高二鲁科版化学选修4练习册：2.3.4化学反应条件的优化——工业合成氨

第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
1．反应N2＋3H2⇌2NH3 ΔH ＝－92 kJ/mol ，决定该反应速率大小的最主要因素是( )
A ．温度
B ．N2、H2的性质
C ．压强
D ．催化剂
2．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500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温
D ．采用2×107～5×107Pa 的压强
3．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是( )
A ．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率
B ．高压比常压条件更有利于合成氨的反应
C ．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D ．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
4．(双选)对于密闭容器中发生的可逆反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)，下列说法表示反应已达平衡的是( )
A ．单位时间内断裂1 mol N≡N 键，同时断裂6 mol N —H 键
B ．每生成1 mol N2，同时生成13 mol H2
C ．v(H2)正＝3v(N2)逆
D ．v(H2) ＝32v(NH3)
5．保持温度、压强不变，合成氨反应达到平衡状态时，进行如下操作，平衡不发生移动的是( )
A ．恒温恒压时，充入NH3
B ．恒温恒容时，充入N2
C ．恒温恒压时，充入He
D ．恒温恒容时，充入He
6．反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH<0，在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如图2－4－1，则氨的百分含量最高的一段时间是( )
图2－4－1
A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t6
7．在某合成氨厂合成氨的反应中，测得合成塔入口处气体N2、H2、NH3的体积比为6∶18∶1，出口处气体N2、H2、NH3的体积比为9∶27∶8，则氮气的转化率为()
A．5%B．50%
C．25% D．20%
8．在一定条件下，2NH3⇌3H2＋N2达到平衡时，NH3的转化率为50%，此时平衡混合气的密度与NH3未分解时的密度之比为()
A．1∶1 B．2∶3 C．3∶2 D．2∶1
9．某温度下，对于反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)ΔH＝－92.4 kJ/mol。

N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图2－4－2所示。

下列说法正确的是()
图2－4－2
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92.4 kJ
B．平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)<K(B)
C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大
D．升高温度，平衡常数K增大
10．将8 mol H2和2 mol N2充入2 L密闭容器中，在一定条件下进行合成氨反应，4 min后反应达到平衡，测得容器中还有5.6 mol H2。

下列计算结果错误的是()
A．v(H2)＝0.3 mol·L－1·min－1
B．H2的转化率为25%
C．NH3的物质的量浓度为0.8 mol·L－1
D．NH3的体积分数为19.05%
11．已知反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)ΔH＜0，向某体积恒定的密闭容器中按体积比1∶3充入N2和H2，在一定条件下发生反应。

图2－4－3是某物理量(y)随时间t变化的示意图，y可以是()
图2－4－3
A．N2的转化率
B．混合气体的密度
C．密闭容器的压强
D．H2的体积分数
12．(双选)在一定条件下，可逆反应N2＋3H22NH3
ΔH＜0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是()
A．加入催化剂，v正、v逆都发生变化，且变化的倍数相等
B．加压，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数
C．降温，v正、v逆都减小，且v正减少的倍数大于v逆减少的倍数
D．加入氩气，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数
13．温度、催化剂不变，向某一固定体积的密闭容器内按下列各组物质的量加入H2、N2、NH3，反应达平衡时，氨气浓度最大的一组是()
14.(双选)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)，在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图2－4－4所示。

据图推测下列叙述正确的是()
图2－4－4
A．点a的正反应速率比点b的大
B．点c处反应达到平衡
C．点d(t1时刻) 和点e (t2时刻) 处n(N2)不一样
D．其他条件不变时，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比上图中d点的值大
15．在2 L密闭容器中，充入1 mol N2 和3 mol H2, 在一定的条件下反应，2 分钟后达到平衡
状态。

相同温度下，测得平衡时混合气体的压强比反应前混合气体的压强减小了1
10，请据此填写下列空白：
(1) 平衡时混合气体中三种气体的物质的量比为__________；
(2) N2 的转化率为__________；
(3)2分钟内，NH3 的平均反应速率为__________。

16．在一定温度下，向容积不变的容器中加入2 mol N2、8 mol H2及固体催化剂，使之反应。

已知：N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)；ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。

