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 ３

３H 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 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

【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 ２

２NH ３ ΔV

１ 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 ２

Ｃ． C ３H 8＋H ２O CO ＋H ２，CO ＋H ２O ===CO ２＋H ２

Ｄ． 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 ２

１mol ３mol 7mol ３mol ３mol １mol C ３H 8可生成１0mol H ２

N ２ ＋ ３H ２

２NH ３

３ ２

１0mol （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１mol

N ２ ＋ ３H ２

２NH ３

起始量 １mol １mol 0

催化剂 △

Ａ．平衡 0．8mol 0．４mol B 平衡 0．7mol 0．２mol

１６＝1

n mol /g 2mol 1mol /g 28mol 1⨯+⨯

n １=8

15

１7=2n mol

/g 2mol 1mol /g 28mol 1⨯+⨯ n １=17

30

N ２ ＋ ３H ２

２NH ３ Δn

１ ３ ２ ２

２—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 ）＋３H

２（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 ２

２NH 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 0mol

0．５cmol＝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 ２．１c

0．7＋0．５c＝２c＝２．6

２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）

２６０

x ３x ２x

２—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）