2020高中化學(xué) 第2章第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨作業(yè)2 魯科版選修4

2020

第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨

知能演練輕松闖關(guān)[學(xué)生用書單獨成冊]

[基礎(chǔ)溫故]

1．對于合成氨的反應(yīng)來說，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，都對化學(xué)平衡狀態(tài)無影響

B．都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達到平衡狀態(tài)所用的時間

C．都能縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，只有壓強對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響

D．催化劑能縮短反應(yīng)達到平衡狀態(tài)所用的時間，而壓強無此作用

解析：選C。對于化學(xué)反應(yīng)N(g)＋3H(g)2NH(g)，催化劑只能降低反應(yīng)所需活化能，增大反應(yīng)速率

223

常數(shù)，提高反應(yīng)速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用時間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動。高壓能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達

到平衡狀態(tài)所用時間縮短，也能使化學(xué)平衡向生成NH的方向移動。

3

2．對于可逆反應(yīng)N(g)＋3H(g)2NH(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，下列說法中正確的是()

223

A．達到平衡后加入N，當(dāng)重新達到平衡時，NH的濃度比原平衡的小，H的濃度比原平衡的小

232

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NH的產(chǎn)率

3

C．達到平衡后縮小容器容積，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)速率增大了，而逆反應(yīng)速率減小了

解析：選C。達到平衡后，加入N，平衡將向正反應(yīng)方向移動，NH的濃度會增大，而H的濃度會減??；達到

232

平衡后，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，但平衡向逆反應(yīng)方向移動，不利于NH的生成；達到平衡后，縮小

3

容器容積即增大壓強，正、逆反應(yīng)速率都增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，有利于提高H的轉(zhuǎn)化率；加入催化劑，

2

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。

3．合成氨反應(yīng)N(g)＋3H(g)2NH(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，在反應(yīng)過程中，正反應(yīng)速率的變化

223

如圖所示：

下列說法正確的是()

A．t時升高了溫度B．t時使用了催化劑

12

C．t時增大了壓強D．t時降低了溫度

34

解析：選B。若t時升高了溫度，則平衡左移，v應(yīng)瞬間增大后逐漸增大至平衡，A錯；若t時增大了壓強，

1正3

則平衡右移，v應(yīng)瞬間增大后逐漸減小至平衡，但最終比原平衡大，C錯；若t時降低了溫度，v應(yīng)瞬間減小，

正4正

曲線不應(yīng)相連，D錯。

4．在一定條件下，合成氨反應(yīng)達到平衡后，混合氣體中NH的體積占25%，若反應(yīng)前后條件保持不變，則反

3

應(yīng)后縮小的氣體的體積與原反應(yīng)物體積的比值是()

A．1/5B．1/4

C．1/3D．1/2

解析：選A。設(shè)平衡后混合氣體的體積為100L，則NH的體積為25L，由N＋3H2NH知，反應(yīng)前后

3223

氣體體積差為2，則縮小的氣體體積為25L，反應(yīng)前的氣體體積為100L＋25L＝125L，則縮小的氣體體積與原

251

反應(yīng)物體積的比值是＝。

1255

5．可逆反應(yīng)3H(g)＋N(g)2NH(g)ΔH<0，達到平衡后，為了使H的轉(zhuǎn)化率增大，下列選項中采用

2232

的三種方法都正確的是()

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

解析：選D。本題要求增加合成氨反應(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。因合成氨是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，降低溫度平衡正向移動，選項A、C均不符合題意；加入

催化劑可加速反應(yīng)的進行，但對平衡移動無影響，選項B不符合題意；因合成氨的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，

所以增大壓強會使平衡向正反應(yīng)方向移動，增加反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度，會使平衡向正反應(yīng)方向移動，所

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以只有選項D是正確的。

6．合成氨反應(yīng)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))在不同溫度或不同壓強(p>p)下達到平衡時，混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)

12

a%隨溫度和壓強的變化曲線正確的是()

解析：選A。合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且是氣體體積減小的反應(yīng)。隨溫度升高，a%減?。浑S壓強增

大，a%增大，A選項圖像符合。

7．某密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：N(g)＋3H(g)2NH(g)ΔH<0。圖中表示該反應(yīng)的速率(v)隨時間(t)變

223

化的關(guān)系，t、t、t時刻外界條件有所改變，但都沒有改變各物質(zhì)的初始加入量。下列說法中正確的是()

