2)逆向不变(3)不(4)逆向 (5)正向增大14在硫酸工业中，通过下列反应使so2氧化成so3：2so2(g)o2(g)2so3 (g)h198 kjmol1。下表为不同温度和压强下so2的转化率(%)1105510511065106110745097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是_。(2)实际生产中，选定400500 作为操作温度，其原因是_。(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是_。(4)在生产中，通入过量空气的目的是_。(5)尾气中有so2必须回收是为了_。【答案】(1)低温、高压(2)该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间(3)因为在常压下，400500 时，so2的转化率已经很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不适宜(4)增大氧气的浓度，使平衡向生成so3的方向移动，提高so2的转化率(5)减少对环境的污染15在一定温度下，在恒压容器a和恒容容器b中，分别充入体积比13的n2和h2。开始时体积相同，达到平衡时两容器中n2的转化率比较()aa大 bb大 ca、b一样大 d无法判断【答案】a【解析】先假设a容器开始时也保持容积不变达到平衡时，容器a中n2的转化率(a)与容器b中n2的转化率(b)相等，即(a)(b)。但达到平衡时，a容器的压强比开始变小了。若要保持开始时的压强，必须缩小容器a的容积，则平衡正移。因此再达平衡时n2的转化率1(a)变大了。即1(a)(a)，则1(a)(b)。16科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，n2在催化剂(掺有少量fe2o3的tio2)表面与水发生反应，生成的主要产物为nh3。进一步研究nh3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、n2压力1.0105 pa、反应时间3 h)：t/k303313323353nh3生成量/(106 mol)4.85.96.02.0相应的热化学方程式如下：n2(g)3h2o(l)=2nh3(g)o2(g)h765.2 kjmol1回答下列问题：(1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大nh3生成量的建议：_。(3)工业合成氨的反应为n2(g)3h2(g)2nh3(g)。设在容积为2.0 l的密闭容器中充入0.60 mol n2(g)和1.60 mol h2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，nh3的物质的量分数(nh3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算：该条件下n2的平衡转化率；该条件下反应2nh3(g)n2(g)3h2(g)的平衡常数。【答案】 (1)(2)升温、增大n2浓度、不断移出生成物(3)66.7%5.0103 mol2l2【解析】(1)催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程，使一个高能变过程变为几个能量相对低的过程，使反应易发生。要点是有催化剂时能量低而反应过程中阶段多了。图见答案。(2)加快反应速率且增大nh3生成量的方法是升温、增大n2浓度、不断移出生成物。(3)解：设反应过程消耗x mol n2(g)。平衡时反应体系总物质的量(0.60x)(1.603x)2x mol(2.202x) molnh3(g)的物质的量分数2x(2.202x)x0.40