高中化学 2.4《化学反应条件的优化-工业合成氨》课堂巩固训练2 鲁科版选修4

1 高中鲁科版化学高中鲁科版化学 3 1 3 1 水溶液水溶液 第第 1 1 课时课堂巩固训练课时课堂巩固训练 2Word2Word 版含答版含答 案选修案选修 4 4 1 合成氨工业上采用了循环操作 主要原因是 A 加快反应速率 B 提高 NH3的平衡浓度 C 降低 NH3的沸点 D 提高 N2和 H2的利用率 解析 选 D 合成氨是可逆反应 在中压工艺条件下合成氨厂出口气中的氨含量一般为 13 14 循环使用可提高 N2和 H2的利用率 2 工业上合成氨一般采用 700 K 左右的温度 其原因是 适当提高氨的合成速率 提高 H2的转化率 提高氨的产率 催化剂在 700 K 时活性 最大 A 只有 B C D 解析 选 D 从影响化学反应速率和催化剂的活性两方面考虑 3 有关合成氨工业的说法中 正确的是 A 从合成塔出来的混合气体 其中 NH3只占 15 所以生产氨的工厂的效率都很低 B 由于氨易液化 N2 H2在实际生产中是循环使用 所以总体来说氨的产率很高 C 合成氨工业的反应温度控制在 500 目的是使化学平衡向正反应方向移动 D 合成氨厂采用的压强是 2 107 5 107 Pa 因为该压强下铁触煤的活性最大 解析 选 B 合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时 原料的转化率并不高 但生成 的 NH3分离出后 再将未反应的 N2 H2循环利用 这样处理后 可使氨的产率较高 据此可 知 A 项错误 B 项正确 合成氨工业选择 500 左右的温度 是综合了多方面的因素而确定 的 因合成氨的反应是放热反应 低温才有利于平衡向正反应方向移动 故 C 项错误 不论 从反应速率还是化学平衡考虑 高压更有利于合氨 但压强太大 对设备 动力的要求更高 基于此选择了 20 MPa 50 MPa 的高压 催化剂活性最大时的温度是 500 故 D 项错误 4 在 N2 g 3H2 g 2NH3 g H 0 的平衡体系中 当分离出 NH3时 下列说法正 确的是 A 平衡正向移动 B 平衡逆向移动 C 平衡体系中 NH3的含量增大 D N2的平衡转化率降低 解析 选 A 降低产物浓度 平衡正向移动 反应物的转化率提高 5 对于可逆反应 N2 g 3H2 g 2NH3 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 NH3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 NH3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 C 达到平衡后 加入 N2 平衡将正向移动 达到新平衡后 NH3的浓度会增大 而 N2的浓度比原平衡的大 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 NH3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 H2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 6 在合成氨时 既要使氨的产率增大 又要使化学反应速率增大 可以采取的措施有 增大体积使压强减小 减小体积使压强增大 升高温度 降低温度 恒温恒容 2 再充入等量的 N2和 H2 恒温恒压 再充入等量的 N2和 H2 及时分离产生的 NH3 使用 合适的催化剂 A B C D 解析 选 C 减小压强 产率降低 速率变慢 所以 正确 升温平衡左移 降温速 率变慢 所以 错 相当于加压 正确 错 反应速率变慢 对平衡无影响 7 2010 高考上海理科综合能力测试 1913 年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨 的方法 从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求 下列是哈伯法的流程图 其中 为提高原料转化率而采取的措施是 A B C D 解析 选 B 合成氨反应为 N2 g 3H2 g 2NH3 g H 0 加压 降温 减小 NH3 的浓度均有利于平衡向正反应方向移动 正确 将原料气循环利用也可提高原料的转 化率 正确 8 2012 济南高二调研 工业合成氨的正反应是放热反应 下列关于 N2 g 3H2 g 2NH3 g 反应的图像中 错误的是 解析 选 C 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 NH3 最大 达到平衡 再升高温度 平衡逆向移动 NH3 减小 B 正确 低温下达到平衡 NH3的含量大 C 错误 增大压强 平衡向右移动 NH3 增大 D 正 确 9 在一定条件下 合成氨反应达到平衡后 混合气体中 NH3的体积分数为 25 若反应前后 保持条件不变 则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是 A 1 5 B 1 4 C 1 3 D 1 2 解析 选 A 设平衡后混合气体的体积为 