2017届高中化学鲁科版选修四课时训练2.4化学反应条件的优化(含答案)

课时训练11化学反应条件的优化——工业合成氨
一、单项选择题
1.下面是合成氨的简要流程示意图:
沿x路线回去的物质是()。

A.N2和H2
B.催化剂
C.NH3
D.H2
解析:反应混合气经过合成塔发生反应:N2+3H22NH3,成分变为N2、H2、NH3的混合气体,
经冷凝,NH3液化,N2、H2沸点很低,未液化,故再送入压缩机,循环使用,提高原料利用率。

答案:A
2.下列说法能够用勒·夏特列原理来解释的是()。

A.加入催化剂可以提高单位时间氨的产量
B.高压有利于氨的合成反应
C.700 K高温比室温更有利于合成氨的反应
D.恒温恒容下,在合成氨平衡体系中充入He,使压强增大,则平衡正向移动,NH3增多
解析:A项中加入催化剂只能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,提高单位时间内的产量,不能使化学平衡发生移动。

B项中合成氨是一个气体体积减小的反应,所以增大压强,使平衡正方向移动,有利于合成氨,符合勒·夏特列原理。

C项中因为合成氨是一个放热反应,所以从化学平衡移动角度分析,应采用较低温度。

700 K高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动。

采用700 K既考虑到温度对速率的影响,更主要的是700 K左右催化剂活性最大。

D项中恒温恒容下充He,惰性气体He不与N2、H2、NH3反应。

虽总压强增大了,实际上平衡体系各成分浓度不变(即分压不变),所以平衡不移动,NH3的产量不变。

答案:B
3.有关合成氨工业的说法中,正确的是()。

A.从合成塔出来的混合气体,其中氨只占15%,所以生产氨的工厂的效率都很低
B.由于氨易液化,氮气和氢气在实际生产中循环使用,所以整体来说氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在700 K,目的是使化学平衡向正反应方向移动
D.我国的合成氨厂采用的压强是2×107~5×107 Pa,因为该压强下铁触媒的活性最大
解析:虽然从合成塔出来的混合气体中氨只占15%,但由于原料氮气和氢气循环使用和不断分离出液氨,所以合成氨的工厂的生产效率还是很高的,因此A选项不正确。

控制反应温度在700 K,一是为了使反应速率不至于很低,二是因为催化剂在此温度下的活性最大,因此C选项不正确。

我国的合成氨厂采用的压强是2×107~5×107 Pa,并不是因为该压强下铁触媒的活性最大,而是从压强对反应速率和化学平衡的影响来考虑的,因此D选项不正确。

答案:B
4.合成氨反应通常控制在20~50 MPa的压强和700 K左右的温度,且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3,经科学测定,在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示:
20 MPa 60 MPa
700 K 19.1 42.2
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这表明()。

A.表中所测数据有明显误差
B.生产条件控制不当
C.氨的分解速率大于预测值
D.合成塔中的反应并未达到平衡
解析:表中数据为通过科学实验所得,不可能有明显误差;合成氨连续操作,不可能对生产条件控制不当;平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系,因此答案选D。

这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题,并未让合成氨反应达到平衡,因为让反应达到平衡需要一定的时间,时间太长得不偿失。

答案:D
5.已知常温常压下,N2(g)和H2(g)反应生成2 mol NH3(g)放出92.4 kJ热量。

在同温同压下向密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2,达到平衡时放出热量为Q1 kJ,向另一体积相同的密闭容器中通入0.5 mol N2、1.5 mol H2和1 mol NH3,相同条件下达到平衡时放出热量为Q2 kJ,则下列关系式正确的是()。

A.2Q2=Q1=92.4
B.Q2<Q1<92.4
C.Q1<Q2<92.4
D.Q1=Q2<92.4
解析:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),放出热量92.4 kJ,由于此反应是可逆反应,在同温同压下向密
闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2,生成氨的物质的量小于2 mol,所以Q1<92.4 kJ;在另一容器中充入0.5 mol N2、1.5 mol H2、1 mol NH3,在合成NH3的过程中放出的热量Q2必小于Q1。

