高中化學第2章化學反應的方向、限度與速率第4節(jié)化學反應條件的優(yōu)化學業(yè)分層測評魯科版選修4

PAGEPAGE4內(nèi)部文件，版權追溯內(nèi)部文件，版權追溯化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨(建議用時：45分鐘)1．合成氨反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應。合成氨工業(yè)的生產(chǎn)流程如下：關于合成氨工業(yè)的說法中不正確的是()A．混合氣進行循環(huán)利用遵循綠色化學的思想B．合成氨反應須在低溫下進行C．對原料氣進行壓縮是為了增大原料氣的轉(zhuǎn)化率D．使用催化劑可以提高反應的速率，但是不能使平衡向正反應方向移動【解析】低溫雖然有利于平衡正向移動，但低溫會導致反應速率降低，不利于提高生產(chǎn)效率，答案選B?！敬鸢浮緽2．在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列措施與平衡移動無關的是()A．不斷將氨分離出來B．使用催化劑C．采用700K左右的高溫而不是900K的高溫D．采用2×107～5×107Pa的壓強【解析】把氨分離出來是減小生成物濃度，有利于平衡右移；合成氨反應是放熱反應，相對較低溫度(700K)利于反應向右進行，同時該反應是氣體物質(zhì)的量減小的反應，盡可能采取高壓利于正反應，A、C、D都符合平衡移動原理，而使用催化劑僅是為增大反應速率，與平衡無關。【答案】B3．合成氨所需的氫氣可用煤和水作原料經(jīng)多步反應制得，其中的一步反應為：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＜0反應達到平衡后，為提高CO的轉(zhuǎn)化率，下列措施中正確的是()A．增加壓強 B．降低溫度C．增大CO的濃度 D．更換催化劑【解析】選項A，該反應為反應前后氣體分子數(shù)相等的反應，壓強對CO的轉(zhuǎn)化率無影響；選項B，該反應為放熱反應，降低溫度有利于化學平衡向右移動，提高CO的轉(zhuǎn)化率；增大CO的濃度會降低CO的轉(zhuǎn)化率；選項D，更換催化劑不能使化學平衡發(fā)生移動?！敬鸢浮緽4．有關合成氨工業(yè)的說法中，正確的是()A．從合成塔出來的混合氣體，其中NH3只占15%，所以生產(chǎn)氨的工廠的效率都很低B．由于氨易液化，N2、H2在實際生產(chǎn)中是循環(huán)使用，所以總體來說氨的產(chǎn)率較高C．合成氨工業(yè)的反應溫度控制在700K左右，目的是使化學平衡向正反應方向移動D．合成氨廠采用的壓強是2×107Pa～5×107Pa，因為該壓強下鐵的活性最大【解析】合成氨的反應在適宜的生產(chǎn)條件下達到平衡時，原料的轉(zhuǎn)化率并不高，但生成的NH3分離出后，再將未反應的N2、H2循環(huán)利用，這樣處理后，可使氨的產(chǎn)率較高，A錯誤，B正確；合成氨工業(yè)選擇700K左右的溫度，主要從反應速率和催化劑活性兩方面考慮，合成氨的反應是放熱反應，低溫才有利于平衡向正反應方向移動，C錯誤；不論從反應速率還是化學平衡考慮，高壓更有利于合成氨，但壓強太大，對設備、動力的要求更高，因此選擇20MPa～50MPa，D錯誤。【答案】B5．對于可逆反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應為放熱反應)，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，是因為正反應速率增大了，而逆反應速率減小了【解析】達到平衡后，加入N2，平衡將向正反應方向移動，達到新平衡后，NH3的濃度會增大，而N2的濃度不會減小；達到平衡后，升高溫度，正、逆反應速率都增大，但平衡向逆反應方向移動，不利于NH3的生成；達到平衡后，縮小容器體積即增大壓強，正、逆反應速率都增大，平衡向正反應方向移動，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、逆反應速率，縮短反應達到平衡的時間?！敬鸢浮緾6．接觸法制硫酸工藝中，其主要反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0，在450℃并有催化劑存在條件下建立平衡，為使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的是()A．及時分離出SO3氣體 B．選擇高效的催化劑C．適當升高溫度 D．增大O2的濃度【解析】增大O2的濃度可加速反應的進行，并使平衡向正反應方向移動?！窘馕觥?1)催化劑能降低反應的活化能；(2)反應向右進行，說明Q<K；(3)該反應正向為放熱反應，低溫有利于平衡正向移動，450℃時反應正向進行的程度大，即450℃對應的平衡常數(shù)K大；(4)高溫使化學平衡逆向移動，H2轉(zhuǎn)化率降低，a不合理；催化劑對平衡無影響，b不合理；增加N2的濃度可以提高H2的轉(zhuǎn)化率，c可以；d降低H2的轉(zhuǎn)化率；分離出NH3，有利于平衡右移，e可以。