2025高考化學(xué)專(zhuān)項(xiàng)2.4《化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨》同步練習(xí)題（選擇性必修1）含答案

2025高考化學(xué)專(zhuān)項(xiàng)2.4《化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨》同步練習(xí)題（選擇性必修1）第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨一、必備基礎(chǔ)知識(shí)1.德國(guó)化學(xué)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(dāng)時(shí)日益增長(zhǎng)的人口對(duì)糧食的需求。下列是哈伯法合成氨的流程圖,其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是()A.①②③ B.②④⑤C.①③⑤ D.②③④2.合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對(duì)于密閉容器中的反應(yīng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g),673K,30MPa下,n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是()A.點(diǎn)a的正反應(yīng)速率比點(diǎn)b的小B.點(diǎn)c處反應(yīng)達(dá)到平衡C.點(diǎn)d(t1時(shí)刻)和點(diǎn)e(t2時(shí)刻)處n(N2)不一樣D.其他條件不變,773K條件下反應(yīng)至t1時(shí)刻,n(H2)比圖中d點(diǎn)的值大3.對(duì)于合成氨工業(yè),只從提高原料轉(zhuǎn)化率看,下列條件中選擇最適宜的組合是()①高溫②低溫③低壓④高壓⑤催化劑⑥加氨⑦分離出氨A.②④⑤ B.②④⑦C.①④⑤ D.②③⑥4.合成氨反應(yīng)通?？刂圃?0MPa~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))如下表所示:溫度壓強(qiáng)20MPa60MPa500℃19.1%42.2%而實(shí)際從合成塔出來(lái)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5.將氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w通入合成塔中,反應(yīng)1小時(shí)達(dá)到平衡以后,N2、H2、NH3的濃度分別為3mol·L-1、7mol·L-1、4mol·L-1,則下列結(jié)果不正確的是()A.從開(kāi)始到平衡時(shí)v(H2)=7mol·L-1·h-1B.c始(H2)=13mol·L-1C.c始(N2)=5mol·L-1D.H2的平衡轉(zhuǎn)化率為46.2%6.(2023河北邯鄲魏縣五中高二期中)平衡移動(dòng)原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有許多重要應(yīng)用,下列事實(shí)能用勒·夏特列原理解釋的是()A.2HI(g)H2(g)+I2(g),加壓,體系顏色變深B.已知反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,高溫比低溫更有利于NH3的生成C.工業(yè)上用SO2合成SO3,增加氧氣的量可提高SO2的利用率D.工業(yè)上合成氨,使用鐵觸媒可提高NH3日產(chǎn)量7.已知合成氨反應(yīng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1,在反應(yīng)過(guò)程中,正反應(yīng)速率的變化如圖:下列說(shuō)法正確的是()A.t1時(shí)升高了溫度B.t2時(shí)使用了催化劑C.t3時(shí)增大了壓強(qiáng)D.t4時(shí)降低了溫度8.在一定溫度和壓強(qiáng)下,在密閉容器中充入H2、N2、NH3,開(kāi)始時(shí)其物質(zhì)的量之比為3∶1∶1,反應(yīng)達(dá)平衡后,H2、N2、NH3的物質(zhì)的量之比為9∶3∶4,則此時(shí)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為()A.10% B.20%C.15% D.30%9.在一定溫度下,在恒壓容器a和恒容容器b中,分別充入體積比1∶3的N2和H2。開(kāi)始時(shí)體積相同,達(dá)到平衡時(shí)兩容器中N2的轉(zhuǎn)化率比較()A.a大 B.b大C.a、b一樣大 D.無(wú)法判斷10.N2和H2生成NH3的反應(yīng)為12N2(g)+32H2(g)NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1化學(xué)吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*表面反應(yīng):N*+H*NH*;NH*+H*NH2*;NH2*+H*N脫附:NH3*NH3其中,N2吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢,決定了合成氨的整體反應(yīng)速率。請(qǐng)回答:(1)利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有(填字母)。A.低溫 B.高溫C.低壓 D.高壓E.催化劑(2)實(shí)際生產(chǎn)中,常用Fe作催化劑,控制溫度773K,壓強(qiáng)3.0×107Pa,原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為1∶2.8。分析說(shuō)明原料氣中N2過(guò)量的兩個(gè)理由:______________、

