【推荐精选】2018-2019学年高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速度 第4节 化学反应条件的优化——工业

第4节化学反应条件的优化——工业合成氨知能演练轻松闯关[学生用书单独成册][基础温故]1．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是( )A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用解析：选C。

对于化学反应N 2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，催化剂只能降低反应所需活化能，增大反应速率常数，提高反应速率，缩短达到平衡状态所用时间，不能使化学平衡发生移动。

高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。

2．对于可逆反应N 2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正确的是( )A．达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的小，H2的浓度比原平衡的小B．达到平衡后升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率C．达到平衡后缩小容器容积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，而逆反应速率减小了解析：选C。

达到平衡后，加入N2，平衡将向正反应方向移动，NH3的浓度会增大，而H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器容积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。

3．合成氨反应N 2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，在反应过程中，正反应速率的变化如图所示：下列说法正确的是( )A．t1时升高了温度B．t2时使用了催化剂C．t3时增大了压强D．t4时降低了温度解析：选B。

若t1时升高了温度，则平衡左移，v正应瞬间增大后逐渐增大至平衡，A错；若t3时增大了压强，则平衡右移，v正应瞬间增大后逐渐减小至平衡，但最终比原平衡大，C 错；若t4时降低了温度，v正应瞬间减小，曲线不应相连，D错。

4．在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积占25%，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体的体积与原反应物体积的比值是( ) A．1/5 B．1/4C．1/3 D．1/2解析：选A。

设平衡后混合气体的体积为100 L，则NH 3的体积为25 L，由N2＋3H22NH3知，反应前后气体体积差为2，则缩小的气体体积为25 L，反应前的气体体积为100 L＋25L＝125 L，则缩小的气体体积与原反应物体积的比值是25125＝15。

5．可逆反应3H 2(g)＋N2(g)2NH3(g) ΔH<0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是( )A ．升高温度，降低压强，增加氮气B ．降低温度，增大压强，加入催化剂C ．升高温度，增大压强，增加氮气D ．降低温度，增大压强，分离出部分氨解析：选D 。

本题要求增加合成氨反应中氢气的转化率，即在不增加氢气的情况下，改变条件，使平衡正向移动。

因合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，选项A 、C 均不符合题意；加入催化剂可加速反应的进行，但对平衡移动无影响，选项B 不符合题意；因合成氨的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强会使平衡向正反应方向移动，增加反应物浓度或减小生成物浓度，会使平衡向正反应方向移动，所以只有选项D 是正确的。

6．合成氨反应(正反应为放热反应)在不同温度或不同压强(p 1>p 2)下达到平衡时，混合气体中氨的体积分数a %随温度和压强的变化曲线正确的是()解析：选A 。

合成氨反应的正反应是放热反应，且是气体体积减小的反应。

随温度升高，a %减小；随压强增大，a %增大，A 选项图像符合。

7．某密闭容器中发生反应：N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g) ΔH <0。

图中表示该反应的速率(v )随时间(t )变化的关系，t 2、t 3、t 5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。

下列说法中正确的是()A ．t 2时加了催化剂B ．t 3时降低了温度C ．t 5时增大了压强D ．t 4～t 5时间内N 2的转化率最低解析：选A 。

t 2～t 3时，Δv (正)＝Δv (逆)>0，化学平衡不移动，可知t 2时加入催化剂；t 3～t 4时，v (逆)、v (正)均减小，且Δv (正)>Δv (逆)，化学平衡逆移，可知t 3时压强减小；t 5～t 6时，v (逆)、v (正)均增大，且Δv (逆)>Δv (正)，化学平衡逆移，可知t 5时温度升高；由化学平衡移动原理可知：t 6时N 2的转化率最低。

8．已知：N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g) ΔH ＝－92.4 kJ·mol －1。

在相同温度下，相容器 编号 起始时各物质 的物质的量/mol 达到平衡时体系能量的变化 平衡时 氨气的 体积 分数N 2 H 2 NH 3 ① 1 3 0 放出热量 23.15 kJW 1 ② 0.9 2.7 0.2 放出热量Q W 2A ．W 1>W 2，Q <23.15 kJB ．W 1＝W 2，Q ＝23.15 kJC ．W 1<W 2，Q >23.15 kJD ．W 1＝W 2，Q <23.15 kJ解析：选D 。