235

A．t時加了催化劑

2

B．t時降低了溫度

3

C．t時增大了壓強

5

D．t～t時間內(nèi)N的轉(zhuǎn)化率最低

452

解析：選A。t～t時，Δv(正)＝Δv(逆)>0，化學(xué)平衡不移動，可知t時加入催化劑；t～t時，v(逆)、

23234

v(正)均減小，且Δv(正)>Δv(逆)，化學(xué)平衡逆移，可知t時壓強減小；t～t時，v(逆)、v(正)均增大，且

356

Δv(逆)>Δv(正)，化學(xué)平衡逆移，可知t時溫度升高；由化學(xué)平衡移動原理可知：t時N的轉(zhuǎn)化率最低。

562

8．已知：N(g)＋3H(g)2NH(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。在相同溫度下，相同容積的恒容容器中，

223

實驗測得起始、平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

起始時各物質(zhì)平衡時

達到平衡

容器的物質(zhì)的量/mol氨氣的

時體系能

編號體積

NHNH量的變化

223分?jǐn)?shù)

放出熱量

①130W

23.15kJ1

②0.92.70.2放出熱量QW

2

下列判斷正確的是()

A．W>W，Q<23.15kJ

12

B．W＝W，Q＝23.15kJ

12

C．W<W，Q>23.15kJ

12

D．W＝W，Q<23.15kJ

12

解析：選D。1、3、0的配比與0.9、2.7、0.2的配比的平衡狀態(tài)為等效平衡，則W＝W，但放出的熱量決定

12

于N和H實際消耗量，則23.15kJ>Q。

22

9．合成氨反應(yīng)：N(g)＋3H(g)2NH(g)ΔH<0，在某一時間段t～t中反應(yīng)速率與反應(yīng)過程的曲線

22306

如圖所示，試回答下列問題：

(1)合成氨反應(yīng)已達平衡狀態(tài)的時間段為

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________________________________________________________________________。

(2)t～t時間段是________(填改變條件，下同)使平衡向________(填“逆反應(yīng)”或“正反應(yīng)”，下同)方向

12

移動；t～t時間段是________使平衡向________方向移動。

45

(3)在此過程中，氨的百分含量最高的一段時間是________。

解析：(1)由圖可知，v＝v的狀態(tài)為平衡狀態(tài)，即t～t、t～t、t～t三個時間段為平衡狀態(tài)。(2)t～

正逆0124561

t時間段v、v都增大，且v增大的多，若是加壓，則v增大的多，由于正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)，故升溫，v

2正逆逆正

、v都增大，且v增大的多；t～t時間段，v′、v′都減小，且v′減小的多，依據(jù)反應(yīng)的特點，故改變

正逆逆45正逆正

的條件是降低壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動。(3)t～t時間段，除t～t、t～t、t～t三個時間段為平衡狀態(tài)

06012456

外，t～t、t～t時間段都是平衡向逆反應(yīng)方向移動的，故氨的百分含量是逐漸減小的，所以在t～t時間段中

124501

氨的百分含量最高。

答案：(1)t～t、t～t、t～t(2)升高溫度逆反應(yīng)降低壓強逆反應(yīng)(3)t～t

01245601

10．在密閉容器中，使1molN和3molH混合發(fā)生下列反應(yīng)：N(g)＋3H(g)2NH(g)ΔH<0。

22223

(1)當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，N和H的濃度之比為________。

22

(2)保持體積不變，升高溫度，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”)移動，氣體密度________(填

“變大”、“變小”或“不變”)。

(3)當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，保持溫度、體積不變，充入氬氣，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”)

移動。

(4)當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，保持溫度、壓強不變，充入氬氣，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”)

移動。

(5)當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，保持溫度、體積不變，充入氮氣，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”)

移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

解析：(1)以化學(xué)計量數(shù)之比通入反應(yīng)物時轉(zhuǎn)化率相等，故平衡時的N和H濃度之比為1∶3。(2)升溫平衡

22

逆向移動，但體積不變，質(zhì)量不變，故密度不變。(3)溫度、體積不變，充入氬氣，反應(yīng)體系濃度不變，平衡不

移動。(4)溫度、壓強不變，充入氬氣，體積增大，反應(yīng)體系的壓強減小，平衡逆向移動。(5)溫度、體積不變，

充入氮氣，平衡正向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大。

答案：(1)1∶3(2)逆向不變(3)不(4)逆向

(5)正向增大

[能力提升]

11．在容積固定的密閉容器中存在反應(yīng)N(g)＋3H(g)2NH(g)ΔH<0。某研究性學(xué)習(xí)小組研究了其他

223

條件不變時，改變某一條件對上述反應(yīng)的影響，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出下列關(guān)系圖：