平衡时，容器内气体压强为起始时的80%。

(1)反应达到平衡时，放出的热量()
A．小于92.2 kJ
B．等于92.2 kJ
C．大于92.2 kJ
(2)保持同一温度，在相同的容器中，若起始时加入2 mol NH3、1 mol H2及固体催化剂，反应达到平衡时NH3的体积分数()
A．等于0.25B．大于0.25C．小于0.25
(3)保持同一温度，在相同的容器中，起始通入一定物质的量N2、H2、NH3，欲使平衡时NH3的体积分数一定等于0.25。

且起始时向正反应方向进行，则充入N2的物质的量a mol的取值范围是
__________。

17．恒温下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器内，发生如下反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)。

(1)若反应到某时刻t时，n(N2)＝13 mol 、n(NH3)＝6 mol，求a的值；
(2)反应到达平衡时，混合气体体积为716.8 L(标况)，其中NH3的含量(体积分数)为25%，计算平衡时NH3的物质的量；
(3)混合气体中a∶b＝__________；
(4)平衡混合气体中n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)＝______________。

第4节化学反应条件的优化——工业合成氨
1．B[解析] 决定反应速率的最主要的因素是反应物自身的性质，B项正确。

2．B[解析] 使用催化剂不影响化学的平衡，B项正确。

3.B[解析] 催化剂只能改变反应途径，不能影响平衡的移动，A不符合题意；高压有利于合成氨反应的平衡右移，B符合题意；采用高温会使合成氨反应的平衡左移，但此温度下催化剂的活性较高，C不符合题意；循环操作与平衡移动没有直接关系，D不符合题意。

4．AC[解析] 化学平衡的本质就是正反应速率等于逆反应速率且不为0。

故凡能直接或间接体现正反应速率等于逆反应速率的说法均可作为判断可逆反应达到平衡的标志。

A中每断裂1 mol N≡N 键，即消耗1 mol N2，每断裂6 mol N－H键，即消耗2 mol NH3，同时必生成1 mol N2，即单位时间内消耗N2和生成N2的物质的量相同，也就是说正反应速率等于逆反应速率，故反应已达平衡，A项正确，同理可得C项正确，B、D项错误。

5．D[解析] A项，恒温恒压时充入NH3，体系的体积增大，c(产物)增大，c(反应物)减小，平衡向左移动。

B项，恒温恒容时充入N2，使c(N2)增大，平衡向右移动。

C项，恒温恒压时，充入He，体系的体积增大，原平衡体系的分压减小，平衡向左移动。

D项，恒温恒容时充入He, v正、v逆不变，仍相等，平衡不移动。

6．A[解析] 此题主要考查影响化学反应速率的因素及化学平衡的移动，t1～t2段，相当于在t0～t1基础上，升高了温度，平衡向左移动，使NH3百分含量减少。

t3～t4段，只是使用了催化剂，使正、逆反应速率同等程度地增加，平衡并未移动，NH3的百分含量不变，故只能选A。

7．C[解析] 设起始时N2、H2、NH3的物质的量分别为6x、18x、x，平衡时可设为9、27、8。

则：N2＋3H2 ===2NH3
起始物质的量/mol 6x 18x x
转化物质的量/mol 6x－9 18x －27 8－x
平衡物质的量/mol 9 27 8
根据转化的物质的量之比等于化学计量数之比得(6x －9)︰ (8－x)＝1︰2，故x ＝2。

氮气的转化率为(6x －9)÷6x ＝0.25，即25%。

8．B [解析] 2NH3 ⇌ 3H2 ＋ N2
起始量 x 0 0
转化量 50%x 0.75x 0.25x
平衡量 0.5x 0.75x 0.25x
反应前后均为气体，故总质量不变，密度ρ＝m V ，而气体的体积又与气体的物质的量成正比，故反
应后与反应前密度之比等于物质的量的反比，即为ρ后ρ前＝x 0.5x ＋0.75x ＋0.25x
＝2︰3。

9．C [解析] 因为该反应为可逆反应，加入1 mol N2、3 mol H2，两者不可能完全反应生成NH3，所以放出的热量小于92.4 kJ ，A 错；从状态A 到状态B 的过程中，改变的是压强，温度没有改变，所以平衡常数不变，B 错；因为该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C 对；升高温度，平衡逆向移动，K 值减小，D 错。

