最新高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率第4节化学反应条件的优化学业分层测评鲁科版选修4

PAGEPAGE7内部文件，版权追溯内部文件，版权追溯化学反响条件的优化——工业合成氨(建议用时：45分钟)1．合成氨反响的正反响是气体体积减小的放热反响。合成氨工业的生产流程如下：关于合成氨工业的说法中不正确的是()A．混合气进行循环利用遵循绿色化学的思想B．合成氨反响须在低温下进行C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D．使用催化剂可以提高反响的速率，但是不能使平衡向正反响方向移动【解析】低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反响速率降低，不利于提高生产效率，答案选B。【答案】B2．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，以下措施与平衡移动无关的是()A．不断将氨别离出来B．使用催化剂C．采用700K左右的高温而不是900K的高温D．采用2×107～5×107Pa的压强【解析】把氨别离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反响是放热反响，相对较低温度(700K)利于反响向右进行，同时该反响是气体物质的量减小的反响，尽可能采取高压利于正反响，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反响速率，与平衡无关。【答案】B3．合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反响制得，其中的一步反响为：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＜0反响到达平衡后，为提高CO的转化率，以下措施中正确的是()A．增加压强B．降低温度C．增大CO的浓度D．更换催化剂【解析】选项A，该反响为反响前后气体分子数相等的反响，压强对CO的转化率无影响；选项B，该反响为放热反响，降低温度有利于化学平衡向右移动，提高CO的转化率；增大CO的浓度会降低CO的转化率；选项D，更换催化剂不能使化学平衡发生移动。【答案】B4．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较高C．合成氨工业的反响温度控制在700K左右，目的是使化学平衡向正反响方向移动D．合成氨厂采用的压强是2×107Pa～5×107Pa，因为该压强下铁的活性最大【解析】合成氨的反响在适宜的生产条件下到达平衡时，原料的转化率并不高，但生成的NH3别离出后，再将未反响的N2、H2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，A错误，B正确；合成氨工业选择700K左右的温度，主要从反响速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反响是放热反响，低温才有利于平衡向正反响方向移动，C错误；不管从反响速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择20MPa～50MPa，D错误。【答案】B5．对于可逆反响N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反响为放热反响)，以下说法中正确的是()A．到达平衡后参加N2，当重新到达平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小B．到达平衡后，升高温度，既加快了正、逆反响速率，又提高了NH3的产率C．到达平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反响速率，又有利于提高氢气的转化率D．参加催化剂可以缩短到达平衡的时间，是因为正反响速率增大了，而逆反响速率减小了【解析】到达平衡后，参加N2，平衡将向正反响方向移动，到达新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度不会减小；到达平衡后，升高温度，正、逆反响速率都增大，但平衡向逆反响方向移动，不利于NH3的生成；到达平衡后，缩小容器体积即增大压强，正、逆反响速率都增大，平衡向正反响方向移动，有利于提高H2的转化率；参加催化剂，能同等程度地增大正、逆反响速率，缩短反响到达平衡的时间。【答案】C6．接触法制硫酸工艺中，其主要反响2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0，在450℃并有催化剂存在条件下建立平衡，为使该反响的反响速率增大，且平衡向正反响方向移动的是()A．及时别离出SO3气体B．选择高效的催化剂C．适当升高温度D．增大O2的浓度【解析】增大O2的浓度可加速反响的进行，并使平衡向正反响方向移动。【答案】D7．合成氨工业对国民经济和社会开展具有重要的意义。对于密闭容器中的反响：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图。以下表达正确的是()A．点a的正反响速率比点b的小B．点c处反响到达平衡C．点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样D．其他条件不变，773K下反响至t1时刻，n(H2)比图中d点的值大【解析】a点的反响物浓度大于b点，所以反响速率a更快；c点的时候各种物质的浓度仍在变化，并没有到达平衡；而d、e两点时到达平衡，浓度不再变化；升高温度，平衡逆向移动，氢气的浓度变大。【答案】D8．将aLNH3通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管后，气体体积变为bL(气体体积均在同温同压下测定)。该bL气体中NH3的体积分数是()A.eq\f(2a－b,a)B.eq\f(b－a,b)C.eq\f(2a－b,b)D.eq\f(b－a,a)【解析】铁触媒既可以催化氨的合成反响，也能够催化氨的分解反响：N2＋3H22NH32NH3N2＋3H2ΔV2132可见，分解的氨的体积：(b－a)L，那么剩余氨的体积：aL－(b－a)L＝(2a－b)L，该bL气体中NH3的体积分数是eq\f(2a－b,b)。【答案】C9．在密闭容器内，使1molN23molH2混合发生以下反响：3H2＋N22NH3ΔH＜0。(1)合成氨时选择500℃高温的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)当反响到达平衡时，N2和H2的浓度比是______。