高二化学同步教案：化学反应条件的优化工业合成氨鲁科版选修[2]

（第三课时）【题１】在一定条件下将含１ mol NH ３的体积不变的密闭容器加热，发生反应２NH ３３H ２＋N ２，一段时间后达到平衡，此时NH ３的体积分数为 x %，若在容器中再加入１ mol NH ３后密封，加热到相同温度，使反应达到平衡，设此时NH ３的体积分数为 y %，则x 和 y 的关系正确的是（A ） Ａ．x <y Ｂ． x > y Ｃ． x ＝y Ｄ． x ≥y【解析】体积不变的密闭容器，多加NH ３后相当于加压，使平衡向气体体积系数缩小的方向移动，所以NH ３的体积分数会大一点，即有.x <y 。

【题２】将V １ L 的H ２和V ２ L 的N ２在一定条件下发生反应，达到平衡后，混合气体总体积为V ３ L （气体体积均在相同条件下测定），则生成NH ３的体积是（A ）Ａ．（V １＋V ２—V ３）L Ｂ．（V １＋V ２＋V ３）L Ｃ．（V １＋V ２—２V ３）L Ｄ．[V ３—（V １＋V ２）] L 【解析】 N ２ ＋ ３H ２２NH ３ ΔV１ ３ ２ ２（V １＋V ２—V ３）L根据比例即可得到答案。

【题３】根据下列叙述，完成（１）～（３）题。

工业上合成氨的原料之一——氢气，有一种来源是取自石油气，例如丙烷。

（１）有人设计了以下反应途径，假设反应都能进行，你认为最合理的是（C ）Ａ．C ３H 8 C ＋H ２ Ｂ． C ３H 8 C ３H 6＋H ２Ｃ． C ３H 8＋H ２O CO ＋H ２，CO ＋H ２O ===CO ２＋H ２Ｄ． C ３H 8＋O ２===CO ２ ＋ H ２O,，H ２O H ２↑＋O ２↑（２）按以上最合理的反应途径，理论上用１ mol 丙烷最多可制得氨气（B ）极高温高温脱氢催化剂 △电解△Ａ．４ mol Ｂ．6．7 mol Ｃ．１0 mol Ｄ．２．7 mol （３）该合理反应途径最显著的优点是（C ）Ａ．简单易行 Ｂ．制得的H ２纯度高 Ｃ．制得的H ２产量高 Ｄ．可同时获得大量热能 【解析】（１）从产量、能源等角度进行考虑。

（２）C ３H 8＋３H ２O ３CO ＋ 7H ２， CO ＋H ２O ===CO ２＋H ２１mol ３mol 7mol ３mol ３mol １mol C ３H 8可生成１0mol H ２N ２ ＋ ３H ２２NH ３３ ２１0mol （6．7mol ）【题４】把氮气和氢气按１：１的物质的量比混匀后分成四等份，分别同时充入A 、B 、C 、D 四个装有催化剂的真空容器中（容器的容积固定），在保持相同温度的条件下，四个容器中的合成氨反应达到化学平衡状态。

分析下表中实验数据回答问题（用A 、B 、C 、D 填空）。

容器代号A B C D 平衡时混合物的平均相对分子质量１6 １7 平衡时氮气的转化率 ２0% 平衡时氢气的转化率３0%（１）都达到平衡时， 容器中氨气的物质的量最大。

（２）达到平衡时所需时间最长的容器是 。

（３）四个容器由小到大的排列顺序是 。

【解析】设氮气和氢气均为１molN ２ ＋ ３H ２２NH ３起始量 １mol １mol 0催化剂 △Ａ．平衡 0．8mol 0．４mol B 平衡 0．7mol 0．２mol１６＝1n mol /g 2mol 1mol /g 28mol 1⨯+⨯n １=815１7=2n mol/g 2mol 1mol /g 28mol 1⨯+⨯ n １=1730N ２ ＋ ３H ２２NH ３ Δn１ ３ ２ ２２—１５/8 C 平衡２—３0/１7 D 平衡【题５】.向体积不变的密闭容器中充入２ mol N ２和6 mol H ２，一定条件下发生反应：N ２（g ）＋３H２（g ）２NH ３（g ），平衡时混合气共7 mol 。

令a 、b 、c 分别代表N ２、H ２、NH ３起始加入的物质的量，维持温度不变，使达到平衡时各成分的百分含量不变。

则： （１）若a ＝0，b ＝0，则c ＝ ； （２）若a ＝0．7，b ＝２．１，则： １c ＝ ２这时反应向 进行；３若要维持反应开始时即向该反应方向进行，c 的取值范围是 ； （３）欲使起始反应维持向与（２）相反的方向进行，则b 的取值范围是 。

