魯科版選修四 第2章第4節(jié) 化學反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 作業(yè)1.doc

基礎(chǔ)達標對于可逆反應(yīng)n2(g)3h2(g) 2nh3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，下列說法中正確的是()a達到平衡后加入n2，當重新達到平衡時，nh3的濃度比原平衡的大，n2的濃度比原平衡的小b達到平衡后，升高溫度，既加快了正、逆反應(yīng)速率，又提高了nh3的產(chǎn)率c達到平衡后，縮小容器體積，既有利于加快正、逆反應(yīng)速率，又有利于提高氫氣的轉(zhuǎn)化率d加入催化劑可以縮短達到平衡的時間，是因為正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小解析：選c。達到平衡后，加入n2，平衡將正向移動，達到新平衡后，nh3的濃度會增大，而n2的濃度比原平衡的大；達到平衡后，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，但平衡逆向移動，不利于nh3的生成；達到平衡后，縮小容器體積即增大壓強，正、逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動，有利于提高h2的轉(zhuǎn)化率；加入催化劑，能同等程度地增大正、逆反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)達到平衡的時間?？赡娣磻?yīng)n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h0，達到平衡后，為了使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，下列選項中采用的三種方法正確的是()a升高溫度、降低壓強、增加氮氣b降低溫度、增大壓強、加入催化劑c升高溫度、增大壓強、增加氮氣d降低溫度、增大壓強、分離出部分氨氣解析：選d。要使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，需使平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以需降低溫度；正反應(yīng)為氣體總體積減小的反應(yīng)，所以需增大壓強；另外還可通過及時分離出部分氨氣，減小生成物濃度的方法，促使平衡右移，故選d。在密閉容器內(nèi)，n2、h2起始的物質(zhì)的量分別為10 mol、30 mol，達到平衡時n2的轉(zhuǎn)化率為25%。若從nh3開始，在相同條件下欲使平衡時各成分的百分含量與前者相同，則應(yīng)加入nh3的物質(zhì)的量及nh3的轉(zhuǎn)化率為()a15 mol和25% b20 mol和50%c20 mol和75% d40 mol和50%解析：選c。以n2、h2為起始時，n2為10 mol，h2為30 mol，要以nh3開始反應(yīng)，并且平衡時百分含量與前者相同，取nh3的量必須是20 mol。設(shè)以nh3開始反應(yīng)時，氨轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，那么有20 molx210 mol25%，x15 mol，氨的轉(zhuǎn)化率：100%75%。工業(yè)合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，下列關(guān)于n2(g)3h2(g) 2nh3(g)反應(yīng)的圖像中，錯誤的是()解析：選c。合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫，正、逆反應(yīng)速率都增大，但逆反應(yīng)增大的程度大，a正確；在t1時nh3%最大，達到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動，nh3%減小，b正確；低溫下達到平衡，nh3的含量大，c錯誤；增大壓強，平衡向右移動，nh3%增大，d正確。對于可逆反應(yīng)n2(g)3h2(g) 2nh3(g)hp1)溫度對反應(yīng)的影響平衡體系增加n2對反應(yīng)的影響催化劑對反應(yīng)的影響示意圖解析：選c。a項，p1達平衡時間短，所以p1p2，壓強增大時，平衡正向移動，氨氣的體積分數(shù)增大，不符合；b項，合成氨反應(yīng)正向放熱，溫度升高平衡逆向移動，氮氣的轉(zhuǎn)化率變小，不符合；c項，向平衡體系中增加氮氣，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，符合；d項，催化劑能縮短反應(yīng)達到平衡時間，不符合。一定溫度下，向密閉容器中充入1.0 mol n2和3.0 mol h2，反應(yīng)達到平衡時，測得nh3的物質(zhì)的量為0.6 mol。