1、3、0的配比与0.9、2.7、0.2的配比的平衡状态为等效平衡，则W 1＝W 2，但放出的热量决定于N 2和H 2实际消耗量，则23.15 kJ>Q 。

9．合成氨反应：N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g) ΔH <0，在某一时间段t 0～t 6中反应速率与反应过程的曲线如图所示，试回答下列问题：(1)合成氨反应已达平衡状态的时间段为________________________________________________________________________。

(2)t 1～t 2时间段是________(填改变条件，下同)使平衡向________(填“逆反应”或“正反应”，下同)方向移动；t 4～t 5时间段是________使平衡向________方向移动。

(3)在此过程中，氨的百分含量最高的一段时间是________。

解析：(1)由图可知，v 正＝v 逆的状态为平衡状态，即t 0～t 1、t 2～t 4、t 5～t 6三个时间段为平衡状态。

(2)t 1～t 2时间段v 正、v 逆都增大，且v 逆增大的多，若是加压，则v 正增大的多，由于正反应方向是放热反应，故升温，v 正、v 逆都增大，且v 逆增大的多；t 4～t 5时间段，v ′正、v ′逆都减小，且v ′正减小的多，依据反应的特点，故改变的条件是降低压强，平衡向逆反应方向移动。

(3)t 0～t 6时间段，除t 0～t 1、t 2～t 4、t 5～t 6三个时间段为平衡状态外，t 1～t 2、t 4～t 5时间段都是平衡向逆反应方向移动的，故氨的百分含量是逐渐减小的，所以在t 0～t 1时间段中氨的百分含量最高。

答案：(1)t 0～t 1、t 2～t 4、t 5～t 6 (2)升高温度 逆反应 降低压强 逆反应 (3)t 0～t 110．在密闭容器中，使1 mol N 2和3 mol H 2混合发生下列反应：N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g) ΔH <0。

(1)当反应达到平衡时，N 2和H 2的浓度之比为________。

(2)保持体积不变，升高温度，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动，气体密度________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

(3)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氩气，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

(4)当反应达到平衡时，保持温度、压强不变，充入氩气，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

(5)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氮气，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动，氢气的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

解析：(1)以化学计量数之比通入反应物时转化率相等，故平衡时的N 2和H 2浓度之比为1∶3。

(2)升温平衡逆向移动，但体积不变，质量不变，故密度不变。

(3)温度、体积不变，充入氩气，反应体系浓度不变，平衡不移动。

(4)温度、压强不变，充入氩气，体积增大，反应体系的压强减小，平衡逆向移动。

(5)温度、体积不变，充入氮气，平衡正向移动，氢气的转化率增大。

答案：(1)1∶3 (2)逆向 不变 (3)不 (4)逆向(5)正向 增大[能力提升]11．在容积固定的密闭容器中存在反应N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g) ΔH <0。

某研究性学习小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据做出下列关系图：下列判断正确的是( )A ．图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较低B ．图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且乙的温度较高C ．图Ⅱ研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高D ．图Ⅰ研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高解析：选A 。

图Ⅰ中反应速率为乙>甲，平衡时NH 3百分含量为乙>甲，条件应为增大压强；图Ⅱ中反应速率为甲>乙，平衡时H 2转化率为乙>甲，故应是改变温度且甲温度高；图Ⅲ中反应速率为甲>乙，平衡时n (混)相同，故甲使用了效率较高的催化剂。

12．在密闭容器内，N 2、H 2起始的物质的量分别为10 mol 、30 mol ，达到平衡时N 2的转化率为25%。

若从NH 3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同，则应加入NH 3的物质的量及NH 3的转化率为( )A ．15 mol 和25%B ．20 mol 和50%C ．20 mol 和75%D ．40 mol 和80%解析：选C 。

以N 2、H 2开始反应时，N 2为10 mol ，H 2为30 mol ，要以NH 3开始反应，并且平衡时各成分百分含量与前者相同，则NH 3的物质的量必须是20 mol ，故A 和D 是错误的。

设以NH 3开始反应时，氨转化的物质的量为x ，那么有20 mol －x ＝2×10 mol×25%，x ＝15mol ，故氨的转化率为15 mol 20 mol×100%＝75%。