下列判斷正確的是()

A．圖Ⅲ研究的是不同催化劑對反應(yīng)的影響，且乙使用的催化劑效率較低

B．圖Ⅱ研究的是溫度對反應(yīng)的影響，且乙的溫度較高

C．圖Ⅱ研究的是壓強對反應(yīng)的影響，且甲的壓強較高

D．圖Ⅰ研究的是不同催化劑對反應(yīng)的影響，且乙使用的催化劑效率較高

解析：選A。圖Ⅰ中反應(yīng)速率為乙>甲，平衡時NH百分含量為乙>甲，條件應(yīng)為增大壓強；圖Ⅱ中反應(yīng)速率為

3

甲>乙，平衡時H轉(zhuǎn)化率為乙>甲，故應(yīng)是改變溫度且甲溫度高；圖Ⅲ中反應(yīng)速率為甲>乙，平衡時n(混)相同，故

2

甲使用了效率較高的催化劑。

12．在密閉容器內(nèi)，N、H起始的物質(zhì)的量分別為10mol、30mol，達到平衡時N的轉(zhuǎn)化率為25%。若從NH

2223

開始反應(yīng)，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NH的物質(zhì)的量及NH的轉(zhuǎn)化率為

33

()

A．15mol和25%B．20mol和50%

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C．20mol和75%D．40mol和80%

解析：選C。以N、H開始反應(yīng)時，N為10mol，H為30mol，要以NH開始反應(yīng)，并且平衡時各成分百分

22223

含量與前者相同，則NH的物質(zhì)的量必須是20mol，故A和D是錯誤的。設(shè)以NH開始反應(yīng)時，氨轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的

33

15mol

量為x，那么有20mol－x＝2×10mol×25%，x＝15mol，故氨的轉(zhuǎn)化率為×100%＝75%。

20mol

13．一定溫度下，向密閉容器中充入1.0molN和3.0molH，反應(yīng)達到平衡時，測得NH的物質(zhì)的量為0.6

223

mol。若該容器中開始時N的物質(zhì)的量為2.0mol，H為6.0mol，則平衡時NH的物質(zhì)的量為()

223

A．若為定容容器，n(NH)＝1.2mol

3

B．若為定容容器，n(NH)<1.2mol

3

C．若為定壓容器，n(NH)＝1.2mol

3

D．若為定壓容器，n(NH)>1.2mol

3

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(NH)＝1.2mol，再縮小容積至跟前者的相同，此時平衡正移，n(NH)增大，即n(NH)>1.2

333

mol。

14．氨是一種重要的化工原料，氨的合成與應(yīng)用是當(dāng)今重要研究內(nèi)容之一。不同溫度、壓強下，合成氨平衡

體系中NH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)見下表(N和H起始物質(zhì)的量之比為1∶3)。

322

壓強/MPa

氨的含量/%0.110203060100

溫度/℃

20015.381.586.489.995.498.8

3002.252.064.271.084.292.6

4000.425.138.247.065.279.8

5000.110.619.126.442.257.5

6000.054.59.113.823.131.4

回答下列有關(guān)問題：

(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(yīng)方向為________(填

“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

(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)計算500℃、30MPa時N的轉(zhuǎn)化率為________。

2

(4)實際工業(yè)生產(chǎn)合成氨時，考慮濃度對化學(xué)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)比較200℃和300℃時的數(shù)據(jù)知，隨著溫度升高，氨的含量有所下降，說明平衡向逆反應(yīng)方向移

動。由升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，得正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；(2)由平衡移動原理知，

低溫高壓有利于反應(yīng)向生成氨的方向進行；(3)500℃、30MPa時平衡混合物中氨的百分含量為26.4%，根據(jù)題中

已知可把起始的N設(shè)為xmol，H設(shè)為3xmol，N轉(zhuǎn)化的量為ymol，利用“列三段式法”計算，即可得N的轉(zhuǎn)

2222

化率。

答案：(1)逆反應(yīng)放熱(2)C(3)41.77%(4)加入過量的N(或及時從平衡體系中分離出NH)

23

15．恒溫下，將amolN與bmolH的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)N(g)＋

222

3H(g)2NH(g)。

23

(1)若反應(yīng)進行到某時刻t時，n(N)＝13mol，n(NH)＝6mol，則a的值為________。

23

(2)反應(yīng)達到平衡時，混合氣體的體積為716.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，其中NH的含量(體積分?jǐn)?shù))為25%。則平衡

3

時NH的物質(zhì)的量為________。

3

(3)原混合氣體與平衡時混合