1、第4节化学反应条件的优化工业合成氨必备知识基础练进阶训练第一层知识点1合成氨反应的限度1.对于合成氨反应N2（g）3H2（g）2NH3（g），下列措施不能提高氮气转化率的是（）A增大氢气的浓度 B增大压强C及时移走氨 D使用高效催化剂2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使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B高压比常压条件更有利于合成氨的反应C700 K左右比室温更有利于合成氨的反应D合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率3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
2、的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小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，缩小容器容积，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，逆反应速率减小4工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于反应N2（g）3H2（g）2NH3（g）的图像中，错误的是（）5在N2（g）3H2（g）2NH3（g）HKC平衡体系中NH3的含量增大DN2的转化率增大知识点2合成氨反应的速率6.工业合成氨反应中，使用催化剂和施以高压，下列叙述正确的是（）A都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B都对平衡状态有
3、影响，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，只有加压对化学平衡状态有影响D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而加压无此作用7N2（g）3H2（g）2NH3（g）H0，向容器中通入1 mol N2和3 mol H2，当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是（）降低温度维持温度、容积不变，按照物质的量之比为13再通入一定量的N2和H2增加NH3的物质的量维持恒压条件，通入一定量惰性气体AB CD8对于合成氨反应N2（g）3H2（g）2NH3（g）H92.4 kJmol1，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
4、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9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（）增大容器体积使压强减小减小容器体积使压强增大升高温度降低温度恒温恒容，再充入等量的N2和H2恒温恒压，再充入等量的N2和H2及时分离产生的NH3使用催化剂ABCD101913年化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是某种合成氨气的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是（）A BC D知识点3合成氨反应的适宜条件11.工业上合成氨一般采用700 K左右的温度
5、，其原因是（）适当提高合成氨的速率提高H2的转化率提高氨的产率催化剂在700 K时活性最大A.BCD12下列说法中正确的是（）A合成氨反应选择在400500 进行的重要原因是催化剂在500 左右时的活性最大B在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保C工业合成氨的反应是H0、S0的反应，在任何温度下都可自发进行D在合成氨反应中，为提高H2的转化率，充入的N2越多越好13关于工业合成氨的叙述中，错误的是（）A在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压条件下进行B温度越高越有利于工业合成氨C在工业合成氨中，N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本D.及时从反应体系中分离出氨气有
6、利于平衡向正反应方向移动14.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是（）A提高分离技术B研制耐高压的合成塔C研制低温催化剂D探索不用N2和H2合成氨的新途径15对于合成氨反应N2（g）3H2（g）2NH3（g）HE1，故工业合成氨的反应是吸热反应关键能力综合练进阶训练第二层一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。1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），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
7、反应速率比点b的小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，773 K下反应至t1时刻，n（H2）比图中d点的值大2某条件下合成氨反应达到平衡时氨的体积分数为25%，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比是（）A. BC. D3N2（g）与H2（g）在铁催化剂表面经历如图所示过程生成NH3（g），下列说法正确的是（）A.中形成的为非极性键B.N2（g）3H2（g）=2NH3（g）H2（3243894601 129） kJmol1C.、均为放热过程D.2NH3（g）=N2（g）3H2（g）H04在一定温度和压强下，
8、在密闭容器中充入H2、N2、NH3，开始时其物质的量之比为311，反应达到平衡后，H2、N2和NH3的物质的量之比为934，则此时氮气的转化率为（）A.10% B20%C.15% D30%5合成氨的反应历程有多种，有一种反应历程如图所示，吸附在催化剂表面的物质用*表示。下列说法错误的是（）A.适当提高N2分压，可以加快N2（g）*N2反应速率B.N2生成NH3是通过多步氧化反应生成的C.两个氮原子上的加氢过程分步进行D.大量氨分子吸附在催化剂表面，将减缓反应速率二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。6下列有关工业合成氨的叙述中正确的是（）A.温度升高，不利于提高合成氨的反应速率B.工业上
9、选择合适的条件，可以使氮气全部转化为氨C.合成氨反应平衡的移动受温度、浓度、压强等因素影响D.使用铁触媒，可以使氮气和氢气化合速率明显增大7硫酸是一种重要的化工产品， 目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2O22SO3的说法中正确的是（）A.实际生产中，SO2和O2再循环使用体现绿色化学B.该反应达到平衡后，反应就完全停止了，即正、逆反应速率均为零C.在达到平衡的体系中，充入由18O组成的O2后，SO2中18O含量减少，SO3中18O含量增多D.在工业合成SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题8合成氨反应通常控制在2050 MPa的压强和500 左右的温度
10、，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为13，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：20 MPa60 MPa500 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9某温度下，对于反应N2（g）3H2（g）2NH3（g）H92.2 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氮气、3 mol氢气，置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.2 kJB.平衡状态由A变为B时
11、，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增大三、非选择题10在一容积为2 L的密闭容器中，加入0.2 mol N2和0.6 mol H2，在一定条件下发生反应：N2（g）3H2（g）2NH3（g）H”“”或“0（2）CO（g）H2O（g）CO2（g）H2（g）H0工业生产中，欲提高CO的转化率，所采用的下列措施正确的最佳组合是（）降低温度增大压强使用催化剂增大CO浓度增大H2O（g）的浓度A.BC. D3科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3的T
12、iO2）表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见表（光照、N2压强1.0105 Pa、反应时间3 h）：T/K303313323353NH3生成量/106 mol4.85.96.02.0相应的热化学方程式如下：N2（g）3H2O（l）2NH3（g）O2（g）H765.2 kJmol1回答下列问题：（1）与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：_。（2）工业合成氨的反应为N2（g）3H2（g）2NH3（g）。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2（g）和1.
