化学选修4练习册：化学反应条件的优化-工业合成氨

第4节化学反应条件的优化——工业合成氨1．反应N2＋3H2⇌2NH3ΔH＝－92kJ/mol，决定该反应速率大小的最主要因素是()A．温度B．N2、H2的性质C．压强D．催化剂2．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是()A．不断将氨分离出来B．使用催化剂C．采用500℃左右的高温而不是700D．采用2×107～5×107Pa的压强3．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是()A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C．500℃D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率4．(双选)对于密闭容器中发生的可逆反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)，下列说法表示反应已达平衡的是()A．单位时间内断裂1molN≡N键，同时断裂6molN—H键B．每生成1molN2，同时生成eq\f(1,3)molH2C．v(H2)正＝3v(N2)逆D．v(H2)＝eq\f(3,2)v(NH3)5．保持温度、压强不变，合成氨反应达到平衡状态时，进行如下操作，平衡不发生移动的是()A．恒温恒压时，充入NH3B．恒温恒容时，充入N2C．恒温恒压时，充入HeD．恒温恒容时，充入He6．反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH<0，在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如图2－4－1，则氨的百分含量最高的一段时间是()图2－4－1A．t0～t1B．t2～t3C．t3～t4D．t57．在某合成氨厂合成氨的反应中，测得合成塔入口处气体N2、H2、NH3的体积比为6∶18∶1，出口处气体N2、H2、NH3的体积比为9∶27∶8，则氮气的转化率为()A．5%B．50%C．25%D．20%8．在一定条件下，2NH3⇌3H2＋N2达到平衡时，NH3的转化率为50%，此时平衡混合气的密度与NH3未分解时的密度之比为()A．1∶1B．2∶3C．3∶2D．29．某温度下，对于反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＝－kJ/mol。N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图2－4－2所示。下列说法正确的是()图2－4－2A．将1mol氮气、3mol氢气，置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为kJB．平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)<K(B)C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大D．升高温度，平衡常数K增大10．将8molH2和2molN2充入2L密闭容器中，在一定条件下进行合成氨反应，4min后反应达到平衡，测得容器中还有molH2。下列计算结果错误的是()A．v(H2)＝mol·L－1·min－1B．H2的转化率为25%C．NH3的物质的量浓度为mol·L－1D．NH3的体积分数为%11．已知反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＜0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比1∶3充入N2和H2，在一定条件下发生反应。图2－4－3是某物理量(y)随时间t变化的示意图，y可以是()图2－4－3A．N2的转化率B．混合气体的密度C．密闭容器的压强D．H2的体积分数12．(双选)在一定条件下，可逆反应N2＋3H22NH3ΔH＜0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是()A．加入催化剂，v正、v逆都发生变化，且变化的倍数相等B．加压，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数C．降温，v正、v逆都减小，且v正减少的倍数大于v逆减少的倍数D．加入氩气，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数13．温度、催化剂不变，向某一固定体积的密闭容器内按下列各组物质的量加入H2、N2、NH3，反应达平衡时，氨气浓度最大的一组是()A(mol)B(mol)C(mol)D(mol)H2615N2201NH3042114.(双选)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)，在673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图2－4－4所示。据图推测下列叙述正确的是()图2－4－4A．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(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样D．其他条件不变时，773K下反应至t1时刻，n(H2)比上图中d点的值大15．在2L密闭容器中，充入1molN2和3molH2,在一定的条件下反应，2分钟后达到平衡状态。相同温度下，测得平衡时混合气体的压强比反应前混合气体的压强减小了eq\f(1,10)，请据此填写下列空白：(1)平衡时混合气体中三种气体的物质的量比为__________；(2)N2的转化率为__________；(3)2分钟内，NH3的平均反应速率为__________。16．在一定温度下，向容积不变的容器中加入2molN2、8molH2及固体催化剂，使之反应。已知：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)；ΔH＝－kJ·mol－1。平衡时，容器内气体压强为起始时的80%。(1)反应达到平衡时，放出的热量()A．小于kJB．等于kJC．大于kJ(2)保持同一温度，在相同的容器中，若起始时加入2molNH3、1molH2及固体催化剂，反应达到平衡时NH3的体积分数()A．等于B．