魯科選修4化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨同步測試

1、第2章 第4節(jié)(45分鐘100分)(本欄目內(nèi)容，在學生用書中以活頁形式分冊裝訂！)一、選擇題(本題包括10小題，每小題5分，共50分)1合成氨反應的特點是()可逆不可逆正反應放熱正反應吸熱正反應氣體總體積增大正反應氣體總體積縮小A BC D答案：C2合成氨工業(yè)上采用了循環(huán)操作，主要原因是()A加快反應速率 B提高NH3的平衡濃度C降低NH3的沸點 D提高N2和H2的利用率解析：合成氨是可逆反應，在中壓工藝條件下合成氨廠出口氣中的氨含量一般為13%14%，循環(huán)使用可提高N2和H2的利用率。答案：D3(2010上海高考)1913年德國化學家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當時日益

2、增長的人口對糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是()A BC D解析：合成氨反應為N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，加壓、降溫、減小NH3的濃度均有利于平衡向正反應方向移動，、正確；將原料氣循環(huán)利用也可提高原料的轉(zhuǎn)化率，正確。答案：B4下列有關(guān)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，其中氨氣只占13%14%，所以生產(chǎn)氨的工廠效率都很低B由于氨易液化，N2(g)、H2(g)是循環(huán)使用的，總體來講氨的產(chǎn)率比較高C合成氨反應溫度控制在500 左右，目的是使化學平衡向正反應方向移動D合成氨采用的壓強是21075107Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活

3、性最大解析：雖然從合成塔出來的混合氣體中氨氣只占13%14%，但由于氮氣、氫氣是循環(huán)使用的，總體來講氨的產(chǎn)率比較高；合成氨是放熱反應，選擇高溫不利于氨氣的合成，選擇500 左右的溫度在于提高化學反應速率和增大催化劑的活性；催化劑的活性取決于溫度的大小，而不是取決于壓強的高低。答案：B5(2011汕頭高二質(zhì)檢)合成氨反應達到平衡時NH3的體積分數(shù)與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖分析合成氨工業(yè)最有前途的研究方向是()A提高分離技術(shù)B研制耐高壓的合成塔C研制低溫催化劑D探索不用N2和H2合成氨的新途徑解析：由圖可知：(NH3)隨著溫度的升高而顯著下降，故要提高(NH3)必須降低溫度，但目前所用催

4、化劑鐵觸媒活性最好時的溫度在700 K左右。故最有前途的研究方向為研制低溫催化劑。答案：C6高溫下，某反應達平衡，平衡常數(shù)K。恒容時，溫度升高，H2濃度減小。下列說法正確的是()A該反應的焓變?yōu)檎礏恒溫恒容下，增大壓強，H2濃度一定減小C升高溫度，逆反應速率減小D該反應化學方程式為COH2OCO2H2解析：由平衡常數(shù)表達式寫出可逆反應為CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，D項錯誤；由于升高溫度，H2濃度減小，說明升溫平衡向正反應方向進行，因此正反應是吸熱的，焓變?yōu)檎担珹項正確；由于反應前后氣體體積相等，增大壓強平衡不移動，但若通入H2其濃度會增大，B項錯誤；升高溫度，正逆反應速率

5、都會增大，C項錯誤。答案：A7工業(yè)合成氨的正反應是放熱反應，下列關(guān)于N2(g)3H2(g)2NH3(g)反應的圖象中，錯誤的是()解析：合成氨的正反應是放熱反應，升溫、正、逆反應速率都增大，但逆反應增大的程度大，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，C錯誤；增大壓強，平衡向右移動，NH3%增大，D正確。答案：C8(2011寧波高二質(zhì)檢)有平衡體系：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0，為了增加甲醇(CH3OH)的產(chǎn)量，應采用的正確措施是()A高溫、高壓 B適宜溫度、高壓、催化劑C低溫、低壓 D高溫、高壓、催化劑解析：要增加甲醇的產(chǎn)量，需要

6、從兩方面考慮：一提高反應速率，可采取較高的溫度，較大的壓強，使用催化劑；二增大反應限度，低溫、高壓，有利于該可逆反應的平衡右移，所以可采取適宜溫度、高壓、催化劑。答案：B9(2011福州高二質(zhì)檢)合成氨反應：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1，在反應過程中，正反應速率的變化如圖：下列說法正確的是()At1時升高了溫度 Bt2時使用了催化劑Ct3時增大了壓強 Dt4時降低了溫度解析：若t1時升高了溫度，則隨后v正應增大至平衡，A錯；若t3增大了壓強，v正應增大，而不會減小，故C錯；若t4時降低了溫度，則v正應突然減小，曲線不應相連，D錯。答案：B10在密閉容器內(nèi)，N2、

7、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相同，則應加入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80%解析：以N2、H2為起始時，N2為10 mol，H2為30 mol，要以NH3開始反應，并且平衡時百分含量與前者相同，取NH3的量必須是20 mol，故A和D是錯誤的。設以NH3開始反應時，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%。答案：C二、非選擇題(

8、本題包括4小題，共50分)11(12分)工業(yè)上合成氨是在一定條件下進行如下反應：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.44 kJmol1，其部分工藝流程如圖所示：反應體系中各組分的部分性質(zhì)見下表氣體氮氣氫氣氨熔點/210.01252.7777.74沸點/195.79259.2333.42回答下列問題：(1)寫出該反應的化學平衡常數(shù)表達式：K_ _。隨著溫度升高，K值_(填“增大”、“減小”或“不變”)。(2)K值越大，表明_(填字母)。A其他條件相同時N2的轉(zhuǎn)化率越高B其他條件相同時NH3的產(chǎn)率越大C原料中N2的含量越高D化學反應速率越快(3)在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程，即反應后通過把混

