高中化學(xué)同步課時(shí)分層作業(yè)13化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨魯科版選修4

PAGEPAGE4課時(shí)分層作業(yè)(十三)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨(建議用時(shí)：45分鐘)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]1．在合成氨反應(yīng)中使用催化劑和施加高壓，下列敘述中正確的是()A．都能提高反應(yīng)速率，都對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響B(tài)．都對(duì)化學(xué)平衡有影響，但都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C．都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有施加高壓對(duì)化學(xué)平衡有影響D．使用催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，而施加高壓無(wú)此效果C[對(duì)于反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，使用催化劑只能提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。施加高壓既能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng)。故答案為C。]2．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法正確的是()A．N2的量越多，H2的轉(zhuǎn)化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B．恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成C．工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵增加的放熱反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進(jìn)行D．工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵減小的放熱反應(yīng)，在常溫時(shí)可自發(fā)進(jìn)行D[A項(xiàng)，投料比為n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8時(shí)，更有利于NH3的合成；B項(xiàng)，恒容條件下，充入稀有氣體對(duì)平衡無(wú)影響；C、D項(xiàng)，ΔH－TΔS＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，而合成氨反應(yīng)的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常溫條件下該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。]3．可逆反應(yīng)3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)ΔH＜0，達(dá)到平衡后，為了使H2的轉(zhuǎn)化率增大，下列選項(xiàng)中采用的三種方法都正確的是()A．升高溫度，減小壓強(qiáng)，增加氮?dú)釨．降低溫度，增大壓強(qiáng)，加入催化劑C．升高溫度，增大壓強(qiáng)，增加氮?dú)釪．降低溫度，增大壓強(qiáng)，分離出部分氨D[本題要求增大合成氨反應(yīng)中氫氣的轉(zhuǎn)化率，即在不增加氫氣的情況下改變條件，使平衡正向移動(dòng)。因合成氨是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，降低溫度平衡正向移動(dòng)，故A、C項(xiàng)錯(cuò)誤；加入催化劑可加快反應(yīng)速率，但對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，B項(xiàng)錯(cuò)誤；因合成氨的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)會(huì)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，增加反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度會(huì)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，D項(xiàng)正確。]4．在某恒容密閉容器內(nèi)，N2、H2的起始物質(zhì)的量分別為10mol、30mol，達(dá)到平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為25%。若從NH3開始反應(yīng)，在相同條件下欲使平衡時(shí)各組分的百分含量相同，則應(yīng)加入的NH3的物質(zhì)的量及NH3的轉(zhuǎn)化率為()A．15mol,25% B．20mol,50%C．20mol,75% D．40mol,80%C[從N2、H2開始反應(yīng)時(shí)，N2為10mol，H2為30mol，若從NH3開始反應(yīng)，并且平衡時(shí)各組分的百分含量與前者相同，則NH3的物質(zhì)的量必須是20mol，故A、D項(xiàng)錯(cuò)誤。設(shè)從NH3開始反應(yīng)時(shí)，NH3轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，則有20mol－x＝2×10mol×25%，解得x＝15mol，故NH3的轉(zhuǎn)化率為eq\f(15mol,20mol)×100%＝75%。]5．在合成氨工業(yè)中，要使氨的產(chǎn)率增大，同時(shí)又能提高化學(xué)反應(yīng)速率，可采取的措施有()①增大容器體積使壓強(qiáng)減?、跍p小容器體積使壓強(qiáng)增大③升高溫度④降低溫度⑤恒溫恒容，再充入等量的N2和H2⑥恒溫恒壓，再充入等量的N2和H2⑦及時(shí)分離產(chǎn)生的NH3⑧使用催化劑A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧C．②⑤ D．①②③⑤⑧C[從反應(yīng)速率的角度分析，①④⑦均使化學(xué)反應(yīng)速率降低，②③⑤⑧均使化學(xué)反應(yīng)速率升高，⑥不影響化學(xué)反應(yīng)速率。從平衡移動(dòng)的角度分析，②⑤使化學(xué)平衡向右移動(dòng)，使氨的產(chǎn)率增大，⑧不影響化學(xué)平衡，③使化學(xué)平衡向左移動(dòng)。]6．合成氨反應(yīng)通?？刂圃?0～50MPa的壓強(qiáng)和500℃左右的溫度，且進(jìn)入合成塔的氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比為1∶3，經(jīng)科學(xué)測(cè)定，在相應(yīng)條件下氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)所得氨的平衡濃度(體積分?jǐn)?shù))如表所示：壓強(qiáng)20MPa60MPa500℃19.142.2而實(shí)際從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%，這表明()A．