_____________。(3)關(guān)于合成氨工藝的下列理解,正確的是________(填字母)。A.合成氨反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零B.當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí),在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體,有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率C.基于NH3有較強(qiáng)的分子間作用力可將其液化,不斷將液氨移去,有利于反應(yīng)正向進(jìn)行D.分離空氣可得N2,通過(guò)天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化可得H2,原料氣須經(jīng)過(guò)凈化處理,以防止催化劑“中毒”二、關(guān)鍵能力提升以下選擇題有1~2個(gè)選項(xiàng)符合題意。11.在密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng):N2+3H22NH3ΔH<0,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),其他條件不變,若壓縮容器容積使其變?yōu)樵瓉?lái)的一半,則下列說(shuō)法中正確的是()A.平衡不移動(dòng)B.平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)C.平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)D.NH3的百分含量增加12.合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),NH3的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)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13.合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)。合成氨工業(yè)的生產(chǎn)流程如下:關(guān)于合成氨工業(yè)的說(shuō)法中不正確的是()A.混合氣體進(jìn)行循環(huán)利用遵循綠色化學(xué)思想B.合成氨反應(yīng)須在低溫下進(jìn)行C.對(duì)原料氣進(jìn)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(yīng)的速率,但是不能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)14.對(duì)于可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng)),下列說(shuō)法中正確的是()A.達(dá)到平衡后,加入N2,當(dāng)重新達(dá)到平衡時(shí),NH3的濃度比原平衡的大,N2的濃度比原平衡的小B.達(dá)到平衡后,升高溫度,既加快了正、逆反應(yīng)速率,又提高了NH3的產(chǎn)率C.達(dá)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(dá)到平衡的時(shí)間,是因?yàn)榇呋瘎└淖兎磻?yīng)途徑,降低反應(yīng)的活化能15.下列是關(guān)于N2+3H22NH3的反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系圖像,縱坐標(biāo)為反應(yīng)速率v,橫坐標(biāo)為時(shí)間t。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后,條件發(fā)生改變與速率變化的關(guān)系不符合實(shí)際的是()16.電催化N2還原制NH3的一種反應(yīng)機(jī)理如圖所示(H的來(lái)源省略),其中吸附在催化劑表面的物種用*表示,下列說(shuō)法不正確的是()A.N2生成NH3是通過(guò)多步還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的B.兩個(gè)氮原子上的加氫過(guò)程同時(shí)進(jìn)行C.析氫反應(yīng)(H*+H*H2)會(huì)影響NH3的生成D.NH3的及時(shí)脫附有利于提高催化劑活性17.合成氨工業(yè)對(duì)化學(xué)工業(yè)和國(guó)防工業(yè)具有重要意義,對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化也起著重要作用。根據(jù)已學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題[已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1]:(1)合成氨工業(yè)采取的下列措施不可用平衡移動(dòng)原理解釋的是________(填序號(hào))。