第四節化學反應的調控基礎鞏固1.合成氨工業中既能增大反應速率,又能提高氨的產率的方法是()。①減小壓強②增大壓強③升溫④降溫⑤及時從平衡混合氣中分離出NH3⑥分離出NH3后的N2、H2加壓后輸入合成塔⑦加催化劑A.①④⑤⑦ B.③⑤ C.②⑥ D.②③⑥⑦2.合成氨工業中有關催化劑的性質、作用的說法不正確的是()。A.合成氨反應若不使用催化劑,該反應就不能自發進行B.反應前后催化劑的質量和化學性質都不改變C.催化劑不能使化學平衡發生移動,但能縮短反應達到平衡所用的時間D.催化劑可以同等程度地改變正、逆反應速率3.一定溫度下,在恒壓容器a和恒容容器b中,分別充入體積比為1∶3的N2和H2。開始時體積相同,達到平衡時兩容器中N2的轉化率比較()。A.a大 B.b大C.a、b一樣大 D.無法判斷4.德國化學家哈伯因發明用氮氣和氫氣合成氨的方法而獲得1918年諾貝爾化學獎。下列所示是哈伯法的流程圖,其中為提高原料轉化率而采取的措施是()。A.①②③ B.②④⑤C.①③⑤ D.②③④5.某溫度下,對于反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1。N2的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是()。A.將1mol氮氣、3mol氫氣,置于1L密閉容器中發生反應,放出的熱量為92.4kJB.平衡狀態由M變為N時,平衡常數K(M)<K(N)C.上述反應在達到平衡后,增大壓強,H2的轉化率增大D.升高溫度,平衡常數K增大6.某條件下合成氨反應達平衡時氨的體積分數為25%,若反應前后條件保持不變,則反應后縮小的氣體體積與原反應物的體積之比是()。A.15 B.C.16 D.7.在反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0的平衡體系中,當恒溫恒壓條件下t1時刻分離出NH3時,下列說法正確的是()。A.t1時刻后的速率變化如圖所示B.t1時刻后達到新平衡前Q>KC.新平衡體系中NH3的含量增大D.N2的平衡轉化率增大8.下列說法中,能用勒夏特列原理解釋的是()。A.加入催化劑可以提高單位時間內氨的產量B.高壓有利于合成氨的反應C.500℃比室溫更有利于合成氨的反應D.恒溫恒容下,在合成氨平衡體系中充入He,使壓強增大,則平衡正向移動,NH3的產量增大9.合成氨工業對化學工業和國防工業具有重要意義,對我國實現農業現代化起著重要作用。根據已學知識回答下列問題。已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1(1)合成氨工業采取的下列措施不可用平衡移動原理解釋的是。

A.采用較高壓強(10MPa~30MPa)B.采用400~500℃的高溫C.用鐵觸媒作催化劑D.將生成的氨液化并及時從體系中分離出來(2)合成氨工業中采用了較高壓強(10MPa~30MPa),而沒有采用100MPa或者更大壓強,試解釋沒有這么做的理由:。

能力提升1.合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在400℃、30MPa下,n(NH3)和n(H2)隨時間變化的關系如圖所示。據圖推測下列敘述正確的是()。A.正反應速率:M>NB.點P處反應達到平衡C.點Q(t1時刻)和點R(t2時刻)處n(N2)不一樣D.其他條件不變時,500℃下反應至t1時刻,n(H2)比圖中Q點的n(H2)小2.在一定條件下,將N2和H2按體積比1∶3充入恒容密閉容器中發生反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,下列說法正確的是()。A.達到平衡時反應物和生成物濃度一定相等B.達到平衡后,其他條件不變再充入氨氣,新平衡時氨氣的體積分數比原平衡時大C.達到平衡時,升高溫度加快了吸熱反應的速率,降低了放熱反應的速率,所以平衡向逆反應方向移動D.加入催化劑可以縮短到達平衡的時間,這是因為增大了正反應的速率,而減小了逆反應的速率3.對于合成氨反應來說,使用催化劑和施以高壓,下列敘述中正確的是()。A.都能增大反應速率,都對化學平衡無影響B.都對化學平衡狀態有影響,都不影響達到平衡狀態所用的時間C.都能縮短達到平衡狀態所用的時間,只有增大壓強對化學平衡狀態有影響D.催化劑能縮短反應達到平衡狀態所用的時間,而增大壓強無此作用4.工業合成氨是在一定條件下進行的可逆反應:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),其部分工藝流程如下圖所示:回答下列問題。(1)第②步除需要催化劑這個條件外,還需要的條件是。

