《2022年鲁科版高中化学选修四化学反应条件的优化——工业合成 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年鲁科版高中化学选修四化学反应条件的优化——工业合成 .pdf（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第4节化学反应条件的优化 工业合成氨经典基础题 1工业合成氨的反应是在500 左右进行的，这主要是因为() A500 时此反应速率最快B500 时 NH3的平衡浓度最大C500 时 N2的转化率最高D500 时该反应的催化剂活性最大答案D 2合成氨工业上采用循环操作主要是因为() A加快化学反应速率B能提高氨的平衡浓度C降低氨气的沸点D提高氮气和氢气的利用率答案D 3在 N2(g)3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g) HKC平衡体系中 NH3的含量增大DN2的转化率增大答案D 解析别离出 NH3，Qv逆，使平衡向正反应方向移动， N2的转化率精选学习资料 - - - - - - - -
2、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页增大，由于别离出NH3，使体系中 NH3的含量减小。4在合成氨工业中，以下变化过程不能使平衡向右移动的是() 不断将 NH3别离出来使用催化剂采用 700 K 左右的高温采用21075107 Pa的压强ABCD答案B 5合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) H0。欲提高 CO 的利用率，可采用的方法是() 降低温度增大压强使用催化剂增大 CO 的浓度增大水蒸气的浓度ABCD答案C 解析增大压强，平衡不移动。增大CO 浓度，平衡向右移动，但CO 转化率降低。使用催化剂
3、，平衡不移动，CO 转化率不变。降低温度或增大水蒸气浓度，平衡均向右移动，CO 转化率增大。6以下图所示是在恒温下合成氨反应的反应速率随时间变化的示意图，以下说法不符合该示意图的是() A反应到达平衡时，正反应和逆反应速率相等B该反应到达平衡态以后，增大反应物的浓度，平衡发生移动，到达平衡态C反应到达平衡态以后，减小反应物浓度，平衡发生移动，到达平衡态精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页D同一种反应物在平衡态和平衡态时浓度不相等答案C 解析反应达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，A 正确；B该反应到达平衡态 后，增
4、大反应物浓度时， 正反应速率增大， 逆反应速率不变，平衡正向移动，到达平衡态，所以同一种反应物在平衡态和平衡 时浓度不相等， B、D 正确； C该反应到达平衡态 后，减小反应物浓度，正反应速率和逆反应速率均减小，且平衡应逆向移动，逆反应速率大于正反应速率，与图像矛盾，C 错误。7某温度下，对于反应N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.4 kJ mol1。 N2的平衡转化率 ( )与体系总压强 (p)的关系如下图。以下说法正确的选项是() 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92.4 kJ B平衡状态由 A 变到 B 时，平衡常数 K(
5、A) (a)，则 1(a) (b)。11在密闭容器内，使1 mol N2和 3 mol H2混合发生以下反应： N2(g)3H2(g)2NH3(g) H(298 K)92.2 kJ mol1(1)当反应到达平衡时， N2和 H2的浓度之比为 _ 。(2)保持体积不变， 升高温度，平衡_(填“正向”、 “逆向”或“不” )移动，密度 _(填“变大”、“变小”或“不变”)。(3)当反应到达平衡时， 保持温度、体积不变，充入氩气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。(4)当反应到达平衡时， 保持温度、压强不变，充入氩气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。(5)当反应到达平衡时， 保
6、持温度、体积不变，充入氮气，平衡_(填“正向”、“逆向”或“不”)移动；氢气的转化率 _(填“增大”、“减小”或“不变” )。答案(1)13(2)逆向不变(3)不(4)逆向(5)正向增大能力提升题 12如图表示 298.15 K 时，N2、H2与 NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页曲线图，据图答复：(1) 假 设 反 应 中 生 成2 mol 氨 ， 则 反 应 _(填 “ 吸 热 ” 或 “ 放热”)_kJ。(2)在图中曲线 _(填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线
7、， 铁触媒能加快反应速率的原理是_ _。(3)合成氨反应中平衡混合物中氨气的体积分数与压强、温度的关系如下图。假 设 曲 线 a 对 应 的 温 度 为500 ， 则 曲 线b 对 应 的 温 度 可 能 是_ _。A600 B550 C500 D450 (4)合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制备。发生反应为CH4(g)H2O (g)催化剂加热CO(g)3H2(g) H0 在一定温度下，在1 L 容器中发生上述反应，各物质的物质的量浓度变化如下表：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页t/min CH4(mol L1)
8、 H2O(mol L1) CO(mol L1) H2(mol L1) 0 0 0 2 n1n2n33n1n2n34 x表中 x_mol L1；前 2 min 内 CH4的平均反应速率为 _。反应在 34 min 之间，氢气的物质的量增多的原因可能是_(填代号) A充入水蒸气B升高温度C使用催化剂D充入氢气答案(1)放热92(2)b改变了反应的历程，降低了合成氨反应的活化能(3)D(4)0.110.05 mol L1 min1B 解析(1)由图中能量状态可知N2与 3H2具有的总能量高于 2NH3所具有的能量，故该反应为放热反应，并且反应N2(g)3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g)，每生