10．B [解析] Δn(H2)＝8 mol －5.6 mol ＝2.4 mol ，v(H2)＝2.4 mol ÷2 L ÷4 min ＝0.3 mol·L －1·min －1，H2的转化率为2.4 mol ÷8 mol ×100%＝30%。

11．A
12．CD [解析] 催化剂只是增大或减小反应速率，即v 正、v 逆都发生变化，但不会使平衡移动，即v 正、v 逆变化的倍数相等，A 正确。

加压，体系中各反应物浓度增大，v 正、v 逆都增大，但更有利于向气体体积减少的方向移动，故v 正增大的倍数大于v 逆增大的倍数，B 正确。

降温，反应速率全部下降，但有利于平衡向放热的方向移动，而本反应ΔH ＜0，所以v 正减少的倍数小于v 逆减少的倍数。

加入稀有气体，各组分的浓度都不会变化或者减小，所以v 正、v 逆不变或减小。

故C 、D 均不正确。

13．B [解析] 根据反应2NH3(g)===N2(g)＋3H2(g)按“一边倒”的方法将后三个选项换算为B 为N2 2 mol 、H2 7 mol 、C 为N2 2 mol 、H2 6.5 mol ，D 为N2 2 mol 、H26.5 mol ，由此可看出，经过转化NH3为0，N2为2 mol ，H2的物质的量B 项最多，反应达平衡时，B 项氨气浓度最大。

14．AD [解析] 由图可以看出， N2和H2反应生成氨气，刚开始正反应速率最大，故A 正确；c 点时H2和NH3的物质的量相等，还没有达到平衡；t1时已经达到平衡，点d(t1时刻) 和点 e(t2时刻) 处n(N2)相同，773 K 高于673 K ，升温后平衡逆向移动，t1时刻n(H2)在773 K 时比在673 K 时的高。

15．(1)261 (2)20% (3)0.1 mol·L －1·min －1
[解析] 据反应前后混合气体的压强之比等于其物质的量之比，平衡混合气体的物质的量减少了4
mol×110＝0.4 mol 。

由方程式N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)可知，生成的氨气即为0.4 mol 。

N2 ＋ 3H2 === 2NH3
起始物质的量 1 mol 3 mol 0
转化的物质的量 0.2 mol 0.6 mol 0.4 mol
平衡时物质的量 0.8 mol 2.4 mol 0.4 mol
则：(1)平衡时混合气体中三种气体的物质的量之比为：0.8︰2.4︰0.4＝2︰6︰1。

(2)N2 的转化率为： 0.2 mol ÷1 mol×100%＝20%。

(3)2分钟内， NH3 的平均反应速率为：0.4 mol ÷2 L÷2 min ＝0.1 mol·L －1·min －1。

16．(1)B (2)C (3)1<a<2
[解析] (1)平衡时，容器内气体压强为起始时的80%，则生成2 mol NH3，放出热量92.2 kJ 。

(2)此时NH3的体积分数为0.25，若起始时加入2 mol NH3、1 mol H2，则NH3的体积分数小于0.25。

(3)设
n(N2)＝a ，n(H2)＝b ，n(NH3)＝c ，则a ＋12c ＝2 mol ，故a<2 mol ，当a ＝1 mol ，c ＝2 mol ，b ＝5 mol
时，NH3的体积分数等于0.25，要使起始时向正反应方向进行，则a ＞1 mol 。

故1<a<2。

17．(1)16 (2)8 mol (3)23 (4)33 2
[解析] (1)根据反应到某时刻t 时，n(NH3)＝6 mol ，n(N2)＝13 mol ，所以：a ＝13＋3＝16。

(2)平衡时n(NH3)＝716.8 L×25%22.4 L·mol －1
＝8 mol 。

(3)由化学方程式可知生成8 mol NH3需消耗N2 4 mol ，H2 12 mol ，最后剩余n(N2 )＝16 mol －4 mol
＝12 mol ，剩余H2为716.8 L 22.4 L·mol －1
－8 mol －12 mol ＝12 mol ，则总共的H2为：b ＝12＋12＝24，所以 a b ＝16︰24＝2︰3。

(4)平衡时n(N2)︰n(H2)︰n(NH3)＝12︰12︰8＝3︰3︰2。