(2)第①步操作中的原料氣的“凈化”目的是,第③步操作的目的是。

(3)工業合成氨反應后可以通過降低混合氣體的溫度而使氨氣分離出來。這種分離物質的方法的原理類似于下列中的。

A.過濾 B.蒸餾C.分液 D.萃取你作出這個判斷的理由是

。

5.下表的實驗數據是在不同溫度和壓強下,平衡混合物中NH3含量(體積分數)的變化情況。[投料V(N2)∶V(H2)=1∶3]溫度氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4(1)比較200℃和300℃時的數據,可判斷升高溫度,平衡向(填“正反應”或“逆反應”)方向移動,正反應方向為(填“吸熱”或“放熱”)反應。

(2)根據平衡移動原理,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)500℃和30MPa時N2的轉化率為。

(4)實際工業生產氨時,考慮濃度對化學平衡的影響,及500℃對反應速率的影響,還采取了一些措施。請分別寫出其中的一個措施:。

參考答案基礎鞏固1.合成氨工業中既能增大反應速率,又能提高氨的產率的方法是()。①減小壓強②增大壓強③升溫④降溫⑤及時從平衡混合氣中分離出NH3⑥分離出NH3后的N2、H2加壓后輸入合成塔⑦加催化劑A.①④⑤⑦ B.③⑤ C.②⑥ D.②③⑥⑦答案:C解析:合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0的特點為可逆、放熱、氣體體積減小。要使平衡向正反應方向移動且反應速率增大,可以增大壓強或反應物濃度。2.合成氨工業中有關催化劑的性質、作用的說法不正確的是()。A.合成氨反應若不使用催化劑,該反應就不能自發進行B.反應前后催化劑的質量和化學性質都不改變C.催化劑不能使化學平衡發生移動,但能縮短反應達到平衡所用的時間D.催化劑可以同等程度地改變正、逆反應速率答案:A解析:催化劑可以增大化學反應速率,但不能改變化學反應的方向。3.一定溫度下,在恒壓容器a和恒容容器b中,分別充入體積比為1∶3的N2和H2。開始時體積相同,達到平衡時兩容器中N2的轉化率比較()。A.a大 B.b大C.a、b一樣大 D.無法判斷答案:A解析:先假設a容器開始時也保持容積不變,達到平衡時,容器a中N2的轉化率α(a)與容器b中N2的轉化率α(b)相等,即α(a)=α(b)。但達到平衡時,a容器的壓強比開始變小了。若要保持開始時的壓強,必須縮小容器a的容積,則平衡正向移動。因此再達平衡時,N2的轉化率α1(a)變大了。即α1(a)>α(a),則α1(a)>α(b)。4.德國化學家哈伯因發明用氮氣和氫氣合成氨的方法而獲得1918年諾貝爾化學獎。下列所示是哈伯法的流程圖,其中為提高原料轉化率而采取的措施是()。A.①②③ B.②④⑤C.①③⑤ D.②③④答案:B解析:②④⑤操作均有利于合成氨的化學平衡向右移動,提高轉化率。5.某溫度下,對于反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1。N2的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是()。