1、学业分层测评(十三)化学反应条件的优化工业合成氨(建议用时：45分钟)学业达标1合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。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思想B合成氨反应须在低温下进行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应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动【解析】低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，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，下列措施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700 K左右的高温而不是900 K的高
2、温D采用21075107Pa的压强【解析】把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，相对较低温度(700 K)利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关。【答案】B3(2016聊城高二质检)合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)H0反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是 () 【导学号：05310091】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
3、反应为反应前后气体分子数相等的反应，压强对CO的转化率无影响；选项B，该反应为放热反应，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合成氨工业的反应温度控制在700 K左右，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2107 Pa5107 Pa，因为该压强下铁的活性最大【解析】合成氨的反应在适宜的生产条
4、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，A错误，B正确；合成氨工业选择700 K左右的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，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，C错误；不论从反应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20 MPa50 MPa，D错误。 【答案】B5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
5、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了，而逆反应速率减小了【解析】达到平衡后，加入N2，平衡将向正反应方向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度不会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，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，平衡向正反应方向移动，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、答案】C6接触法制硫酸工艺中，其主要反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0，在450 并有催化剂存在条件下建立平衡，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是() 【导学号：05310092】A及时分离出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的浓度可加速反应的进行，并使平衡向正反应方向移动。【答案】D7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)H0,673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是()A点a的正反应速率比点b的小B点c
7、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，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比图中d点的值大【解析】a点的反应物浓度大于b点，所以反应速率a更快；c点的时候各种物质的浓度仍在变化，并没有达到平衡；而d、e两点时达到平衡，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a L NH3通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管后，气体体积变为b L(气体体积均在同温同压下测定)。该b L气体中NH3的体积分数是()A. B.C. D.【解析】铁触媒既可以催化氨的合成反应，也能够催化氨的分解反应：N23H22NH32NH3N23H2V2 13
8、2可见，分解的氨的体积：(ba)L，则剩余氨的体积：a L(ba)L(2ab)L，该b L气体中NH3的体积分数是。【答案】C9在密闭容器内，使1 mol N2 3 mol H2混合发生下列反应：3H2N22NH3H0。 【导学号：05310093】(1)合成氨时选择500 高温的目的是_ _。(2)当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是_。(3)当达到平衡时，充入氩气，并保持体积不变，平衡将_移动。(4)当达到平衡时，充入氩气，并保持压强不变，平衡将_移动，反应速率将_。(5)当达到平衡时，充入N2并保持压强不变，平衡将_移动。(6)当达到平衡时，保持体积不变，升高温度时，混合气体的平均相对
9、分子质量_(选填“增大”“减小”或“不变”，后同)，密度_。【解析】合成氨时选择500 高温可以加快反应速率，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13，所以当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是13；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，反应速率将变小，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)加快反应速率，工业上用的催化剂在该温度时活性最大(2)13(3)不(4)逆向变小(5)正向
10、(6)减小不变10工业合成氨N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：(1)该反应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)该反应平衡常数表达式为：K_，当浓度商Q_K(填“”或“”)时，反应向右进行。(3)450 时该反应的平衡常数_500 时的平衡常数(填“”或“”)。(4)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，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加入催化剂c增加N2的浓度d增加H2的浓度e分离出NH3【解析】(1)催化剂能降低反应的活化能；(2)反应向右进行，说明
11、QK；(3)该反应正向为放热反应，低温有利于平衡正向移动，450 时反应正向进行的程度大，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；分离出NH3，有利于平衡右移，e可以。【答案】(1)降低催化剂能降低反应的活化能(2)(3)(4)ce11在2 L密闭容器中，合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡。请回答下列问题：(1)已知：450 时NH3的浓度大于550 时，则正反应是_热反应。(2)反应进程中：02 s内N2的物质的量由2 mol变为1
12、mol，则v(H2)_。(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是_。Ac(N2)c(H2)c(NH3)B容器内压强保持不变Cv(N2)3v(H2)D容器内的密度保持不变(4)可使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的措施是_。A及时分离出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，说明温度升高，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应。(2)v(H2)3v(N2)0.75 molL1s1。(3)A中浓度相等，但不一定达到平衡，只有浓度不再改变时，表示达到了平衡；该反应是反应前后气体体积不相等的反应，体积固定，故压强不变，表示该反
13、应已达平衡；C项中未指明是正反应速率还是逆反应速率，故不能表示该反应已达平衡；体积固定，质量不变，密度不变，故不能表示该反应已达平衡。(4)及时分离出NH3，减少生成物，反应速率将减小，A不合题意；适当升高温度，平衡向逆反应方向移动，B不合题意；增大压强，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，C符合题意；催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，D不合题意。【答案】(1)放(2)0.75 molL1s1(3)B(4)C能力提升12一定温度下，在2 L的密闭容器中发生如下反应：A(s)2B(g)xC(g)H0，B、C的物质的量随时间变化的关系如甲图所示，达到平衡后在t1、t2、t3、t4时都只改变了一
14、种条件，逆反应速率随时间变化的关系如乙图所示。 【导学号：05310094】 甲乙下列有关说法正确的是()Ax2，反应开始2 min内，v(B)0.1 molL1min1Bt1时降温，平衡逆向移动Ct2时增大c(C)，平衡时B的物质的量分数增大Dt3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】本题考查化学平衡图像的分析及平衡移动原理。从甲图分析，B、C在相同时间内浓度的变化量相等，则它们的系数是相等的，即x2，v(B)0.05 molL1min1，A项错。H0，正反应为放热反应，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加入C，当达到平
15、衡时，再压入容器中，平衡不移动，则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，则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(2016宁波高二质检)对于可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)Hp1)温度对反应的影响平衡体系增加N2对反应的影响催化剂对反应的影响图示【解析】A项，p1达平衡时间短，所以p1p2，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，合成氨反应正向放热，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，反应速率加快，平衡正向移动，符合；D项，催化剂能缩短反应达到平衡时间
16、，不符合。【答案】C14.CO可用于合成甲醇，反应方程式为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图所示。该反应H_(填“”或“”)0。实际生产条件控制在250 、1.3104 kPa左右，选择此压强的理由是_ _。.在其他条件相同时，反应H3BO33CH3OHB(OCH3)33H2O中，H3BO3的转化率()在不同温度下随反应时间(t)的变化如图，由此图可得出：(1)温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是_ _。(2)该反应H_(填“”)0。【解析】.从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故H0。【答案】.在250 、1.3104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失.(1)a.温度越高，化学反应速率越快；b.温度升高，平衡正向移动(2)