13、60 mol H2（g），反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数（NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比）为。计算：该条件下N2的平衡转化率。该条件下反应2NH3（g）N2（g）3H2（g）的平衡常数为。根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是（填字母）。a.研制耐高压的合成塔b.采用超大规模的工业生产c.研制耐低温复合催化剂d.探索不用H2和N2合成氨的新途径第4节化学反应条件的优化工业合成氨必备知识基础练1答案：D解析：增大氢气的浓度，平衡正向移动，氮气转化率增大，故A错误；合成氨反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，氮气转化率增大，故B错
14、误；及时移走氨，平衡正向移动，氮气转化率增大，故C错误；使用高效催化剂，改变反应速率，但平衡不移动，氮气转化率不变，故D正确。2答案：B解析：合成氨反应中，需要综合考虑反应速率、反应物的转化率（压强保持在1030 MPa）、催化剂活性（温度控制在700 K左右）等因素。使用催化剂，对平衡移动没有影响，不能用勒夏特列原理来解释，A项不符合题意；合成氨反应是反应前后气体体积减小的反应，故加压有利于合成氨气，可用勒夏特列原理来解释，B项符合题意；合成氨反应为放热反应，高温不利于合成氨气，温度控制在700 K左右是考虑催化剂的活性，不能用勒夏特列原理来解释，C项不符合题意；循环操作可提高原料的利用率，
15、不能用勒夏特列原理来解释，D项不符合题意。3答案：C解析：达到平衡后，加入N2，平衡正向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度比原平衡的大，A错；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡逆向移动，不利于NH3的生成，B错；达到平衡后，缩小容器容积压强增大，正、逆反应速率都增大，平衡正向移动，有利于提高H2的转化率，C对；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，D错。4答案：C解析：合成氨的正反应是放热反应，升温，正、逆反应速率都增大，但逆反应速率增大的程度大，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%缩小，B正
16、确；低温有利于反应正向进行，平衡时500 时的NH3%大，C错误；增大压强，平衡向右移动，NH3%增大，D正确。5答案：D解析：分离出NH3，Qv逆，使平衡向正反应方向移动，N2的转化率增大，由于分离出NH3，使体系中NH3的含量减小。6答案：C解析：合成氨的正反应为气体体积减小的放热反应，增大压强平衡正向移动，也能加快反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间；加入催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，对平衡的移动没有影响，故选C。7答案：B解析：合成氨反应的正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，氮气的平衡转化率增大；维持温度、容积不变，按照物质的量之比为13再通入一定量的N2和
17、H2，相当于增大压强，平衡正向移动，氮气的平衡转化率增大；增加NH3的物质的量，平衡逆向移动，N2的平衡转化率降低；维持恒压条件，通入一定量惰性气体，相当于减小压强，平衡逆向移动，氮气的平衡转化率降低。8答案：B解析：合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，说明温度对逆反应的反应速率影响较大，故A错误；反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，所以压强对正反应速率影响较大，故B正确；减小反应物浓度，平衡逆向移动，正反应速率瞬间减小，对正反应的反应速率影响较大，故C错误；加入催化剂，对正、逆反应速率影响相同，故D错误。9答案：C解析：从反应速
18、率的角度分析，均使化学反应速率降低，均使化学反应速率升高， 不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，不影响化学平衡，使化学平衡向左移动。10答案：B解析：合成氨气的反应是反应前后气体分子数减小的、放热的可逆反应。增大压强，平衡向正反应方向移动，可提高原料的转化率，故符合题意；把生成物氨气及时分离出来，可以促使平衡向正反应方向移动，提高原料转化率，故符合题意；氮气和氢气的循环使用，可以提高原料的转化率，故符合题意。11答案：D解析：从影响化学反应速率和催化剂的活性两方面考虑。12答案：A解析：合成氨反应选择在400500 进行的重要原因是催化剂在500 左右
