高中化学同步课时分层作业13化学反应条件的优化-工业合成氨鲁科版选修4

PAGEPAGE4课时分层作业(十三)化学反应条件的优化——工业合成氨(建议用时：45分钟)[基础达标练]1．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是()A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响B．都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果C[对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，使用催化剂只能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。施加高压既能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。故答案为C。]2．下列有关合成氨工业的说法正确的是()A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行D[A项，投料比为n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8时，更有利于NH3的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常温条件下该反应能自发进行。]3．可逆反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)ΔH＜0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是()A．升高温度，减小压强，增加氮气B．降低温度，增大压强，加入催化剂C．升高温度，增大压强，增加氮气D．降低温度，增大压强，分离出部分氨D[本题要求增大合成氨反应中氢气的转化率，即在不增加氢气的情况下改变条件，使平衡正向移动。因合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，故A、C项错误；加入催化剂可加快反应速率，但对平衡移动无影响，B项错误；因合成氨的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强会使平衡向正反应方向移动，增加反应物浓度或减小生成物浓度会使平衡向正反应方向移动，D项正确。]4．在某恒容密闭容器内，N2、H2的起始物质的量分别为10mol、30mol，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各组分的百分含量相同，则应加入的NH3的物质的量及NH3的转化率为()A．15mol,25% B．20mol,50%C．20mol,75% D．40mol,80%C[从N2、H2开始反应时，N2为10mol，H2为30mol，若从NH3开始反应，并且平衡时各组分的百分含量与前者相同，则NH3的物质的量必须是20mol，故A、D项错误。设从NH3开始反应时，NH3转化的物质的量为x，则有20mol－x＝2×10mol×25%，解得x＝15mol，故NH3的转化率为eq\f(15mol,20mol)×100%＝75%。]5．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有()①增大容器体积使压强减小②减小容器体积使压强增大③升高温度④降低温度⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2⑦及时分离产生的NH3⑧使用催化剂A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧C．②⑤ D．①②③⑤⑧C[从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。]6．合成氨反应通常控制在20～50MPa的压强和500℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示：压强20MPa60MPa500℃19.142.2而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明()A．表中所测数据有明显误差B．生产条件控制不当C．氨的分解速率大于预测值D．合成塔中的反应并未达到平衡D[表中数据为通过科学实验所得，不可能有明显误差；合成氨连续操作，不可能对生产条件控制不当；平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系，因此答案选D。这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题，并未让合成氨反应达到平衡，因为让反应达到平衡需要一定的时间，时间太长得不偿失。]7．某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()______________________________________________________________________________________________________________________。(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是________。[解析]分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关合成氨适宜条件的选择知识即可作答。[答案](1)防止合成塔中的催化剂中毒(2)低温、高压(3)高温、低压[能力提升练]12．对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密闭容器中加入一定量的N2和H2，达到平衡时混合气体的压强为p1，迅速缩小容器体积使混合气体的压强变为p2，一段时间后达到新的平衡，此时混合气体的压强为p3，则p1、p2、p3的大小关系是()A．p2＞p1＞p3 B．p2＞p3＞p1C．p2＞p1＞p3 D．p2＞p1＝p3B[根据勒·夏特列原理，改变某一外界条件时，平衡只能向减弱这种改变的方向移动。]13．一定条件下，将10.0molH2和1.0molN2充入恒容密闭容器中，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并达到平衡状态，则H2的转化率可能是()A．15% B．30%C．35% D．75%A[对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化；利用“极限法”，假设N2完全转化，则消耗的H2的物质的量为n(H2)＝3n(N2)＝3.0mol，但事实上，N2是不可能完全转化的，因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0mol，故H2的转化率α(H2)＜eq\f(3.0mol,10.0mol)×100%＝30%。综上所述，本题选A。]14．一定温度下，在恒压容器a和恒容容器b中，分别充入等量的体积比为1∶3的N2和H2。开始时两容器的体积相同，则达到平衡时两容器中N2的转化率()A．a中大 B．b中大C．a、b中一样大 D．无法判断A[由题给信息可知，容器a中的反应与容器b中的反应相比，相当于增大压强，则平衡正向移动，因此平衡时容器a中N2的转化率大于容器b中N2的转化率。]15．相同温度下，有体积相同的甲、乙两个恒容容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是()A．化学反应速率：乙＞甲B．平衡后N2的浓度：乙＞甲C．H2的平衡转化率：乙＞甲D．平衡混合气体中H2的体积分数：乙＞甲D[因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A项正确。假设开始时乙容器的体积也是甲的2倍(如图所示)，则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的体积压缩至与甲相等(如图中丙)，则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动，即N2、H2的平衡转化率增大，它们在平衡混合气体中的体积分数减小，故C项正确，D项错误。此时，丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大，但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍，而丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍，B项正确。]16．一密封体系中发生反应：N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)下图为某一时间段反应速率与反应进程的曲线关系图：回答下列问题：(1)处于平衡状态的时间段是________。(2)t1、t3、t4时刻，体系中分别是什么条件发生了变化？________、________、________。(3)下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。A．0～t1 B．t2～t3C．t3～t4 D．t5～t6[解析]本题主要是学会看图，图表达的是速率与时间的关系，只要速率不随时间变化而变化，说明在这条件下反应已经达到平衡了。所以处于平衡状态的时间段是0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6。从图中可得t1时刻正、逆反应速率都增大，而且v(逆)＞