答案:B
6.一定温度下,向一个容积为2 L的事先装入催化剂的真空密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2,3 min后测得容器压强是起始压强的0.9倍,在此时间内,用H2的量的变化来表示该反应的平均反应速率v(H2)是()。

A.0.2 mol·L-1·min-1
B.0.6 mol·L-1·min-1
C.0.1 mol·L-1·min-1
D.0.3 mol·L-1·min-1
解析:N2+3H22NH3
初始/mol130
转化/mol x3x2x
平衡/mol1-x3-3x2x
=0.9x=0.2 mol
v (H2)==0.1 mol·L-1·min-1
答案:C
二、双项选择题
7.可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。

下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()。

A.3v正(N2)=v逆(H2)
B.v正(N2)=v逆(NH3)
C.2v正(H2)=3v逆(NH3)
D.v正(N2)=3v逆(H2)
解析:化学平衡状态的根本标志是v正=v逆(同一物质),因此需要把各项中原来的v正和v逆换算
成用同一种物质表示的形式,如C项,把等号左边的v正(H2)换算成v正(NH3):,所以2v正(H2)=3v正(NH3),这样C项就有关系:v正(NH3)=v逆(NH3),符合平衡标志。

答案:AC
8.硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法”进行生产。

有关接触氧化反应
2SO2+O22SO3的说法中正确的是()。

A.只要选择适宜的条件,SO2和O2就能全部转化为SO3
B.该反应达到平衡后,反应就完全停止了,即正、逆反应速率均为零
C.在达到平衡的体系中,充入由18O原子组成的O2后,SO2和SO3中的18O含量均增多
D.在工业合成SO3时,要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
解析:反应为可逆反应,SO2和O2不能全部转化为SO3,A错;达到平衡后反应不停止,正、逆反应速率相等,B错;达到平衡后充入由18O原子组成的O2,平衡向正方向移动,SO3中18O含量增多,因为反应可逆,SO2中18O含量也增多,C、D均正确。

答案:CD
三、非选择题
9.合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO,其反应是[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO
ΔH<0
(1)必须除去原料气中CO的原因是。

(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是。

(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用。

醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是。

解析:分析吸收CO反应的特点:正反应是气体体积缩小的放热反应,对于这样一个可逆反应,用化学平衡原理及有关合成氨适宜条件的选择所学知识即可作答。

答案:(1)防止合成塔中的催化剂中毒(2)低温、高压(3)高温、低压
10.某温度下,把1 mol N2和3 mol H2通入一个容积可变的密闭容器里,发生反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g),
反应达到平衡状态,测得NH3为s mol。

若保持温度和压强不变,用m、n、p代表初始加入N2、H2、NH3的物质的量,只改变m、n数值,达到平衡各组分的质量分数不变,请填写表中编号为
解析:根据等效平衡规律,需要加入的物质(换算成N2、H2)的物质的量比值应符合
n(N2)∶n(H2)=1∶3,且与已知的n(N2)、n(H2)成正比。

N2(g)+3H2(g)2NH3
起始m n
换算m+0.5p n+1.5p0
(1)m=0、n=0、p=4,得m+0.5p=2,n+1.5p=6,n(N2)、n(H2)为已知的2倍,平衡时,n(NH3)=2s mol。

(2)平衡时,n(NH3)=3s mol,,n(N2)、n(H2)为已知的3倍,即有
m+0.5p=3,n+1.5p=9,p=0代入得m=3,n=9。

(3)平衡时,n(NH3)=0.25s mol,n(N2)、n(H2)为已知的0.25倍,有m+0.5p=0.25,n+1.5p=0.75。

m=0.1代入得p=0.3,n=0.3。

答案:(1)2s(2)39(3)0.30.3。