19、时的活性最大，故A正确；在工业生产条件优化时，不能只考虑经济而不考虑环保，故B错误；工业合成氨反应的H0、S0时，反应不能自发进行，所以该反应不能在很高的温度下进行，故C错误；过多的氮气会带走热量，不利于反应的进行，故D错误。13答案：B解析：合成氨的反应为放热反应，温度越高，NH3的产率越低，且温度太高会影响催化剂的催化效果。14答案：C解析：由题图可知，（NH3）随着温度的升高而显著下降，故要提高（NH3）必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒活性最好时的温度在700 K左右，故最有前途的研究方向是研制低温催化剂。15答案：C解析：A项，由于p1条件下先达到平衡，故p1p2，减小压强，化学平
20、衡向左移动，NH3的体积分数应降低，错误；B项，由于此反应的H0，D错误。4答案：A解析：由题意设H2、N2、NH3的物质的量分别为3 mol、1 mol、1 mol。平衡时N2转化了a mol，则：N2（g）3H2（g）2NH3（g）初始量/mol 1 3 1转化量/mol a3a2a平衡量/mol 1a33a 12a则（1a）/（12a）3/4，解得a0.1N2的转化率（N2）0.1 mol1 mol100%10%。5答案：B解析：适当提高N2分压，可以加快N2（g）*N2反应速率，A正确；由题图可知，N2反应生成NH3的过程中氮元素的化合价逐渐降低，即发生多步还原反应生成NH3，B错误；
21、由题图分析可知，两个氮原子上的加氢过程是分步进行的，C正确；NH3的及时脱附可留下继续反应的空间而增加催化剂的活性位，如果大量氨分子吸附在催化剂表面，就会减缓反应速率，D正确。6答案：CD解析：温度升高，化学反应速率增大，A错误。从提高反应速率的角度来说，合成氨是温度越高越好，但温度越高氮的转化率越低，综合反应速率、化学平衡和催化剂的活性三方面考虑，因此选择温度为700 K左右。任何可逆反应都是有限度的，无论选择怎样的条件，氮气也不会完全转化为氨，B错误。降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动；增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，有利于平衡向生成氨的方向移动，工业生产就是不断地向合成塔中送入氮气
22、和氢气，并将生成的氨分离出去；压强越大越有利于平衡向生成氨的方向移动，但增大压强要受到设备的制约，C正确。使用催化剂可以显著提高化学反应速率，D正确。7答案：AD解析：反应为可逆反应，SO2和O2不能全部转化为SO3，因此SO2、O2循环使用可避免污染，提高利用率，体现了绿色化学，A正确；达到平衡后反应不停止，正、逆反应速率相等，B错；达到平衡后充入由18O组成的O2，平衡向正反应方向移动，SO3中18O含量增多，因为反应可逆，SO2中18O含量也增多，C错；D正确。8答案：D解析：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；平衡浓度与速率的大小没
23、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。9答案：BC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92.2 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项正确；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的转化率增大，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。10答案：（1）0.025 molL1min1（2）50%（3）AC（4）（5）解析：（1）
24、从反应开始到平衡用时4分钟，NH3的物质的量浓度变化了0.1 molL1，v（NH3）为0.025 molL1min1；（2）该反应达到平衡时氢气反应了0.3 mol，转化率为50%；（3）初始N2和H2的物质的量分别是0.2 mol、0.6 mol，平衡时NH3的物质的量介于00.4 mol之间，浓度介于00.2 molL1之间；而且温度与图中平衡温度不同，所以NH3的物质的量浓度也不可能是0.10 molL1；（4）将容器的体积缩小一半的瞬间NH3的浓度变为0.2 molL1，因为压强增大，平衡右移，NH3的浓度逐渐增大至0.25 molL1达到新的平衡；（5）温度升高平衡常数减小。学科素
25、养升级练1答案：C解析：以N2、H2为起始时，N2为10 mol，H2为30 mol，要以NH3开始反应，并且平衡时百分含量与前者相同，取NH3的量必须是20 mol。设以NH3开始反应时，氨转化的物质的量为x，那么有20 molx210 mol25%，x15 mol，氨的转化率：100%75%。2答案：A解析：反应（2）为体积不变的放热反应，降温和增大水蒸气的浓度均可使平衡右移，提高CO的转化率。3答案：（1）升温、增大N2浓度、不断移出生成物（2）66.7%5.0103 mol2L2c解析：（2）设反应过程消耗x mol N2（g）。N2（g）3H2（g）2NH3（g） 0.60 1.60 0 0.60x1.603x2x平衡时反应体系总物质的量（0.60x）（1.603x）2x mol（2.202x） molNH3（g）的物质的量分数为解得，x0.40，N2的平衡转化率为100%66.7%。设此时反应2NH3（g）N2（g）3H2（g）的平衡常数为K。平衡时，c平（NH3） molL10.40 molL1，c平（N2） molL10.10 molL1，c平（H2） molL10.20 molL1，K5.0103 mol2L2。
