化学反应条件的优化——工业合成氨
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)
1.(2020·顺义区高二检测)1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是 ( )
A.①②③ B.②④⑤ C.①③⑤ D.②③④ 【解析】选B。合成氨反应为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0,加压、降温、减小NH3的浓度
均有利于平衡向正反应方向移动,②④正确;将原料气循环利用也可提高原料的转化率,⑤正确。
2.(2020·黄山高二检测)将N2和H2的混合气体通入合成塔中,反应1小时达到平衡以后,N2、H2、NH3的浓度分别为3 mol·L、7 mol·L、4 mol·L,则下列结果不正确的是 ( ) A.v(H2)始=7 mol·L·h B.c0(H2)=13 mol·L C.c0(N2)=5 mol·L D.H2的转化率为46.2 %
【解析】选A。由题知,起始NH3浓度为0,达到平衡后为4 mol·L,说明转化了4 mol·L,则由化学计量数关系知N2消耗了2 mol·L,H2消耗了6 mol·L,所以c0(H2)=13 mol·L,c0(N2)=5
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mol·L,H2的转化率为46.2 %。
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×100 %≈
3.(2020·泰安高二检测)在合成氨工业中,为增加NH3的日产量,实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是 A.不断将氨分离出来 B.使用催化剂
C.采用700 K左右的高温而不是900 K的高温
( )
D.采用2×10～5×10 Pa的压强
【解析】选B。把氨分离出来是减小生成物浓度,有利于平衡右移;合成氨反应是放热反应,相对较低温度(700 K)利于反应向右进行,同时该反应是气体物质的量减小的反应,尽可能采取高压利于正反应的进行,A、C、D都符合平衡移动原理,而使用催化剂仅是为增大反应速率,与平衡无关。
4.对于合成氨的反应来说,使用催化剂或施加高压,下列叙述中正确的是
( )
A.都能提高反应速率,都对化学平衡状态无影响
B.都对化学平衡状态有影响,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,只有压强对化学平衡状态有影响 D.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而压强无此作用 【解析】选C。对于化学反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),催化剂只能降低反应所需活化能,增大
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反应速率,缩短达到平衡状态所用时间,不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率,使反应达到平衡状态所用时间缩短,也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。
5.(2020·哈尔滨高二检测)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) ΔH<0。欲提高CO的利用率,可采用的方法是 ( )
①降低温度 ②增大压强 ③使用催化剂 ④增大CO的浓度 ⑤增大水蒸气的浓度 A.①②③ B.④⑤
C.①⑤
D.⑤
【解析】选C。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,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。 【补偿训练】
(2020·苏州高二检测)对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)示意图相符的是 ( ) 选项 研究 A B C D 2NH3(g) ΔH<0,下列研究结果和
压强对反应温度对反应的影平衡体系增加N2对反应的影催化剂对反应的影结果 图示 的影响 响 响 响 【解析】选C。A项,由于p1条件先达到平衡,故p1>p2,由p1→p2,减小压强,化学平衡左移,NH3的体积分数应降低,错误;B项,由于此反应ΔH<0,故升温平衡左移,N2的转化率降低,错误;C项,增大N2的量,会使正反应速率增大,使化学平衡右移,正确;D项,使用催化剂,能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,错误。
6.(2020·青岛高二检测)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0,673 K、30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间的变化关
世纪金榜导学号 (
)
系如图所示。下列说法正确的是
A.c点处反应达到平衡
B.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同
C.其他条件不变,773 K下反应至t1时刻,n(H2)比图中的d点的值要大 D.a点的正反应速率比b点的小
【解析】选C。A项,c点是氢气和氨气物质的量相等的点,该点以后,氢气的量还在减少,氨气的量还在增加,故c点没有达到平衡,错误;B项,t1和t2两个时刻反应均处于平衡状态,体系中各物质的物质的量不再变化,故d、e两点氮气的物质的量相等,错误;C项,773 K>673 K,工业合成氨为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,氢气的物质的量增大,正确;D项,反应达到平衡前,a点反应物浓度大于b点,因此a点的正反应速率比b点的大,错误。 7.某温度下,对于反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·mol。N2的平衡转化率(α)
-1
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 92.2 kJ
B.平衡状态由A变为B时,平衡常数K(A) 【解析】选C。该反应为可逆反应,加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3,所以反应放出的热量小于92.2 kJ,A项错误;从状态A到状态B,改变的是压强,温度未发生变化,所以平衡常数不变,B项错误;该反应是反应前后气体分子数减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,C项正确;升高温度,平衡逆向移动,K减小,D项错误。 【补偿训练】 (2020·宜昌高二检测)合成氨反应(正反应为放热反应)在不同温度或不同压强(p1>p2)下达到平衡时,混合气体中氨的体积分数a %随温度和压强的变化曲线正确的是 ( ) 【解析】选A。合成氨反应的正反应是放热反应,且是气体体积减小的反应。随温度升高,a %减小;随压强增大,a %增大,A选项图象符合。 8.(2020·郑州高二检测)在密闭容器内,N2、H2起始的物质的量分别为10 mol、30 mol,达到平衡时N2的转化率为25 %。若从NH3开始,在相同条件下欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同,则应加入NH3的物质的量及NH3的转化率为 ( ) A.15 mol和25 % C.20 mol和75 % B.20 mol和50 % D.40 mol和50 % 【解析】选C。以N2、H2为起始时,N2为10 mol,H2为30 mol,要以NH3开始反应,并且平衡时百分含量与前者相同,取NH3的量必须是20 mol。设以NH3开始反应时,氨转化的物质的量为x, 那么有20 mol-x=2×10 mol×25%,x=15 mol,氨的转化率:【补偿训练】 ×100 %=75 %。 1.(2020·济南高二检测)在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合气体中NH3的体积占25%,若反应前后条件保持不变,则反应后缩小的气体的体积与原反应物体积的比值是 ( ) A.1/5 B.1/4 C.1/3 D.1/2 【解析】选A。设平衡后混合气体的体积为100 L,则NH3的体积为25 L,由N2+3H2 2NH3知, 反应前后气体体积差为2,则缩小的气体体积为25 L,反应前的气体体积为100 L+25 L=125 L, 则缩小的气体体积与原反应物体积的比值是=。 2.(2020·肇庆高二检测)一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中的硫的回收:SO2(g)+2CO(g) 2CO2(g)+S(l) ΔH<0。一定温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中1 mol SO2和n mol CO发生反应,5 min后达到平衡,生成2a mol CO2。下列说法正确的是 ( ) -1 -1 A.反应前2 min的平均速率v(SO2)=0.1a mol·L·min B.当混合气体的物质的量不再改变时,反应达到平衡状态 C.平衡后保持其他条件不变,从容器中分离出部分硫,平衡向正反应方向移动 D.平衡后保持其他条件不变,升高温度或加入催化剂,SO2的转化率均增大 【解析】选B。根据方程式可知,生成2a mol CO2的同时,消耗a mol SO2,其浓度是0.5a mol·L,所以反应前5 min的平均速率v(SO2)=0.5a mol·L÷5 min= 0.1a mol·L·min,故前2 min的平均速率大于0.1a mol·L·min,A不正确;根据方程式可知,该反应是反应前后气体的物质的量减小的可逆反应,因此当混合气体的物质的量不再改变时,可以说明反应达到平衡状态,B正确;S是液体,改变液体的质量,平衡不移动,C不正确;该反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,SO2的转化率降低,催化剂不能改变平衡状态,转化率不变,D不正确。 -1 -1 -1 -1 -1 -1
新教材高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化__工业合成氨练习含解析鲁科版必修1
