1、第4节 化学反应条件的优化工业合成氨1对于合成氨反应，N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0，达到平衡后，以下分析正确的是()A升高温度，对正反应的反应速率影响更大B增大压强，对正反应的反应速率影响更大C减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大D加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大解析：A.升高温度正逆反应速率都增大，平衡向逆反应方向移动，说明温度对逆反应速率影响较大；B.增大压强，平衡正向移动，则压强对正反应速率影响较大；C.减小反应物浓度，逆反应速率不变；D.加入催化剂，对正逆反应速率影响相同。答案：B2下列措施既能加快工业合成氨的速率，又能增大该反应的反应物转化率的是()A缩小容
2、器容积B移走NH3C提高反应温度 D使用催化剂解析：A项，缩小容器容积，可以加快反应速率，平衡正向移动，增大反应物的转化率，故符合题意；B项，移走NH3，反应速率减小，平衡正向移动，反应物的转化率增大，故不符合题意；C项，提高反应温度，反应速率加快，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，故不符合题意；D项，使用催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，不能提高反应物的转化率，故不符合题意。答案：A3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()A及时分离出SO3气体B选择高效的催
3、化剂C适当升高温度D增大O2的浓度解析：增大O2浓度可加速反应的进行，并使平衡向正反应方向移动。答案：D4下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量的变化情况。达到平衡时混合物中NH3的含量为(体积分数)入料V(N2)V(H2)13：温度/不同压强下NH3的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.8(1)比较200 和300 时的数据，可判断升高温度，平衡向_方向移动，正反应方向为_(填“吸热
4、”或“放热”)反应。(2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是_。A高温高压B高温低压C低温高压 D低温低压(3)计算500 ，30 MPa时N2的转化率_。(4)实际工业生产合成氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，还采取了一些措施。请写出其中的一个措施：_。解析：(3)N23H22NH3起始 1 3 0转化 n 3n 2n平衡 1n 33n 2n100%26.4%n0.417 7故N2的转化率为100%41.77%。答案：(1)左(或逆反应)放热(2)C(3)41.77%(4)加入过量的N2(或及时从平衡混合物中移走NH3)时间：40分钟A级基础巩固基础题1在密闭容器中，合成氨的反应N23H22
5、NH3，现将2 mol N2和2 mol H2通入该容器中反应，20 s后生成0.8 mol的NH3，则H2的转化率是多少()A70%B60%C50%D40%解析：本题可以依据“三段式”法列式计算。设经过20 s N2转化了x mol，则有：N2 3H22NH3起始：2 mol2 mol0转化： x mol 3x mol 2x mol20 s后： (2x) mol (23x) mol 2x mol根据题意20 s后生成0.8 mol的NH3，则有2x0.8 mol，x0.4 mol，所以H2的转化率是： 100%60%。答案：B2某温度下，发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4
6、 kJmol1，N2的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()A将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJB平衡状态由A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增大解析：该反应为可逆反应，加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A项错误；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率
7、增大，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。答案：C3.反应N2 (g)3H2(g) 2NH3(g)H0在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如图所示，则氨的百分含量最高的一段时间段是(t1t6，只改变了温度或压强)()At0t1Bt2t3Ct3t4 Dt5t6解析：此题考查了对速率时间图象的分析。化学平衡时v(正)v(逆)，氨的百分含量不变。t1t2、t4 t5，v(逆)大于v(正)，平衡向左移动，致使氨的百分含量减少。所以氨的百分含量最高时是t0t1。答案：A4工业合成氨的反应是放热反应，下列关于N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应的图象中，错误的是()解析：合成氨的
8、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，C错误；增大压强，平衡向右移动，NH3%增大，D正确。答案：C5在容积不变的密闭容器中发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响如图所示，下列分析正确的是()A图表示的是t1时刻增大O2的浓度对化学反应速率的影响B图表示的是t1时刻加入催化剂对化学反应速率的影响C图表示的是催化剂对化学平衡的影响，且甲的催化剂效率比乙的高D图表示的是压强对化学平衡的影响，且乙的压强较高解
9、析：若增大O2的浓度，正反应速率突然变大，逆反应速率瞬间不变，随后逐渐变大，故A项错误；加入催化剂，正、逆反应速率同等程度增大，v(正)v(逆)，化学平衡不移动，SO2的转化率不变，故B项正确、C项错误；乙达到化学平衡时所用时间短，则其反应速率较快，乙的压强比甲的高，但增大压强平衡右移，SO2的转化率增大，故D项错误。答案：B基础题6有平衡体系：CO(g)2H2(g) CH3OH(g)H0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采用的正确措施是()A高温、高压B适宜温度、高压、催化剂C低温、低压D高温、高压、催化剂解析：A.此反应为放热的反应，高温条件下使反应逆向进行，甲醇的产率减小，故A错误；
