学年选修 化学反应条件的优化工业合成氨 作业 含答案

第四节化学反应条件的优化——工业合成氨

1．下列有关合成氨工业的说法中正确的是( )

A．铁做催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动

B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动

C．增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间

D．合成氨采用的压强是2×107～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高

解析：选C 催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，只能缩短反应达到平衡所需的时间，A项错误；升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B项错误；增大压强加快反应速率，C项正确；催化剂的活性取决于温度的高低，而非取决于压强的大小，D项错误。

2．合成氨反应使用催化剂的理由是( )

A．使逆反应不发生

B．使平衡向正反应方向移动

C．加快正、逆反应速率，缩短达到平衡的时间

D．提高原料的转化率

解析：选C 使用催化剂，加快反应速率，缩短达到平衡时间，但平

衡不移动。

3．合成氨时，既要使H

2

的转化率增大，又要使反应速率增大，可采取的方法是( )

A．补充H

2

B．升高温度

C．增大压强D．使用催化剂

解析：选C 合成氨反应是放热、气态物质系数减小的反应，补充H

2

、

升高温度、增大压强、使用催化剂都能使反应速率增大，但补充H

2

会使

H

2的转化率减小；升高温度使平衡左移，H

2

的转化率减小；使用催化剂，

平衡不移动，H

2的转化率不变；只有增大压强会使平衡右移，H

2

的转化率

增大。

4．如图所示是合成氨的简要流程示意图，图中沿x路线到压缩机的物质是( )

A．N

2和H

2

B．催化剂

C．N

2D．H

2

解析：选A 在合成塔中氨的产率较低，有大量未反应的N

2和H

2

，为

提高原料的利用率，将未反应的原料气循环利用。

5．下列措施不能使合成氨反应的速率增大的是( )

A．升高温度B．降低温度

C．使用催化剂D．及时分离出NH

3

解析：选B 在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)(H2)c－1(NH3)，可知及时分离出NH3能提高合成氨反应的速率；升高温度、使用催化剂能提高合成氨反应的速率。

6.合成氨反应达到平衡时，NH

3

的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是( )

A．提高分离技术

B．研制耐高压的合成塔C．研制低温催化剂

D．探索不用N

2和H

2

合成氨的新途径

解析：选C 由题图可知，NH

3

的体积分数随着温度的升高而显着下降，

故要提高NH

3

的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为700 K，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。

7．一定条件下，将 mol H

2和 mol N

2

充入恒容密闭容器中，发生反应

N

2(g)＋3H

2

(g)2NH

3

(g)，并达到平衡状态，则H

2

的转化率可能是( ) A．15% B．30%

C．35% D．75%

解析：选A 对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化。利用

“极限法”，假设N

2完全转化，则消耗的H

2

的物质的量为n(H2)＝3n(N2)

＝ mol，但事实上，N

2是不可能完全转化的，因而消耗的H

2

的物质的量一

定小于 mol，故H

2

的转化率α(H2)<错误!×100%＝30%。

8．下列关于N

2＋3H

2

2NH

3

反应速率与时间的关系图中，纵坐标为

反应速率v，横坐标为时间t，当反应达到平衡后，条件发生改变与速率变化的关系中不符合实际的是( )

解析：选A 合成氨反应的化学方程式的特点是：体积缩小、放热反应，所以加压和降温有利于化学平衡向着生成氨气的方向移动。达到化学平衡后，若升高温度，化学平衡左移，实际上此时是逆反应速率大于正反应速率，所以A图像错误；如果给体系加压，体系中所有物质的浓度都增大，所以正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度，所以B图像正确；使用催化剂不会使化学平衡发生移动，

只能改变化学反应速率，所以C图像也是正确的；补充N

2和H

2

，则平衡体

系中反应物的浓度增加，所以正反应速率增大，分离出NH

3

，产物的浓度降低，所以逆反应速率减小，所以D图像正确。

9．在密闭容器内，使 1 mol N

2与 3 mol H

2

混合发生下列反应：3H

2

＋N

2

2NH

3

ΔH<0

(1)合成氨时选择500 ℃高温的目的是

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