大于0.25C．小于(3)保持同一温度，在相同的容器中，起始通入一定物质的量N2、H2、NH3，欲使平衡时NH3的体积分数一定等于。且起始时向正反应方向进行，则充入N2的物质的量amol的取值范围是__________。17．恒温下，将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器内，发生如下反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)。(1)若反应到某时刻t时，n(N2)＝13mol、n(NH3)＝6mol，求a的值；(2)反应到达平衡时，混合气体体积为716.8L(标况)，其中NH3的含量(体积分数)为25%，计算平衡时NH3的物质的量；(3)混合气体中a∶b＝__________；(4)平衡混合气体中n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)＝______________。第4节化学反应条件的优化——工业合成氨1．B[解析]决定反应速率的最主要的因素是反应物自身的性质，B项正确。2．B[解析]使用催化剂不影响化学的平衡，B项正确。[解析]催化剂只能改变反应途径，不能影响平衡的移动，A不符合题意；高压有利于合成氨反应的平衡右移，B符合题意；采用高温会使合成氨反应的平衡左移，但此温度下催化剂的活性较高，C不符合题意；循环操作与平衡移动没有直接关系，D不符合题意。4．AC[解析]化学平衡的本质就是正反应速率等于逆反应速率且不为0。故凡能直接或间接体现正反应速率等于逆反应速率的说法均可作为判断可逆反应达到平衡的标志。A中每断裂1molN≡N键，即消耗1molN2，每断裂6molN－H键，即消耗2molNH3，同时必生成1molN2，即单位时间内消耗N2和生成N2的物质的量相同，也就是说正反应速率等于逆反应速率，故反应已达平衡，A项正确，同理可得C项正确，B、D项错误。5．D[解析]A项，恒温恒压时充入NH3，体系的体积增大，c(产物)增大，c(反应物)减小，平衡向左移动。B项，恒温恒容时充入N2，使c(N2)增大，平衡向右移动。C项，恒温恒压时，充入He，体系的体积增大，原平衡体系的分压减小，平衡向左移动。D项，恒温恒容时充入He,v正、v逆不变，仍相等，平衡不移动。6．A[解析]此题主要考查影响化学反应速率的因素及化学平衡的移动，t1～t2段，相当于在t0～t1基础上，升高了温度，平衡向左移动，使NH3百分含量减少。t3～t4段，只是使用了催化剂，使正、逆反应速率同等程度地增加，平衡并未移动，NH3的百分含量不变，故只能选A。7．C[解析]设起始时N2、H2、NH3的物质的量分别为6x、18x、x，平衡时可设为9、27、8。则：N2＋3H2=2NH3起始物质的量/mol6x18xx转化物质的量/mol6x－918x－278－x平衡物质的量/mol9278根据转化的物质的量之比等于化学计量数之比得(6x－9)︰(8－x)＝1︰2，故x＝2。氮气的转化率为(6x－9)÷6x＝，即25%。8．B[解析]2NH3⇌3H2＋N2起始量x00转化量50%x平衡量反应前后均为气体，故总质量不变，密度ρ＝eq\f(m,V)，而气体的体积又与气体的物质的量成正比，故反应后与反应前密度之比等于物质的量的反比，即为eq\f(ρ后,ρ前)＝eq\f(x,＋＋＝2︰3。9．C[解析]因为该反应为可逆反应，加入1molN2、3molH2，两者不可能完全反应生成NH3，所以放出的热量小于kJ，A错；从状态A到状态B的过程中，改变的是压强，温度没有改变，所以平衡常数不变，B错；因为该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C对；升高温度，平衡逆向移动，K值减小，D错。10．B[解析]Δn(H2)＝8mol－mol＝mol，v(H2)＝mol÷2L÷4min＝mol·L－1·min－1，H2的转化率为mol÷8mol×100%＝30%。11．A12．CD[解析]催化剂只是增大或减小反应速率，即v正、v逆都发生变化，但不会使平衡移动，即v正、v逆变化的倍数相等，A正确。加压，体系中各反应物浓度增大，v正、v逆都增大，但更有利于向气体体积减少的方向移动，故v正增大的倍数大于v逆增大的倍数，B正确。降温，反应速率全部下降，但有利于平衡向放热的方向移动，而本反应ΔH＜0，所以v正减少的倍数小于v逆减少的倍数。加入稀有气体，各组分的浓度都不会变化或者减小，所以v正、v逆不变或减小。故C、D均不正确。13．B[解析]根据反应2NH3(g)=N2(g)＋3H2(g)按“一边倒”的方法将后三个选项换算为B为N22mol、H27mol、C为N22mol、H2mol，D为N22mol、mol，由此可看出，经过转化NH3为0，N2为2mol，H2的物质的量B项最多，反应达平衡时，B项氨气浓度最大。14．AD[解析]由图可以看出，N2和H2反应生成氨气，刚开始正反应速率最大，故A正确；c点时H2和NH3的物质的量相等，还没有达到平衡；t1时已经达到平衡，点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)相同，773K高于673K，升温后平衡逆向移动，t1时刻n(H2)在773K时比在673K时的高。15．(1)261(2)20%(3)mol·L－1·min－1[解析]据反应前后混合气体的压强之比等于其物质的量之比，平衡混合气体的物质的量减少了4mol×eq\f(1,10)＝mol。由方程式N2(g)＋3H2(g)=2NH3(g)可知，生成的氨气即为mol。N2＋3H2=2NH3起始物质的量1mol3mol0转化的物质的量molmolmol平衡时物质的量molmolmol则：(1)平衡时混合气体中三种气体的物质的量之比为：︰︰＝2︰6︰1。(2)N2的转化率为：mol÷1mol×100%＝20%。(3)2分钟内，NH3的平均反应速率为：mol÷2L÷2min＝mol·L－1·min－1。16．(1)B(2)C(3)1<a<2[解析](1)平衡时，容器内气体压强为起始时的80%，则生成2molNH3，放出热量kJ。(2)此时NH3的体积分数为，若起始时加入2molNH3、1molH2，则NH3的体积分数小于。(3)设n(N2)＝a，n(H2)＝b，n(NH3)＝c，则a＋eq\f(1,2)c＝2mol，故a<2mol，当a＝1mol，c＝2mol，b＝5mol时，NH3的体积分数等于，要使起始时向正反应方向进行，则a＞1mol。故1<a<2。17．(1)16(2)8mol(3)23(4)332[解析](1)根据