100 mL 则其中氨的体积为 25mL 由反应的化学方 程式 N2 3H22NH3可以看出 每生成 2 体积的 NH3 反应体系的总体积也缩小 2 体积 从而推知 反应后缩小的气体体积和平衡后混合气体中 NH3的体积相等 即缩小的气体体积 为 25 mL 则反应前的气体体积为 100 mL 25 mL 125 mL 反应后缩小的气体体积与原反 应物体积的比值是 25 125 1 5 即选项 A 正确 10 3 合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义 工业合成氨的原理是 N2 g 3H2 g 2NH3 g H 0 生产流程如图所示 1 X 的化学式为 2 如图中条件选定的主要原因是 选填字母 A 升高温度 增大压强均有利于氨的合成 B 铁在该温度时活性最大 C 工业生产受动力 材料 设备等条件的限制 3 改变反应条件 会使平衡发生移动 如图表示随条件改变 产物中氨气的百分含量的变化趋势 当横坐标为压强时 变化趋势正确的是 填字母 当横坐标为温度时 变化趋势正确的是 填字母 解析 1 由合成塔中合成的流程标识知最后冷却分离出去的是液态 NH3 2 综合选择的合成条件 选择的主要原因是温度影响铁的催化活性 压强影响到设备 材 料等 3 增大压强 平衡右移 w NH3 增大 升高温度 平衡左移 w NH3 减小 答案 1 NH3 2 BC 3 c a 11 合成氨工业中 采用氮气和氢气 1 2 8 的物质的量之比进入合成塔 从合成塔出来的 混合气体中 氨气占体积的 15 为使氮气和氢气得到充分利用 工业上采用将氨气分离向 剩余反应物中不断补充新鲜的原料气使氮气和氢气的物质的量之比仍为 1 2 8 并将其重新 充入合成塔的方法来合成氨 1 不用计算 说出 H2 N2平衡转化率较大的是 2 从合成塔出来的气体 填 或 n N2 n H2 1 2 8 3 采用相同温度 相同压强 若初始n N2 n H2 1 3 则氨气的体积分数 15 填 或 4 计算氮气和氢气以 1 2 8 的物质的量之比反应时 H2 N2的平衡转化率 解析 很明显 当反应物按照化学方程式中的系数之比加入时 各物质的转化率相同 生成 物的体积分数最大 当不按照反应的系数比加入时 比例变小的转化率高 平衡时所占比例 会更小 4 假设加入氮气和氢气分别为 1 mol 2 8 mol 反应的氮气的物质的量为x mol 则 3H2 N22NH3 初始物质的量 mol 2 8 1 0 转化物质的量 mol 3x x 2x 平衡物质的量 mol 2 8 3x 1 x 2x 100 15 2x 1 x 2 8 3x 2x x 0 248 N2的平衡转化率为 100 24 8 0 248 mol 1 mol H2的平衡转化率为 100 26 6 0 248 mol 3 2 8 mol 答案 1 H2 2 3 4 N2 24 8 H2 26 6 12 铁在高温下可以与 CO2或水蒸气反应 化学方程式及对应的平衡常数如下 Fe s CO2 g FeO s CO g K c Fe s H2O g FeO s H2 g K c 请回答下列各题 1 反应 的平衡常数K c的表达式为 2 在不同温度下 K c和K c的值如下表所示 T K K cK c 9731 472 36 11732 151 67 a 反应 的正反应是 填 吸热 或 放热 下同 反应 反应 的正反应是 反应 b 现有可逆反应 CO2 g H2 g CO g H2O g 其正反应的焓变 H 填 或 0 Fe s H2O g FeO s H2 g H 0 答案 1 K c 2 吸热 放热 3 C CO CO2 13 2012 石嘴山高二竞赛考试 科学家一直致力于 人工固氮 的新方法研究 1 目前合成氨技术原理为 N2 g 3H2 g 2NH3 g H 92 2 kJ mol 1 673 K 30 MPa 下 上述合成氨反应中n NH3 和n H2 随时间变化的关系如图所示 下列叙 5 述正确的是 A 点 a 的正反应速率比点 b 的大 B 点 c 处反应达到平衡 C 点 d 和点 e 处的n N2 相同 D 773 K 30 MPa 下 t2时刻也是该反应的平衡点 则n NH3 比图中 e 点的值大 在容积为 2 0 L 恒容的密闭容器中充入 0 80 mol N2 g 和 1 60 mol H2 g 反应在 673 K 30 MPa下进行 达到平衡时 NH3的体积分数为 20 该条件下反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g 的平衡常数K 2 希腊亚里斯多德大学的两位科学家曾采用高质子导电性的 SCY 陶瓷 能传递 H 实现了高温 常压下高转化率的电解合成氨 其实验装置如图 阴极的电极反应式为 3 根据最新 人工固氮 的研究报道 在常温 常压 光照条件下 N2在催化剂 掺有少量 Fe2O3的 TiO2 表面与水发生下列反应 N2 g 3H2O l 2NH3 g O2 g 3 2 H a kJ mol 1 进一步研究 NH3生成量与温度的关系 常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表 T K303313323