A.采用較高壓強(qiáng)(20MPa~50MPa)B.采用500℃的高溫C.用鐵觸媒作催化劑D.將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來(lái)(2)合成氨工業(yè)中采用了較高壓強(qiáng)(20MPa~50MPa),而沒(méi)有采用100MPa或者更大壓強(qiáng),試解釋沒(méi)有這么做的理由________________________。(3)在容積均為2L(容器體積不可變)的甲、乙兩個(gè)容器中,分別加入2molN2、6molH2和1molN2、3molH2,在相同溫度、催化劑下使其反應(yīng)。最終達(dá)到平衡后,兩容器N2轉(zhuǎn)化率分別為α甲、α乙,則甲容器中平衡常數(shù)為_(kāi)_______(用含α甲的代數(shù)式表示),此時(shí)α甲________(填“>”“<”或“=”)α乙。18.合成氨工藝是人工固氮最重要的途徑。N2和H2生成NH3的反應(yīng)為:12N2(g)+32H2(g)NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1,標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ=p平(NH3)pθ[p平(N2)pθ]0.5[p平(H2)pθ]1(1)N2和H2起始物質(zhì)的量之比為1∶3,反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行,NH3的平衡產(chǎn)率為w,則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ=(用含w的最簡(jiǎn)式表示)。(2)下圖中可以示意標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ隨溫度(T)變化趨勢(shì)的是。參考答案一、必備基礎(chǔ)知識(shí)1.B解析合成氨反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,加壓、降溫、減小NH3的濃度均有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),②④符合題意;將原料氣循環(huán)利用也可提高原料的轉(zhuǎn)化率,⑤符合題意。2.D解析a點(diǎn)的反應(yīng)物濃度大于b點(diǎn),所以反應(yīng)速率a更快;c點(diǎn)之后各種物質(zhì)的濃度仍在變化,并沒(méi)有達(dá)到平衡;而d、e兩點(diǎn)時(shí)達(dá)到平衡,濃度不再變化;升高溫度,平衡逆向移動(dòng),氫氣的濃度變大。3.B解析合成氨反應(yīng)為N2+3H22NH3ΔH<0,因而可知降低溫度有利于反應(yīng)向生成氨氣的方向進(jìn)行;從氣體各物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)來(lái)看,加壓有利于反應(yīng)向生成氨氣的方向進(jìn)行;加催化劑只會(huì)改變速率卻無(wú)法改變轉(zhuǎn)化率;及時(shí)分離反應(yīng)產(chǎn)物也有利于反應(yīng)向生成氨氣的方向進(jìn)行。故綜上所述②④⑦符合題意。4.D解析表中數(shù)據(jù)為通過(guò)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(wèn)題與速率的大小沒(méi)有直接關(guān)系,因此D項(xiàng)符合題意。這說(shuō)明合成氨工業(yè)考慮單位時(shí)間的產(chǎn)量問(wèn)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。5.A解析由題知,起始NH3濃度為0,達(dá)到平衡后NH3的濃度為4mol·L-1,說(shuō)明轉(zhuǎn)化了4mol·L-1,則由化學(xué)方程式中化學(xué)式前面的系數(shù)關(guān)系知N2消耗了2mol·L-1,H2消耗了6mol·L-1,所以v(H2)=6mol·L-1·h-1,c始(H2)=13mol·L-1,c始(N2)=5mol·L-1,H2的平衡轉(zhuǎn)化率為6mol·L-113mol·6.C解析對(duì)于氣體分子數(shù)不變的反應(yīng),加壓時(shí)平衡不移動(dòng),體系顏色變深是有色氣體濃度增大造成的,不能用勒·夏特列原理解釋,A項(xiàng)不符合題意;合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),故高溫不利于NH3的生成,不能用勒·夏特列原理解釋,B項(xiàng)不符合題意;對(duì)于反應(yīng)2SO2+O22SO3,增加氧氣的量,平衡正向移動(dòng),可提高SO2的利用率,可以用勒·夏特列原理解釋,C項(xiàng)符合題意;使用鐵觸媒作催化劑,可以加快反應(yīng)速率,但平衡不移動(dòng),不能用勒·夏特列原理解釋,D項(xiàng)不符合題意。7.B解析若t1時(shí)升高了溫度,則隨后v(正)應(yīng)增大至平衡,A錯(cuò)誤;若t3時(shí)增大了壓強(qiáng),v(正)應(yīng)增大,而不會(huì)減小,故C錯(cuò)誤;若t4時(shí)降低了溫度,則v(正)應(yīng)突然減小,曲線不應(yīng)相連,D錯(cuò)誤。