若該容器中開始時n2的物質(zhì)的量為2.0 mol，h2為6.0 mol，則平衡時nh3的物質(zhì)的量為()a若為定容容器，n(nh3)1.2 molb若為定容容器，n(nh3)1.2 mol解析：選c。若為定壓容器，由等效平衡原理可知c正確；若為定容容器，可假定讓后者在前者2倍體積的容器中反應(yīng)，建立平衡時，n(nh3)1.2 mol，再縮小容積跟前者的相同，此時平衡正移，n(nh3)增大，即n(nh3)1.2 mol。下面是合成氨簡要流程示意圖：沿x路線回去的物質(zhì)是()an2和h2 b催化劑cn2 dh2解析：選a。反應(yīng)混合氣經(jīng)過合成塔發(fā)生反應(yīng)：n23h22nh3，成分變?yōu)閚2、h2、nh3的混合氣體，經(jīng)冷凝，nh3液化，n2、h2沸點很低，未液化，故再送入壓縮機，循環(huán)使用，提高原料利用率。在2 l密閉容器中，合成氨反應(yīng)n2(g)3h2(g) 2nh3(g)達到平衡。請回答下列問題：(1)已知：450 時nh3的濃度大于550 時，則正反應(yīng)是_熱反應(yīng)。(2)反應(yīng)進程中：02 s內(nèi)n2的物質(zhì)的量由2 mol變?yōu)? mol，則v(h2)_。(3)能說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是_。an2h2nh3b容器內(nèi)壓強保持不變cv(n2)3v(h2)d容器內(nèi)的密度保持不變(4)可使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動的措施是_。a及時分離出nh3b適當升高溫度c增大壓強d選擇高效的催化劑解析：(1)450 時nh3的濃度大于550 時，說明溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。(2)v(h2)3v(n2)0.75 moll1s1。(3)a中濃度相等，但不一定達到平衡，只有濃度不再改變時，表示達到了平衡；該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不相等的反應(yīng)，體積固定，故壓強不變，表示該反應(yīng)已達平衡；c項中未指明是正反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率，故不能表示該反應(yīng)已達平衡；體積固定，質(zhì)量不變，故密度不變不能表示該反應(yīng)已達平衡。(4)及時分離出nh3，減少生成物，反應(yīng)速率將減小，a不符合題意；適當升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，b不符合題意；增大壓強，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，c符合題意；催化劑只改變反應(yīng)速率，不影響平衡移動，d不符合題意。答案：(1)放(2)0.75 moll1s1(3)b(4)c能力提升在合成氨的反應(yīng)中，n2和h2的初始加入量為110 ml、130 ml，當達到平衡時，氣體的總體積變?yōu)?20 ml，則生成nh3的體積為()a10 ml b20 mlc25 ml d30 ml解析：選b。根據(jù)反應(yīng)方程式：n2 3h22nh3v1 32 2110 ml 130 mlv(nh3) v110 ml130 ml220 ml20 ml縮小體積也等于生成nh3的體積，即v(nh3)20 ml，故b項正確。低溫脫硝技術(shù)可用于處理廢氣中的氮氧化物，發(fā)生的化學反應(yīng)為2nh3(g)no(g)no2(g)2n2(g)3h2o(g)h0。在恒容的密閉容器中，下列有關(guān)說法正確的是()a平衡時，其他條件不變，升高溫度可使該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大b平衡時，其他條件不變，增加nh3的濃度，廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率減小c單位時間內(nèi)消耗no和n2的物質(zhì)的量比為12時，反應(yīng)達到平衡d其他條件不變，使用高效催化劑，廢氣中氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大解析：選c。該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，a項錯誤；增加氨氣的濃度，氮氧化物的轉(zhuǎn)化率增大，b項錯誤；單位時間內(nèi)消耗no和n2的物質(zhì)的量之比為12時，表示正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，c項正確；催化劑不能使化學平衡移動，不改變轉(zhuǎn)化率，d項錯誤。下圖表示反應(yīng)n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h0在某一時間段中反應(yīng)速率與反應(yīng)時間的曲線關(guān)系圖。