第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨课后练习

第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨1．反应N2＋3H2⇌2NH3 ΔH ＝－92 kJ/mol ，决定该反应速率大小的最主要因素是( )A ．温度B ．N2、H2的性质C ．压强D ．催化剂2．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是( )A ．不断将氨分离出来B ．使用催化剂C ．采用500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温D ．采用2×107～5×107Pa 的压强3．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是( )A ．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率B ．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C ．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应D ．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率4．(双选)对于密闭容器中发生的可逆反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)，下列说法表示反应已达平衡的是( )A ．单位时间内断裂1 mol N≡N 键，同时断裂6 mol N —H 键B ．每生成1 mol N2，同时生成13 mol H2C ．v(H2)正＝3v(N2)逆D ．v(H2) ＝32v(NH3)5．保持温度、压强不变，合成氨反应达到平衡状态时，进行如下操作，平衡不发生移动的是( )A ．恒温恒压时，充入NH3B ．恒温恒容时，充入N2C ．恒温恒压时，充入HeD ．恒温恒容时，充入He6．反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH<0，在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如图2－4－1，则氨的百分含量最高的一段时间是( )图2－4－1A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t67．在某合成氨厂合成氨的反应中，测得合成塔入口处气体N2、H2、NH3的体积比为6∶18∶1，出口处气体N2、H2、NH3的体积比为9∶27∶8，则氮气的转化率为()A．5%B．50%C．25% D．20%8．在一定条件下，2NH3⇌3H2＋N2达到平衡时，NH3的转化率为50%，此时平衡混合气的密度与NH3未分解时的密度之比为()A．1∶1 B．2∶3 C．3∶2 D．2∶19．某温度下，对于反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)ΔH＝－92.4 kJ/mol。

第二章第四节化学反应条件的优化——工业合成氨【双基回顾】一、合成氨反应的限度合成氨反应是在298k时自发进行的热反应，同时也是气体的物质的量减小的熵反应。

因此，温度、压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。

研究发现：在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时，平衡混合物中氨的含量最高。

二、合成氨反应的速率（1）在反应过程中，随着氨的浓度的__________，反应速率会逐渐________，因此为了保持足够高的反应速率应适时将_________从混合气体中分离出来。

（2）使用________可以使合成氨的反应速率提高上万亿倍。

（3）温度越高，反应速率越________。

三、合成氨的适宜条件在合成氨生产中，达到高转化率与高反应速率所需条件有时是矛盾的。

因此选择条件时应该寻找以的反应速率获得适当的的反应条件。

此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气的使用、的综合利用等问题。

目前，合成氨生产一般选择做催化剂；控制反应温度在左右；根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择，大致分为低压（1×107Pa）、中压（2×107Pa~3×107Pa），和高压（8.5×107Pa~1×108Pa）三种类型。

通常采用氮气与氢气物质的量之比为的投料比。

【考点精练】【考点1】合成氨反应分析【思考】从提高转化率的角度来看，合成氨应该采用什么条件？从提高化学反应速率来看应该采用什么条件？【练习1】合成氨反应的特点是()①可逆②不可逆③正反应放热④正反应吸热⑤正反应气体总体积增大⑥正反应气体总体积缩小A．①③⑤B．②④⑥C．①③⑥D．④⑤⑥【练习2】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。

下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是()A．①②③B．②④⑤C．①③⑤D．②③④【考点2】合成氨适宜条件的选择【思考】工业上合成氨的适宜条件是什么？【练习1】合成氨工业中，常加热到700 K左右的温度，理由是()①适当提高合成氨的反应速率②提高氢气转化率③提高氨的产率④催化剂在700 K时活性最大A．①B．①②C．②③④D．①④【练习2】根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是()A．研制耐高压的合成塔B．采用超大规模的工业生产C．研制耐低温复合催化剂D．探索不用H2和N2合成氨的新途径【课堂小测】1.有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采用的正确措施是()A．高温、高压B．适宜温度、高压、催化剂C．低温、低压D．高温、高压、催化剂2.在一定条件下，可逆反应N2+3H22NH3△H＜0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是（）A．加入催化剂V正、V逆都发生变化，且变化的倍数相等B．加压，V正、V逆都增大，且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数C．降温，V正、V逆都减小，且V正减少倍数大于V逆减少倍数D．加入氩气，V正、V逆都增且V正增大倍数大于V逆增大倍数3.在一定温度和压强下，在密闭容器中充入H2、N2、NH3，开始时其物质的量之比为3：1：1，反应达平衡后，H2、N2、NH3的物质的量之比为9：3：4，则此时N2的转化率为（）A．10% B．20% C．15% D．30%4.在密闭容器中进行如下反应已达平衡，N2+3H22NH3△H＜0，其他条件不变时，若将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的2倍，则下列说法中正确的是（）A．平衡不移动 B.平衡向正方向移动 C.平衡向逆反应方向移动 D.NH3的百分含量增加【课后作业】1.在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积分数为25%。