A.將1mol氮氣、3mol氫氣,置于1L密閉容器中發生反應,放出的熱量為92.4kJB.平衡狀態由M變為N時,平衡常數K(M)<K(N)C.上述反應在達到平衡后,增大壓強,H2的轉化率增大D.升高溫度,平衡常數K增大答案:C解析:該反應為可逆反應,加入的1molN2和3molH2不可能完全反應生成NH3,所以反應放出的熱量小于92.4kJ,A項錯誤;從狀態M到狀態N,改變的是壓強,溫度未發生變化,所以平衡常數不變,B項錯誤;該反應是反應前后氣體分子數減小的反應,增大壓強平衡向正反應方向移動,H2的轉化率增大,C項正確;升高溫度,平衡逆向移動,K減小,D項錯誤。6.某條件下合成氨反應達平衡時氨的體積分數為25%,若反應前后條件保持不變,則反應后縮小的氣體體積與原反應物的體積之比是()。A.15 B.C.16 D.答案:A解析:設起始時H2為amol、N2為bmol,平衡時NH3為xmol,則3H2+N22NH3起始/mol a b 0平衡/mol a-3x2 b-x依題意可得:xa-化簡得:x解得:xa+b=15,即反應后減小的氣體的物質的量與原反應物的總物質的量之比為157.在反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0的平衡體系中,當恒溫恒壓條件下t1時刻分離出NH3時,下列說法正確的是()。A.t1時刻后的速率變化如圖所示B.t1時刻后達到新平衡前Q>KC.新平衡體系中NH3的含量增大D.N2的平衡轉化率增大答案:D解析:分離出NH3,使體系中NH3的含量減小,則達到新平衡前Q<K,v正>v逆,平衡向正反應方向移動,故N2的平衡轉化率增大。8.下列說法中,能用勒夏特列原理解釋的是()。A.加入催化劑可以提高單位時間內氨的產量B.高壓有利于合成氨的反應C.500℃比室溫更有利于合成氨的反應D.恒溫恒容下,在合成氨平衡體系中充入He,使壓強增大,則平衡正向移動,NH3的產量增大答案:B解析:A項,加入催化劑只能增大反應速率,縮短達到平衡的時間,不能使化學平衡發生移動。B項,合成氨是一個氣體體積減小的反應,所以增大壓強,使平衡正向移動,有利于合成氨,符合勒夏特列原理。C項,因為合成氨是一個放熱反應,所以從化學平衡角度分析,應采用較低溫度。500℃高溫較室溫不利于平衡向合成氨方向移動,但500℃左右催化劑活性最大,故500℃高溫比室溫更有利于合成氨的反應。D項,恒溫恒容下充入He,惰性氣體He不與N2、H2、NH3反應。雖然總壓強增大了,但實際上平衡體系中各組分濃度不變,所以平衡不移動,NH3的產量不變。9.合成氨工業對化學工業和國防工業具有重要意義,對我國實現農業現代化起著重要作用。根據已學知識回答下列問題。已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1(1)合成氨工業采取的下列措施不可用平衡移動原理解釋的是。

A.采用較高壓強(10MPa~30MPa)B.采用400~500℃的高溫C.用鐵觸媒作催化劑D.將生成的氨液化并及時從體系中分離出來(2)合成氨工業中采用了較高壓強(10MPa~30MPa),而沒有采用100MPa或者更大壓強,試解釋沒有這么做的理由:。