下列說法正確的是()a氨氣的體積分數(shù)最高的一段時間為t5t6bt2t3和t3t4時間段氨氣的體積分數(shù)相等ct1時刻改變的條件是降低溫度dt4t5時間內(nèi)平衡向正反應(yīng)方向移動解析：選b。由于t1t2，t4t5平衡均向逆反應(yīng)方向移動，氨氣體積分數(shù)最高的是t0t1，a、d項不正確；t3t4平衡沒有移動，b項正確；溫度降低，正、逆反應(yīng)速率均減慢，c項不正確。合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)：n2(g)3h2(g) 2nh3(g)，673 k、30 mpa下，n(nh3)和n(h2)隨時間變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是()a點a的正反應(yīng)速率比點b的小b點c處反應(yīng)達到平衡c點d(t1時刻)和點e(t2時刻)處n(n2)不一樣d其他條件不變，773 k下反應(yīng)至t1時刻，n(h2)比上圖中d點的值大解析：選d。a點的反應(yīng)物濃度大于b點，所以反應(yīng)速率a更快；c點的時候各種物質(zhì)的濃度仍在變化，并沒有達到平衡；而d、e兩點時達到平衡，濃度不再變化；升高溫度，平衡逆向移動，氫氣的濃度變大。反應(yīng)am(g)bn(g) cp(g)dq(g)達到平衡時，m的體積分數(shù)y(m)與反應(yīng)條件的關(guān)系如圖所示。其中：z表示反應(yīng)開始時n的物質(zhì)的量與m的物質(zhì)的量之比。下列說法正確的是()a同溫同壓同z時，加入催化劑，平衡時q的體積分數(shù)增加b同壓同z時，升高溫度，平衡時q的體積分數(shù)增加c同溫同z時，增加壓強，平衡時q的體積分數(shù)增加d同溫同壓時，增加z，平衡時q的體積分數(shù)增加解析：選b。本題考查了平衡移動原理的應(yīng)用。a項，加入催化劑只能改變反應(yīng)速率，不會使平衡移動；b項，由圖像(1)知，隨著溫度的升高，m的體積分數(shù)降低，說明正反應(yīng)吸熱，所以溫度升高，平衡正向移動，q的體積分數(shù)增加；c項，對比(1)(2)可以看出，相同溫度條件下，壓強增大，m的體積分數(shù)增大，所以正反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，增大壓強，q的體積分數(shù)減??；d項由c項可以判斷也不對。合成氨的溫度和壓強通?？刂圃诩s500 以及2050 mpa的范圍，當進入合成塔的n2和h2的體積比為13時，經(jīng)科學實驗測定，在相應(yīng)條件下n2和h2反應(yīng)所得氨的平衡濃度(體積分數(shù))如下表所示：20 mpa50 mpa500 19.1%42.2%而實際上從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%。請回答下列問題：(1)298 k下合成氨時，每生成1 mol氨氣，同時放出46.2 kj 的熱量，則該反應(yīng)的熱化學方程式為_。在該溫度下，取1 mol n2和3 mol h2放在一密閉容器中，在催化劑存在的條件下進行反應(yīng)，測得反應(yīng)放出的熱量總小于92.4 kj，其原因是_。(2)實際上從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分數(shù)小于理論值的根本原因是_。a表中所測數(shù)據(jù)有明顯誤差b生產(chǎn)條件控制不當c氨的分解速率大于預(yù)測值d合成塔中的反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)(3)若工業(yè)生產(chǎn)中n2和h2按投料比12.8的比例進入合成塔，那么轉(zhuǎn)化率較大的應(yīng)該是_，采用此投料比的原因是_，若從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分數(shù)仍為15%，則n2和h2的轉(zhuǎn)化率之比是_。解析：(1)根據(jù)題意，生成2 mol nh3所放出的熱量為46.2 kj292.4 kj，該反應(yīng)的熱化學方程式為n2(g)3h2(g) 2nh3(g)h92.4 kjmol1。由于合成氨的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，1 mol n2和3 mol h2反應(yīng)不可能完全轉(zhuǎn)化為nh3，所以放出的熱量總小于92.4 kj。(2)從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分數(shù)小于理論值，其根本原因是反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)。(3)若投料比為12.8，相當于增加了n2的用量，可以提高h2的轉(zhuǎn)化率。n2(g)3h2(g) 2nh3(g)起始量1 2.8 0變化量 x 3x 2x平衡量 1x 2.83x 2x根據(jù)題意：100%15