1、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：40分钟)合格过关练1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只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3B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D反应为可逆反应，SO2和O2不能全部转化为SO3，A错；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1
2、8O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。2德国哈伯发明以低成本制造大量氨的方法，流程图中为提高原料转化率而采取的措施是()ABCDB氮气和氢气在高温、高压和催化剂条件下反应生成氨气，正反应是气体体积减小的放热反应。净化气体是防止杂质气体对催化剂的影响，不能提高原料的转化率，不符合；加压，平衡正向移动，可以提高原料的利用率，符合；使用催化剂，可以加快反应速率，但平衡不移动，不能提高原料转化率，不符合；分离出氨气，平衡正向移动，提高了原料的转化率，符合；氮气和氢气的再循环，可提高原料的转化率，符合。3合成氨反应：N2(g)
3、3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1，在反应过程中，正反应速率的变化如图所示。下列说法正确的是()At1时升高了温度 Bt2时使用了催化剂Ct3时增大了压强Dt4时降低了温度Bt1时反应达到平衡，t1t2，v正先增大后逐渐减小，说明平衡正向移动，根据H0可知，该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，故t1时不是升高温度，可能是增大压强或者增大反应物的浓度，故A项错误；t2t3，正、逆反应速率同等程度增大，可能是使用了催化剂，故B项正确；t3t4，v(正)先减小后逐渐增大，而增大压强，正、逆反应速率都会增大，故C项错误；t4时正反应速率逐渐减小，应是减小反应产物(NH3)
4、的浓度，若是降低温度，则在t4时v(正)应陡降，曲线不连接，故D项错误。4在某恒容密闭容器内，N2、H2的起始物质的量分别为10 mol、30 mol，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()A15 mol,25% B20 mol,50%C20 mol,75%D40 mol,80%C从N2、H2开始反应时，N2为10 mol，H2为30 mol，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20 mol，故A、D项错误。设从NH3开始反应时，NH3转化的物
5、质的量为x，则有20 molx210 mol25%，解得x15 mol，故NH3的转化率为100%75%。5(素养题)合成氨反应通常控制在2050 MPa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：压强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
6、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。6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
7、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。7(双选)一定条件下，将10.0 mol H2和1.0 mol N2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()A15% B18% C30%D75%AB对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化。利用“极值法”，假设N2完全转化，则消耗的H2的物质的量为n(H2)3n(N2)3.0 mol，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3.0 mol，故H2的转化率(H2)100%30%。综上所述，本题选AB。8某温度下，发生反应N2(
8、g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 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)v(正)，所以改变条件应为减小压强。答案(1)0t1，t2t3，t3t4，t5t6(2)温度升高加入催化剂减小压强13利用水煤气合成二甲醚(CH3OCH3)所涉及的反应如下：2H2(g)CO(g)CH3OH(g)，平衡常数K1；2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)，平衡常数K2；CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)
9、，平衡常数K3。(1)总反应3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)的平衡常数K_(用K1、K2、K3表示)。(2)一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施有_(填字母代号)。a加压b加入催化剂c增大H2的浓度d增大CO的浓度e分离出二甲醚(3)已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)在某温度下的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：物质CH3OHCH3OCH3H2O浓度/(molL1)0.440.60.6若经10 min反应达到平衡，则c(CH3OH)_。解析(1)总反应
10、可由2得到，即KKK2K3。(2)总反应是气体体积减小的反应，所以加压，平衡右移；增大反应物H2的浓度、减小产物的浓度，都会使CO的转化率升高。(3)初始时CH3OH的浓度为0.44 molL120.6 molL11.64 molL1，设平衡时CH3OCH3的浓度为x molL1，则2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g) 1.64 0 0 2x x x 1.642x x x则平衡常数K400，x0.8，平衡时CH3OH的浓度为1.64 molL10.8 molL120.04 molL1。答案(1)KK2K3(2)ace(3)0.04 molL1素养培优练14对于反应N2(g)3H2
11、(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()Ap2p1p3 Bp2p3p1Cp2p1p3Dp2p1p3B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。15一定温度下，在恒压容器a和恒容容器b中，分别充入等量的体积比为13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()Aa中大 Bb中大Ca、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
12、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。16(双选)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1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，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CH2的平衡转化率：乙甲D平衡混合气体中H2的体积分数：乙甲CD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、
13、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、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。17一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应如下：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H1，研究发现，反应过程中会有副反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H2，温度对CH3OH、CO产率的影响如图所示。下列说法错误的是()AH10，H20B增大压强(缩小容器体积)有利于提高合成CH3OH的反应速率C生产过程中
14、，温度越高越有利于提高CH3OH的产率D合成CH3OH反应的平衡常数KCA项，根据图像可知，升高温度CH3OH的产率降低，反应CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)向逆反应方向移动，H10，升高温度CO的产率增大，反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)向正反应方向移动，H20，正确；B项，增大压强(缩小容器体积)有利于提高合成CH3OH的反应速率，正确；C项，由图像可知，温度越高CH3OH的产率越低，错误；D项，根据化学平衡常数的概念，合成CH3OH反应的平衡常数K，正确。18工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0 图
15、1 图2(1)图1表示的是一定温度下，在体积为2 L的密闭容器中加入5 mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况。反应在10 min时达到平衡，从反应开始到达到平衡，用H2表示的平均反应速率v(H2)_。(2)图2表示在温度分别为T1、T2时，平衡体系中H2的体积分数随压强变化的曲线，A、C两点的反应速率A_C(填“”“”或“”，下同)，A、C两点的化学平衡常数A_C，由状态B到状态A，可采用_(填“升温”或“降温”)的方法。(3)恒容条件下，下列措施能使减小的是_。A升高温度B充入HeC再充入2 mol CO和5 mol H2D使用催化剂解析(1)由图1可知
16、，起始时CO为2 mol，反应中减少的CO的浓度为1.00 molL10.25 molL10.75 molL1，10 min时达到平衡，则用CO表示的化学反应速率为0.075 molL1min1，因反应速率之比等于系数之比，则v(H2)0.075 molL1min120.15 molL1min1。(2)压强越大化学反应速率越大，压强：AC，所以反应速率：AC；化学平衡常数只与温度有关，A、C两点温度相同，所以化学平衡常数相同；相同压强下，从B到A，氢气体积分数增大，平衡需逆向移动，因正反应是放热反应，故平衡向吸热反应方向移动，需采用升温的方法。(3)该反应正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，减小，A项正确；充入He，使体系压强增大，因容器的容积不变，故体系中各物质的浓度不变，平衡不移动，不变，B项错误；再充入2 mol CO和5 mol H2，相当于对原平衡加压，平衡正向移动，增大，C项错误；使用催化剂，平衡不移动，不变，D项错误。答案(1)0.15 molL1min1(2)升温(3)A