答案:(1)BC(2)采用更大壓強會要求使用承受更大壓強的設備,從而增加生產成本(其他合理答案也可)解析:(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反應后氣體體積減小,壓強增大,平衡正向移動;400~500℃高溫較室溫不利于平衡向合成氨方向移動;采用400~500℃既考慮到溫度對速率的影響,更主要的是500℃左右催化劑活性最大。催化劑只改變反應速率,不能使平衡發生移動;將氨液化并分離出來,減少體系中氨的濃度,平衡正向移動。(2)采用更大壓強,需要使用承受更大壓強的設備,增加了生產成本,降低了綜合經濟效益。能力提升1.合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在400℃、30MPa下,n(NH3)和n(H2)隨時間變化的關系如圖所示。據圖推測下列敘述正確的是()。A.正反應速率:M>NB.點P處反應達到平衡C.點Q(t1時刻)和點R(t2時刻)處n(N2)不一樣D.其他條件不變時,500℃下反應至t1時刻,n(H2)比圖中Q點的n(H2)小答案:A解析:由圖可以看出,N2與H2反應生成NH3,點M處比點N處的n(H2)大,點M處的正反應速率大,A項正確;P點處n(NH3)=n(H2),還沒有達到平衡,B項錯誤;t1時已經達到平衡,點Q(t1時刻)處和點R(t2時刻)處n(N2)相同,C項錯誤;500℃高于400℃,升溫,平衡逆向移動,t1時刻n(H2)在500℃時比在400℃時的大,D項錯誤。2.在一定條件下,將N2和H2按體積比1∶3充入恒容密閉容器中發生反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,下列說法正確的是()。A.達到平衡時反應物和生成物濃度一定相等B.達到平衡后,其他條件不變再充入氨氣,新平衡時氨氣的體積分數比原平衡時大C.達到平衡時,升高溫度加快了吸熱反應的速率,降低了放熱反應的速率,所以平衡向逆反應方向移動D.加入催化劑可以縮短到達平衡的時間,這是因為增大了正反應的速率,而減小了逆反應的速率答案:B解析:反應物和生成物濃度是否相等與反應是否達到平衡狀態無關,A項錯誤;升高溫度,不論放熱反應還是吸熱反應的反應速率都增大,C項錯誤;催化劑可以同等程度地改變正、逆反應的反應速率,D項錯誤;B項正確。3.對于合成氨反應來說,使用催化劑和施以高壓,下列敘述中正確的是()。A.都能增大反應速率,都對化學平衡無影響B.都對化學平衡狀態有影響,都不影響達到平衡狀態所用的時間C.都能縮短達到平衡狀態所用的時間,只有增大壓強對化學平衡狀態有影響D.催化劑能縮短反應達到平衡狀態所用的時間,而增大壓強無此作用答案:C解析:對化學反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g),催化劑只能增大反應速率使反應達到平衡狀態所用的時間縮短,不能使化學平衡發生移動。施以高壓能增大反應速率,使反應達到平衡狀態所用的時間縮短,也能使化學平衡向生成NH3的反應方向移動。4.工業合成氨是在一定條件下進行的可逆反應:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),其部分工藝流程如下圖所示:回答下列問題。(1)第②步除需要催化劑這個條件外,還需要的條件是。

(2)第①步操作中的原料氣的“凈化”目的是,第③步操作的目的是。

(3)工業合成氨反應后可以通過降低混合氣體的溫度而使氨氣分離出來。這種分離物質的方法的原理類似于下列中的。

A.過濾 B.蒸餾C.分液 D.萃取你作出這個判斷的理由是

。

答案:(1)400~500℃,10MPa~30MPa(2)防止催化劑“中毒”提高原料利用率(或提高經濟效益等)(3)B通過溫度的改變而改變物質的狀態,達到分離的目的解析:(1)工業上通常采用鐵觸媒、在400~500℃和10MPa~30MPa的條件下合成氨。(2)原料氣中往往含有使催化劑“中毒”的物質,所以在進行原料氣的反應前,需要除掉其中的雜質;工業合成氨反應后的混合氣體中既有氨氣,也有未反應的氫氣、氮氣,為了提高原料氣的利用率,將未反應的原料氣進行重新利用,這樣可以提高經濟效益。(3)降低溫度,氨變為液態,從而進行分離,所以跟工業上利用的蒸餾類似,都是通過改變溫度,使物質的狀態發生變化而分離。5.下表的實驗數據是在不同溫度和壓強下,平衡混合物中NH3含量(體積分數)的變化情況。[投料V(N2)∶V(H2)=1∶3]溫度氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292