8.A9.A解析先假設(shè)a容器開(kāi)始時(shí)也保持容積不變,則達(dá)到平衡時(shí)容器a中N2的轉(zhuǎn)化率與容器b中N2的轉(zhuǎn)化率相等,但達(dá)到平衡時(shí),a容器的壓強(qiáng)比開(kāi)始變小了。由于容器a恒壓,若要保持開(kāi)始時(shí)的壓強(qiáng),必然要縮小容器a的容積,則平衡會(huì)正向移動(dòng)。因此再次達(dá)平衡時(shí),N2的轉(zhuǎn)化率會(huì)增大。10.答案(1)AD(2)原料氣中N2相對(duì)易得,適度過(guò)量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率N2的吸附分解是決定反應(yīng)速率的步驟,適度過(guò)量有利于提高整體反應(yīng)速率(3)ACD解析(1)12N2(g)+32H2(g)NH3ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1是氣體體積減小的放熱反應(yīng),低溫有利于平衡正向移動(dòng),提高NH3的平衡產(chǎn)率,A正確、B錯(cuò)誤;降低壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng),不利于提高NH3的平衡產(chǎn)率,C錯(cuò)誤、D正確;催化劑只改變反應(yīng)速率,不改變化學(xué)平衡,不能提高NH3的平衡產(chǎn)率,E錯(cuò)誤。(3)12N2(g)+32H2(g)NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1是氣體體積減小的放熱反應(yīng),該反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零,A正確;NH3易液化,不斷將液氨移去,有利于反應(yīng)正向移動(dòng),C正確;合成氨的反應(yīng)在合成塔中發(fā)生,原料氣中的N2是從空氣中分離得到的,原料氣須經(jīng)過(guò)凈化處理,以防止催化劑“中毒”二、關(guān)鍵能力提升11.BD解析壓縮容器容積使其變?yōu)樵瓉?lái)的一半,則平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng),故平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),使NH3的百分含量增加。12.C解析由題圖可知,NH3的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而顯著下降,故要提高NH3的體積分?jǐn)?shù),必須降低溫度,但目前所用催化劑鐵觸媒的活性最高時(shí)的溫度較高,故最有前途的研究方向?yàn)檠兄频蜏卮呋瘎?3.B解析低溫雖然有利于平衡正向移動(dòng),但低溫會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率降低,不利于提高生產(chǎn)效率,B項(xiàng)錯(cuò)誤。14.CD解析達(dá)到平衡后,加入N2,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),達(dá)到新平衡后,NH3的濃度會(huì)增大,而N2的濃度比原平衡的大,A項(xiàng)錯(cuò)誤;達(dá)到平衡后,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(dòng),不利于NH3的生成,B項(xiàng)錯(cuò)誤;達(dá)到平衡后,縮小容器容積即增大壓強(qiáng),正、逆反應(yīng)速率都增大,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率,C項(xiàng)正確;加入催化劑,改變了反應(yīng)途徑,降低了反應(yīng)的活化能,從而縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,D項(xiàng)正確。15.A解析合成氨反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng),所以加壓和降溫有利于化學(xué)平衡向著生成氨氣的方向移動(dòng)。達(dá)到化學(xué)平衡后,若升高溫度,化學(xué)平衡左移,實(shí)際上此時(shí)是逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率,所以A項(xiàng)錯(cuò)誤;如果給體系加壓,體系中所有物質(zhì)的濃度都增大,所以正、逆反應(yīng)速率都增大,但正反應(yīng)速率增大的幅度大于逆反應(yīng)速率增大的幅度,所以B項(xiàng)正確;使用催化劑不會(huì)使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng),只能改變化學(xué)反應(yīng)速率,所以C項(xiàng)正確;補(bǔ)充N(xiāo)2和H2,則平衡體系中反應(yīng)物的濃度增大,所以正反應(yīng)速率增大,分離出NH3,反應(yīng)產(chǎn)物的濃度減小,所以逆反應(yīng)速率減小,所以D項(xiàng)正確。16.B解析由圖可知,N2生成NH3是通過(guò)N2→*N2→*NNH……NH3多步還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的,故A不符合題意;由圖可知,加氫過(guò)程是分步進(jìn)行的(*N2→*NNH→*NHNH),故B符合題意;析氫反應(yīng)(H*+H*H2)會(huì)導(dǎo)致生成