(3)当反响到达平衡时，充入氩气，并保持体积不变，平衡将________移动。(4)当到达平衡时，充入氩气，并保持压强不变，平衡将________移动，反响速率将________。(5)当到达平衡时，充入N2并保持压强不变，平衡将________移动。(6)当到达平衡时，保持体积不变，升高温度时，混合气体的平均相对分子质量________(选填“增大〞“减小〞或“不变〞，下同)，密度________。【解析】合成氨时选择500℃高温可以加快反响速率，而且工业上用的催化剂在该温度时活性最大；因为初始和转化的N2和H2的浓度比都是1∶3，所以当反响到达平衡时，N2和H2的浓度比是1∶3；平衡时保持体积不变，充入氩气平衡不移动；保持压强不变充入氩气，容器体积变大，反响速率将变小，平衡逆向移动；充入N2并保持压强不变，平衡将正向移动；保持体积不变，升高温度时，平衡逆向移动，混合气体的质量不变，总物质的量变大，平均相对分子质量变小，密度不变。【答案】(1)加快反响速率，工业上用的催化剂在该温度时活性最大(2)1∶3(3)不(4)逆向变小(5)正向(6)减小不变10．工业合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反响过程中的能量变化如下图，据图答复以下问题：(1)该反响通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中B点________(填“升高〞或“降低〞)，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)该反响平衡常数表达式为：K＝________，当浓度商Q________K(填“<〞“>〞或“＝〞)时，反响向右进行。(3)450℃时该反响的平衡常数________500℃时的平衡常数(填“<〞“>〞或“＝〞)。(4)一定条件下的密闭容器中，该反响到达平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母代号)。a．高温高压b．参加催化剂c．增加N2的浓度d．增加H2的浓度e．别离出NH3【解析】(1)催化剂能降低反响的活化能；(2)反响向右进行，说明Q<K；(3)该反响正向为放热反响，低温有利于平衡正向移动，450℃时反响正向进行的程度大，即450℃对应的平衡常数K大；(4)高温使化学平衡逆向移动，H2转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加N2的浓度可以提高H2的转化率，c可以；d降低H2的转化率；别离出NH3，有利于平衡右移，e可以。【答案】(1)降低催化剂能降低反响的活化能(2)eq\f([NH3]2,[N2][H2]3)＜(3)＞(4)ce11．在2L密闭容器中，合成氨反响N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)到达平衡。请答复以下问题：(1)：450℃时NH3的浓度大于550℃时，那么正反响是________热反响。(2)反响进程中：0～2s内N2的物质的量由2mol变为1mol，那么v(H2)＝________________。(3)能说明该反响已经到达平衡状态的是________。A．c(N2)＝c(H2)＝c(NH3)B．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)可使该反响的反响速率增大，且平衡向正反响方向移动的措施是________。A．及时别离出NH3气体B．适当升高温度C．增大压强D．选择高效的催化剂【解析】(1)450℃时NH3的浓度大于550℃时的浓度，说明温度升高，平衡向逆反响方向移动，那么正反响是放热反响。(2)v(H2)＝3v(N2)＝eq\f(3×2mol－1mol,2L×2s)＝0.75mol·L－1·s－1。(3)A项中浓度相等，但不一定到达平衡，只有浓度不再改变时，表示到达了平衡；该反响是反响前后气体体积不相等的反响，体积固定，故压强不变，表示该反响已达平衡；C项中未指明是正反响速率还是逆反响速率，故不能表示该反响已达平衡；D项中体积固定，质量不变，密度不变，故不能表示该反响已达平衡。(4)及时别离出NH3，减少生成物，反响速率将减小，A不符合题意；适当升高温度，平衡向逆反响方向移动，B不符合题意；增大压强，反响速率增大，平衡向正反响方向移动，C符合题意；催化剂只改变反响速率，不影响平衡移动，D不符合题意。【答案】(1)放(2)0.75mol·L－1·s－1(3)B(4)C12．一定温度下，在2L的密闭容器中发生如下反响：A(s)＋2B(g)xC(g)ΔH<0，B、C的物质的量随时间变化的关系如甲图所示，到达平衡后在t1、t2、t3、t4时都只改变了一种条件，逆反响速率随时间变化的关系如乙图所示。甲乙以下有关说法正确的是()A．x＝2，反响开始2min内，v(B)＝0.1mol·L－1·min－1B．t1时降温，平衡逆向移动C．t2时增大c(C)，平衡时B的物质的量分数增大D．t3时可能是减小压强，平衡不移动；t4时可能是使用催化剂，c(B)不变【解析】从甲图分析，B、C在相同时间内浓度的变化量相等，那么它们的系数是相等的，即x＝2，v(B)＝eq\f(0.3mol－0.1mol,2L·2min)＝0.05mol·L－1·min－1，A项错。ΔH<0，正反响为放热反响，降温平衡正向移动，B项错。增大c(C)，可看成是在容器上方的虚拟容器中参加C，当到达平衡时，再压入容器中，平衡不移动，那么B的物质的量分数不变，故C项错。从乙图分析，其中t3和t4条件的改变，平衡不移动，那么只可能是催化剂和等体积变化中的压强改变，所以D项正确。【答案】D13．对于可逆反响N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，以下研究目的和示意图相符的是()ABCD研究目的压强对反应的影响(p2>p1)温度对反应的影响平衡体系增加N2对反响的影响催化剂对反响的影响图示【解析】A项，p1达平衡时间短，所以p1>p2，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，合成氨反响正向放热，温度升高平衡逆向移动，氮气的转化率变小，不符合；C项，向平衡体系中加氮气，反响速率加快，平衡正向移动，符合；D项，催化剂能缩短反响到达平衡时间，不符合。【答案】C14．Ⅰ.CO可用于合成甲醇，反响方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图。该反响ΔH______(填“>〞或“<〞)0。实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________