【答案】(1)降低催化劑能降低反應的活化能(2)eq\f([NH3]2,[N2][H2]3)＜(3)＞(4)ce11．在2L密閉容器中，合成氨反應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，則正反應是________熱反應。(2)反應進程中：0～2s內(nèi)N2的物質(zhì)的量由2mol變?yōu)?mol，則v(H2)＝________________。(3)能說明該反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是________。A．c(N2)＝c(H2)＝c(NH3)B．容器內(nèi)壓強保持不變C．v(N2)＝3v(H2)D．容器內(nèi)的密度保持不變(4)可使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的措施是________。A．及時分離出NH3氣體 B．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℃時的濃度，說明溫度升高，平衡向逆反應方向移動，則正反應是放熱反應。(2)v(H2)＝3v(N2)＝eq\f(3×2mol－1mol,2L×2s)＝0.75mol·L－1·s－1。(3)A項中濃度相等，但不一定達到平衡，只有濃度不再改變時，表示達到了平衡；該反應是反應前后氣體體積不相等的反應，體積固定，故壓強不變，表示該反應已達平衡；C項中未指明是正反應速率還是逆反應速率，故不能表示該反應已達平衡；D項中體積固定，質(zhì)量不變，密度不變，故不能表示該反應已達平衡。(4)及時分離出NH3，減少生成物，反應速率將減小，A不符合題意；適當升高溫度，平衡向逆反應方向移動，B不符合題意；增大壓強，反應速率增大，平衡向正反應方向移動，C符合題意；催化劑只改變反應速率，不影響平衡移動，D不符合題意?！敬鸢浮?1)放(2)0.75mol·L－1·s－1(3)B(4)C12．一定溫度下，在2L的密閉容器中發(fā)生如下反應：A(s)＋2B(g)xC(g)ΔH<0，B、C的物質(zhì)的量隨時間變化的關系如甲圖所示，達到平衡后在t1、t2、t3、t4時都只改變了一種條件，逆反應速率隨時間變化的關系如乙圖所示。甲乙下列有關說法正確的是()A．x＝2，反應開始2min內(nèi)，v(B)＝0.1mol·L－1·min－1B．t1時降溫，平衡逆向移動C．t2時增大c(C)，平衡時B的物質(zhì)的量分數(shù)增大D．t3時可能是減小壓強，平衡不移動；t4時可能是使用催化劑，c(B)不變【解析】從甲圖分析，B、C在相同時間內(nèi)濃度的變化量相等，則它們的系數(shù)是相等的，即x＝2，v(B)＝eq\f(0.3mol－0.1mol,2L·2min)＝0.05mol·L－1·min－1，A項錯。ΔH<0，正反應為放熱反應，降溫平衡正向移動，B項錯。增大c(C)，可看成是在容器上方的虛擬容器中加入C，當達到平衡時，再壓入容器中，平衡不移動，則B的物質(zhì)的量分數(shù)不變，故C項錯。從乙圖分析，其中t3和t4條件的改變，平衡不移動，則只可能是催化劑和等體積變化中的壓強改變，所以D項正確?！敬鸢浮緿13．對于可逆反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，下列研究目的和示意圖相符的是()ABCD研究目的壓強對反應的影響(p2>p1)溫度對反應的影響平衡體系增加N2對反應的影響催化劑對反應的影響圖示【解析】A項，p1達平衡時間短，所以p1>p2，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，向平衡體系中加氮氣，反應速率加快，平衡正向移動，符合；D項，催化劑能縮短反應達到平衡時間，不符合?！敬鸢浮緾14．Ⅰ.CO可用于合成甲醇，反應方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關系如圖所示。該反應ΔH______(填“>”或“<”)0。實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×104kPa左右，選擇此壓強的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.在其他條件相同時，反應H3BO3＋3CH3OHB(OCH3)3＋3H2O中，H3BO3的轉(zhuǎn)化率(α)在不同溫度下隨反應時間(t)的變化如圖所示，由此圖可得出：(1)溫度對該反應的反應速率和平衡移動的影響是________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)該反應ΔH________(填“<”或“>”)0?！窘馕觥竣?從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率變小，故ΔH<0，綜合溫度、壓強對CO轉(zhuǎn)化率的影響來看，在題給壓強下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，但對設備和材料的要求越高，需要的動力越大，會增加投資和