10、B.适宜的温度和催化剂，有利于反应速率增大，此反应为体积减小的反应，故高压下使反应正向移动，故B正确；C.低压下，平衡逆向移动，不利于甲醇的产出，故C错误；D.温度过高，使反应逆向进行，甲醇的产率减小，故D错误。答案：B7工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N2 (g)3H2 (g)2NH3 (g)H92.44 kJmol1，其部分工艺流程如下图所示：反应体系中各组分的部分性质见下表：气体氮气氢气氨熔点/210.01252.7777.74沸点/195.79259.2333.42回答下列问题：(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K_。随着温度升高，K值_(填“增大”“减小”或“不变”)。(
11、2)平衡常数K值越大，表明_(填字母)。AN2的转化率越高BNH3的产率越大C原料中N2的含量越高D化学反应速率越快(3)合成氨反应的平衡常数很小，所以在工业上采取气体循环的流程。即反应后通过把混合气体的温度降低到_使_分离出来；继续循环的气体是_。解析：(1)由方程式N2(g)3H2 (g) 2NH3 (g)不难写出：K ，根据此反应H0，说明正反应为放热反应，升高温度平衡向吸热方向移动，即向左移动，NH3减小，N2和H2增大，故K减小。(2)平衡常数K值越大，说明NH3越大，N2和H2就越小，说明反应进行的程度大，故N2的转化率就越高，NH3的产率就越大(注：产率是指实际产生的NH3与理论
12、产生的NH3的物质的量之比)。(3)根据气体的熔、沸点可知，氨气容易液化，使其分离可使平衡正向移动，剩余N2和H2循环使用，以提高产率。答案：(1)减小(2)AB(3)33.42 氨N2和H2B级能力提升8合成氨反应在工业生产中的大量运用，满足了人口的急剧增长对粮食的需求，也为有机合成提供了足够的原料氨。合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。在298 K时：H92.2 kJmol1，K4.1106(molL1)2。(1)从平衡常数来看，反应的限度已经很大，为什么还需要使用催化剂？_。(2)试分析实际工业生产中采取700 K左右的温度的原因：_。(3)298 K，1.0
13、1105 Pa，在10 L密闭容器中充入10 mol氮气、30 mol氢气和20 mol氨气，开始的瞬间，反应向_(选填“正”或“逆”)方向进行，反应进行5 min后体系能量的变化为_(选填“吸收”或“放出”)184.4 kJ，容器内压强变为原来的_倍。(4)从开始至5 min时，用N2浓度变化表示该反应的平均速率为_。解析：(3)依据Q(20 mol/10 L)2/(10 mol/10 L)(30 mol/10 L)3 4/27(molL1)2K4.1106(molL1)2，反应正向进行，放出热量，且放出热量的数值为92.2 kJmol1的两倍，故5 min时生成的氨气为4 mol，用三步式
14、表示为N2(g)3H2(g) 2NH3(g)起始量/mol 10 30 20转化量/mol 2 6 45 min时/mol 8 24 24故5 min时气体总物质的量为56mol，容器内压强变为原来的56/6014/15。(4)v(N2)(2 mol/10 L)/5 min0.04 molL1min1。答案：(1)使用催化剂主要是为了在不影响限度的情况下加快反应速率，提高单位时间内的产量(2)在该温度下，催化剂的活性最高，速率较大，反应的限度虽然有所降低，但综合分析，单位时间内的产量还是最理想的(3)正放出14/15(4)0.04 molL1min19合成氨的温度和压强通常控制在约500 以及
15、20 MPa50 MPa的范围，当进入合成塔的N2和H2的体积比为13时，经科学实验测定，在相应条件下N2和H2反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示：压强20 MPa50 MPa平衡浓度(体积分数)19.142.2而实际上从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%。请回答下列问题：(1)298 K下合成氨时，每生成1 mol氨气，同时放出46.2 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为_。在该温度下，取1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在的条件下进行反应，测得反应放出的热量总小于92.4 kJ，其原因是_。(2)实际上从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值
16、的根本原因是_(填序号)。A表中所测数据有明显误差B生产条件控制不当C氨的分解速度大于预测值D合成塔中的反应未达到平衡状态(3)若工业生产中N2和H2按投料比12.8的比例进入合成塔，那么转化率较大的应该是_，采用此投料比的原因是_，若从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数仍为15%，则N2和H2的转化率之比是_。解析：(1)根据题意，生成2 mol NH3所放出的热量为46.2 kJ292.4 kJ，该反应的热化学方程式为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1。由于合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2反应不可能完全转化为NH3，所以放出的热量总小
17、于92.4 kJ。(2)从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值，其根本原因是反应没有这到平衡状态。(3)若投料之比为12.8，相当于增加了N2的用量，可以提高H2的转化率。N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始量 1 2.8 0变化量 x 3x 2x平衡量 1x 2.83x 2x根据题意：100%15%，解得x0.248。N2、H2的转化率之比2.8311.07。答案：(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2反应不可能完全转化为NH3(2)D(3)H2增加相对廉价原料N2的用量，提高相对贵重原料H2的转化率，降低成产成本11.07