9、合氣體的溫度降低到_使_分離出來；繼續(xù)循環(huán)的氣體是_。解析：(1)由化學方程式N2(g)3H2(g)2NH3(g)不難寫出：K，此反應H0，說明正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，即向左移動，NH3減小，N2和H2增大，故K減小。(2)K值越大，說明NH3越大，N2和H2就越小，說明反應進行的程度大，故其他條件相同時N2的轉(zhuǎn)化率就越高，NH3的產(chǎn)率就越大。(3)根據(jù)氣體的熔、沸點可知，氨氣容易液化，使其分離可使平衡正向移動，剩余N2和H2循環(huán)使用，以提高產(chǎn)率。答案：(1)減小(2)AB(3)33.42 氨N2和H212(12分)下表的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度和壓強下，平衡混合物中NH3

10、含量的變化情況。達到平衡時平衡混合物中NH3的含量(體積分數(shù))入料V(N2)V(H2)130.110203060100200 15.381.586.489.995.498.8300 2.252.064.271.084.292.6400 0.425.138.247.065.279.8500 0.110.619.126.442.257.5600 0.054.59.113.823.131.4(1)比較200 和300 時的數(shù)據(jù)，可判斷升高溫度，平衡向_方向移動，正反應方向為_(填“吸熱”或“放熱”)反應。(2)根據(jù)平衡移動原理，合成氨適宜的條件是_。A高溫高壓 B高溫低壓C低溫高壓 D低溫低壓(3)

11、計算500 ，30 MPa時N2的轉(zhuǎn)化率_。(4)實際工業(yè)生產(chǎn)合成氨時，考慮濃度對化學平衡的影響，還采取了一些措施。請寫出其中的一個措施：_。解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可以看出，在1個標準大氣壓下，200 NH3的百分含量比300 中NH3的百分含量高，故知升高溫度平衡向左(或逆向)移動，進而據(jù)平衡移動原理判斷出正反應方向為放熱反應。(2)由表中數(shù)據(jù)知，在相同壓強下，溫度越高，NH3的百分含量越低；相同溫度時，壓強越大，NH3的百分含量越高，故合成氨適宜條件是低溫高壓。(3) N2 3H2 2NH3起始13 0轉(zhuǎn)化n3n 2n平衡1n 33n 2n100%26.4%n0.417 7故N2的轉(zhuǎn)化率為

12、100%41.77%。答案：(1)左(或逆反應)放熱(2)C(3)41.77%(4)加入過量的N2(或及時從平衡混合物中移走NH3)13(12分)(2011南通高二質(zhì)檢)對于2XY(g)的體系，在壓強一定時，平衡體系中Y的質(zhì)量分數(shù)w(Y)隨溫度的變化情況如右圖所示(實線上的任何一點為對應溫度下的平衡狀態(tài)。)(1)該反應的正反應方向是一個_反應(填“吸熱”或“放熱”)。(2)A、B、C、D、E各狀態(tài)中，v(正)v(逆)的是_。(3)維持t1不變，EA所需時間為x，維持t2不變，DC所需時間為y，則x_y(填“”或“”)。(4)欲要求使E狀態(tài)從水平方向到C狀態(tài)后，再沿平衡曲線到達A狀態(tài)，從理論上來

13、講，可選用的條件是_。解析：由圖可知，隨著溫度的升高，w(Y)逐漸減少，說明平衡逆向移動，則正反應方向是放熱反應。A、B、C、D、E中A、B、C在平衡曲線上，則A、B、C都處于各自的平衡狀態(tài)中，D、E兩點不在平衡曲線上，即它們沒有達到化學平衡，因為E狀態(tài)的w(Y)比該溫度下平衡時的小，所以平衡正向移動，v(正)v(逆)，D狀態(tài)的w(Y)比該溫度下的平衡狀態(tài)時的大，平衡逆向移動，此時v(逆)v(正)。D、E要達到各自溫度下的平衡狀態(tài)所轉(zhuǎn)化的Y的物質(zhì)的量，因為D處的溫度比E處的溫度高，D處反應速率快，所以D處達到平衡所需時間短。EC，要滿足w(Y)不變，溫度升高，只有采取突然升溫，CA的變化符合平

14、衡曲線，意味著要經(jīng)過無數(shù)個溫度下的平衡狀態(tài)的點后，C才能到達A，所以只有采取無限緩慢地降溫。答案：(1)放熱(2)D(3)(4)先突然升溫到t2，然后無限緩慢地降低溫度到t114(16分)(2011深圳高二質(zhì)檢)科學家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。(1)目前合成氨技術(shù)原理為：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1673 K,30 MPa下，上述合成氨反應中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的正反應速率比點b的大B點c處反應達到平衡C點d和點e處的n(N2)相同D773 K,30 MPa下，t2時刻也是該反應的平衡點，則n(N

15、H3)比圖中e點的值大在容積為2.0 L恒容的密閉容器中充入0.80 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反應在673 K、30 MPa下進行，達到平衡時，NH3的體積分數(shù)為20%。該條件下反應N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常數(shù)K_。(2)根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生下列反應：N2(g)3H2O(l)2NH3(g)O2(g)Ha kJmol1進一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，常壓下達到平衡時測得部分實驗數(shù)據(jù)如下表：T/K303313323NH3生成量/(106 mol)4.85.96.0:此合成反應