【解析】（１）根据等效平衡，可利用完全转化的思维进行变化。

应与起始相等。

N ２ ＋ ３H ２２NH ３起始１ ２mol 6mol 0mol 起始２ ０mol 0mol c mol 转化 0．５cmol １．５cmol c mol极限0．５cmol １．５cmol 0mol0．５cmol＝２mol c＝４（２）符合题设条件的各起始量之差应与反应式中相应系数成比例。

１N ２（g）＋３H２（g）２NH３（g）起始２６０条件0．7 ２．１c0．7＋0．５c＝２c＝２．6２题设条件平衡时共7 mol气体，而（２）小题起始量才５．４mol（0．7mol＋２．１mol＋２．6mol），所以起始反应向逆反应方向进行。

３从三个极限起始量考虑，即N２转化率等于0时，２mol N２、6 mol H２、n（NH３）＝０；N２转化率等于１00%时，n（N２）＝０、n（H２）＝０、n（NH３）＝４mol；现求平衡时各成分的物质的量，设平衡时N２转化了x mol，N ２（g）＋３H２（g）２NH３（g）２６０x ３x ２x２—x 6—３x ２x依题意：（２—x）＋（6—３x）＋２x＝7，x＝0．５所以平衡时，n（N２）＝１．５mol、n（H２）＝４．５mol、n（NH３）＝１mol将三个极限起始量加以分析对比：N ２（g）＋３H２（g）２NH３（g）２６０（N２转化率为０时起始量）１．５４．５１（平衡量为起始量）００４（N２转化率为１00%时起始量）可以看出，为了维持反应开始向逆反应方向进行，c 的起始范围是１<c ≤４。

（３）同理，为了维持反应开始向正反应方向进行，b 的起始范围是４．５<b ≤6。

【题6】将一定量的SO ２和含0．7 mol 氧气的空气（忽略CO ２）放入一定体积的密闭容器中，５５0℃时，在催化剂作用下发生反应：２SO ２＋O ２催化剂 加热２SO ３（正反应放热）。

反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH 溶液，气体体积减少了２１．２8 L ；再将剩余气体通过焦碳没食子酸的碱性溶液吸收O ２，气体的体积又减少了５．6 L （以上气体体积均为标准状况下的体积）。

（计算结果保留一位小数）请回答下列问题：（１）判断该反应达到平衡状态的标志是 。

（填字母）Ａ．SO ２和SO ３浓度相等 Ｂ．SO ２百分含量保持不变 Ｃ．容器中气体的压强不变Ｄ．SO ３的生成速率与SO ２的消耗速率相等 e.容器中混合气体的密度保持不变（２）欲提高SO ２的转化率，下列措施可行的是 。

（填字母） Ａ．向装置中再充入N ２ Ｂ．向装置中再充入O ２ Ｃ．改变反应的催化剂 Ｄ．升高温度（３）求该反应达到平衡时SO ２的转化率（用百分数表示）。

（４）若将平衡混合气体的５%通入过量的BaCl ２溶液，生成沉淀多少克？【解析】判断该反应达到平衡状态的标志可以从v 正＝v 逆，或者各组分百分含量不随时间变化而变化，若不是等体积的反应可以从压强或颜色等不再随时间变化而变化均可以判断该反应已经达到平衡。

要提高其中一种反应物的转化率，可以加入另一种反应物，或者根据反应方程式属于吸热还是放热反应来变化温度。

消耗的O ２的物质的量：0．7mol —mol 45.0mol/L 4.22L6.5= 生成的SO ３的物质的量：0．４５mol ⨯２＝0．9molSO ２和SO ３的物质的量之和：mol 95.0mol/L 4.22L28.21=反应前的SO ２的物质的量：0．9５mol SO ２的转化率：%7.94%100mol95.0mol9.0=⨯【题7】在３L 的某容器中，测得平衡时N ２为0．５0 atm ，H ２为0．５２ atm ，NH ３为２．6３ atm ，若从此容器中取走NH ３直至N ２在平衡时分压为0．４0 atm 。

试计算在新的平衡条件下NH ３和H ２的分压。

【解析】首先根据题意计算平衡常数Kp)atm (39.98)52.0(50.0)63.2()H (p )N (p )NH (p Kp 23223232-=⨯=•= 取走NH ３后，平衡向右移动，就消耗一定量H ２，这时N ２的分压为0．４0atm ，根据合成氨方程式N ２（g ）＋３H ２（g ）２NH ３（g ），每消耗１mol 的N ２，就必须用掉３mol H ２。

因此H ２必须按照物质的量的浓度的减少而成比例地降低它的压力。

N ２的压力降低为（0．５—0．４）atm ＝0．１atm ，所以H ２的压力降低为（0．５２—0．１⨯３）atm ＝0．２２atm 。

在平衡时N ２的分压为0．４0atm ，H ２为0．２２atm ，设p （NH ３）在平衡时为x ，代入Kp 表达式中：)atm (39.98)22.0(4.0x )H (p )N (p )NH (p Kp 23223232-=⨯=•= 解得x ＝0．6４7atm ＝p （NH ３）。