表中所測(cè)數(shù)據(jù)有明顯誤差B．生產(chǎn)條件控制不當(dāng)C．氨的分解速率大于預(yù)測(cè)值D．合成塔中的反應(yīng)并未達(dá)到平衡D[表中數(shù)據(jù)為通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)所得，不可能有明顯誤差；合成氨連續(xù)操作，不可能對(duì)生產(chǎn)條件控制不當(dāng)；平衡濃度問題與速率的大小沒有直接關(guān)系，因此答案選D。這說明合成氨工業(yè)考慮單位時(shí)間的產(chǎn)量問題，并未讓合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡，因?yàn)樽尫磻?yīng)達(dá)到平衡需要一定的時(shí)間，時(shí)間太長(zhǎng)得不償失。]7．某溫度下，發(fā)生反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，N2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()______________________________________________________________________________________________________________________。(3)吸收CO后的醋酸銅氨溶液經(jīng)過適當(dāng)處理又可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用。醋酸銅氨溶液再生的生產(chǎn)適宜條件應(yīng)是________。[解析]分析吸收CO反應(yīng)的特點(diǎn)：正反應(yīng)是氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，對(duì)于這樣一個(gè)可逆反應(yīng)，用化學(xué)平衡原理及有關(guān)合成氨適宜條件的選擇知識(shí)即可作答。[答案](1)防止合成塔中的催化劑中毒(2)低溫、高壓(3)高溫、低壓[能力提升練]12．對(duì)于反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密閉容器中加入一定量的N2和H2，達(dá)到平衡時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)為p1，迅速縮小容器體積使混合氣體的壓強(qiáng)變?yōu)閜2，一段時(shí)間后達(dá)到新的平衡，此時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)為p3，則p1、p2、p3的大小關(guān)系是()A．p2＞p1＞p3 B．p2＞p3＞p1C．p2＞p1＞p3 D．p2＞p1＝p3B[根據(jù)勒·夏特列原理，改變某一外界條件時(shí)，平衡只能向減弱這種改變的方向移動(dòng)。]13．一定條件下，將10.0molH2和1.0molN2充入恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并達(dá)到平衡狀態(tài)，則H2的轉(zhuǎn)化率可能是()A．15% B．30%C．35% D．75%A[對(duì)可逆反應(yīng)而言，任何一種物質(zhì)都不能完全轉(zhuǎn)化；利用“極限法”，假設(shè)N2完全轉(zhuǎn)化，則消耗的H2的物質(zhì)的量為n(H2)＝3n(N2)＝3.0mol，但事實(shí)上，N2是不可能完全轉(zhuǎn)化的，因而消耗的H2的物質(zhì)的量一定小于3.0mol，故H2的轉(zhuǎn)化率α(H2)＜eq\f(3.0mol,10.0mol)×100%＝30%。綜上所述，本題選A。]14．一定溫度下，在恒壓容器a和恒容容器b中，分別充入等量的體積比為1∶3的N2和H2。開始時(shí)兩容器的體積相同，則達(dá)到平衡時(shí)兩容器中N2的轉(zhuǎn)化率()A．a(chǎn)中大 B．b中大C．a(chǎn)、b中一樣大 D．無(wú)法判斷A[由題給信息可知，容器a中的反應(yīng)與容器b中的反應(yīng)相比，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，則平衡正向移動(dòng)，因此平衡時(shí)容器a中N2的轉(zhuǎn)化率大于容器b中N2的轉(zhuǎn)化率。]15．相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個(gè)恒容容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2，分別進(jìn)行合成氨反應(yīng)。下列敘述中錯(cuò)誤的是()A．化學(xué)反應(yīng)速率：乙＞甲B．平衡后N2的濃度：乙＞甲C．H2的平衡轉(zhuǎn)化率：乙＞甲D．平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)：乙＞甲D[因?yàn)橐胰萜髦械脑贤度肓空檬羌椎?倍，故A項(xiàng)正確。假設(shè)開始時(shí)乙容器的體積也是甲的2倍(如圖所示)，則此時(shí)甲、乙兩容器中達(dá)到的平衡是等效平衡。再將乙容器的體積壓縮至與甲相等(如圖中丙)，則在此過程中化學(xué)平衡要向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即N2、H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，它們?cè)谄胶饣旌蠚怏w中的體積分?jǐn)?shù)減小，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。此時(shí)，丙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3濃度大，但丙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，而丙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，B項(xiàng)正確。]16．一密封體系中發(fā)生反應(yīng)：N2＋3H22NH3(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))下圖為某一時(shí)間段反應(yīng)速率與反應(yīng)進(jìn)程的曲線關(guān)系圖：回答下列問題：(1)處于平衡狀態(tài)的時(shí)間段是________。(2)t1、t3、t4時(shí)刻，體系中分別是什么條件發(fā)生了變化？________、________、________。(3)下列時(shí)間段中，氨的百分含量最高的是________。A．0～t1 B．t2～t3C．t3～t4 D．t5～t6[解析]本題主要是學(xué)會(huì)看圖，圖表達(dá)的是速率與時(shí)間的關(guān)系，只要速率不隨時(shí)間變化而變化，說明在這條件下反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡了。所以處于平衡狀態(tài)的時(shí)間段是0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6。從圖中可得t1時(shí)刻正、逆反應(yīng)速率都增大，而且v(逆)＞