9、成 2 mol NH3放出(600508) kJ92 kJ 热量。 (2)合成氨反应中，加入铁触媒后，由于改变了反应历程， 使反应的活化能降低， 从而加快了反应速率，故曲线 b 代表加催化剂后的能量变化曲线。(3)对于合成氨反应，当其他条件不变时，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡混合物中NH3的体积分数降低。图像中，当压强不变时，曲线b 对应的温度下平衡混合物中NH3的体积分数大于曲线 a 对应的 NH3的体积分数，所以b 曲线对应的温度低于a 曲线对应的温度。故选 D。 (4) 前 2 min 内 CH4的反应速率为： v(CH4)13v(H2)130.3 mol L12 min0.05
10、 mol L1 min1。由表分析 23 分钟时，反应到达平衡状态，此时生成H2浓度为 0.3 mol L1。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页CH4(g)H2O (g)催化剂加热CO(g)3H2(g) 起始浓度 mol L10.2 0.3 0 0 转化浓度 mol L10.1 0.1 0.1 2 和 3 min 浓度(mol L1) 0.1 0.2 0.1 3 min4 min转化浓度 mol L10.01 0.01 4 min时浓度 mol L10.09 0.19 所以 x0.11 molL13 min 时，假
11、设充入水蒸气，平衡向右移动，4 min 时，水蒸气浓度应多于0.2 mol L1；假设升高温度，平衡向右移动，反应物均减小，生成物均增加，而且变化量正好等于化学方程式系数比，该条件符合要求； 使用催化剂，平衡不移动；充入H2，平衡向左移动。反应物浓度均多于2 min 时的浓度。所以只选 B。13在容积相同的密闭容器中， 分别充入等量的氮气和氢气，在不同温度下发生反应： N2(g)3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g)，并分别在不同的时间内测定其中NH3的质量分数 (y 轴所表示的 )，绘成图像如下图，请答复：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -
12、 - -第 8 页，共 11 页(1)A、 B、 C、 D、 E 五点中，肯定未达平衡的点是 _ 。(2)此可逆反应的正反应是 _热反应。(3)AC 曲线是增函数曲线， CE 曲线是减函数曲线，试从化学反应速率和化学平衡的角度分析，并说明理由_ _。答案(1)A 点、B 点(2)放(3)AC 曲线是增函数曲线，温度升高，反应速率加快，生成NH3的质量分数增多； CE 曲线是减函数曲线，此反应的正反应是放热反应，到达平衡后，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NH3的质量分数降低。解析(1)从图像中看出 C 点时，NH3的质量分数最高，说明A、B 两点均未到达平衡；(2)到达平衡 (C 点)后，升高
13、温度， NH3的质量分数降低，说明此反应的正反应放热。14 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 TiO2)外表与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究 NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表 (光照、N2105 Pa 、反应时间 3 h)：T/K 303 313 323 353 NH3生成量/(106mol) 相应的热化学方程式如下：N2(g)3H2O(l)=2NH3(g)32O2(g) H765.2 kJ mol1答复以下问题：(1)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中
14、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)高温、高压催化剂2NH3(g)。设在容积为 2.0 L精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和 1.60 mol H2(g)， 反应在一定条件下到达平衡时， 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47。计算：该条件下 N2的平衡转化率 _ 。该条件下反应 2NH3(g)高温、高压催化剂N2(g)3H2(g)的平衡常数 _ _。
15、答案(1)升温、增大 N2浓度、不断移出生成物(2)66.7%103mol2 L2解析(1)加快反应速率且增大NH3生成量的方法是升温、增大N2浓度、不断移出生成物。(2)解：设反应过程消耗 xmol N2(g)。N2(g)3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g) 起始物质的量/mol0.601.600 平衡物质的量/mol0.60 x1.603x2x平衡时反应体系总物质的量(0.60 x)(1.603x)2x mol (2.202x) mol NH3(g)的物质的量分数 2x (2.202x)47x0.40N2的平衡转化率0.40 mol0.60 mol100%66.7% 设反应 2NH3
16、(g)N2(g)3H2(g)的平衡常数为 K。 平衡时， NH320.40 mol 2.0 L0.40 mol L1N2(0.600.40) mol 2.0 L0.10 mol L精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页1H2(1.6030.40) mol 2.0 L0.20 mol L1KN2 H23NH32(0.10 mol L1)(0.20 mol L1)3 (0.40 mol L1)2103mol2 L2。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页