化学反应条件的优化——工业合成氨1．对于合成氨反应，N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)ΔH＜0，达到平衡后，以下分析正确的是( )A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大解析：A.升高温度正逆反应速率都增大，平衡向逆反应方向移动，说明温度对逆反应速率影响较大；B.增大压强，平衡正向移动，则压强对正反应速率影响较大；C.减小反应物浓度，逆反应速率不变；D.加入催化剂，对正逆反应速率影响相同。

答案：B2．下列措施既能加快工业合成氨的速率，又能增大该反应的反应物转化率的是( ) A．缩小容器容积B．移走NH3C．提高反应温度D．使用催化剂解析：A项，缩小容器容积，可以加快反应速率，平衡正向移动，增大反应物的转化率，故符合题意；B项，移走NH3，反应速率减小，平衡正向移动，反应物的转化率增大，故不符合题意；C项，提高反应温度，反应速率加快，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，故不符合题意；D项，使用催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，不能提高反应物的转化率，故不符合题意。

答案：A3．接触法制硫酸工艺中，其主要反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0，在450 ℃并有催化剂存在条件下建立平衡，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是( )A．及时分离出SO3气体B．选择高效的催化剂C．适当升高温度D．增大O2的浓度解析：增大O2浓度可加速反应的进行，并使平衡向正反应方向移动。

答案：D4．下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量的变化情况。

达到平衡时混合物中NH3的含量为(体积分数)[入料V(N2)∶V(H2)＝1∶3]：应方向为________(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是________。

第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标1．理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。

2．了解应用化学原理选择化工生产条件的思维和方法。

知识梳理1．合成氨条件的选择合成氨反应式____________________；反应特点__________________________________________；速率方程_______________________________※2. 合成氨工业（1）原理__________________________（2）生产过程包括造气、净化、合成氨三部分。

① 造气：N 2来自于___________________，H 2__________________________。

② 净化的目的____________________________________；③ 合成氨包括_____________、_______________、________________等。

学习导航1．方法导引以合成氨为例掌握化工生产中适宜条件选择的一般原则：（1）从化学反应速率分析（C 、P 、T 、催化剂）（2）从化学平衡移动分析（C 、P 、T 、催化剂）（3）从原料的利用率分析（增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，降低成本）（4）从实际生产能力分析（如设备的承温承压能力）总之，实际化工生产中受诸多因素的影响，必须综合分析选出适合工厂生产的最适宜条件。

2．例题解析例1．可逆反应3H 2(g) + N 2(g) 2NH 3(g)；△H ＜0，达到平衡后，为了使H 2 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：本题要求增加合成氨反应中氢气的转化率，就是在不增加氢气的情况下，改变合成氨反应的其他条件，使更多的氢气转化为氨。

学高中化学选修四鲁科版练习第章化学反应条件的优化工业合成氨含解析Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】第2章化学反应的方向、限度与速率第4节化学反应条件的优化——工业合成氨1．合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。

合成氨工业的生产流程如下：关于合成氨工业的说法中不正确的是( )A．混合气进行循环利用遵循绿色化学思想B．合成氨反应须在低温下进行C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D．使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动解析：低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，不利于提高生产效率，答案选B。

答案：B2．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，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：对化学反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，催化剂和高压均能缩短达到平衡的时间，但只有高压可使平衡向生成NH3的方向移动，催化剂不影响平衡。

答案：C3．接触法制硫酸工艺中，其主要反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0，在450 ℃并有催化剂存在条件下建立平衡，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是( )A．及时分离出SO3气体B．选择高效的催化剂C．适当升高温度D．增大O2的浓度解析：增大O2浓度可加速反应的进行，并使平衡向正反应方向移动。

答案：D4．下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量的变化情况。

达到平衡时混合物中NH3的含量为(体积分数)[入料V(N2)∶V(H2)＝1∶3]：0.11020306010020015.381.586.489.995.498.8300 2.252.64.271.84.292.64000.425.138.247.65.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4________方向移动，正反应方向为________(填“吸热”或“放热”)反应。

第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨基础训练1．下列事实中能应用平衡移动原理解释的是：( )A ．H 2、I 2、HI 平衡混合气加压后颜色变深B ．加入催化剂有利于氨氧化的反应C ．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应D ．高压有利于合成氨的反应2．关于催化剂的叙述，正确的是（ ）A ．催化剂在化学反应前后性质不变B ．催化剂在反应前后质量不变，故催化剂不参加化学反应C ．反应物中的某些杂质能使催化剂失去活性，造成催化剂“中毒”D ．催化剂可以提高反应物的转化率3．合成氨工业中，常加热至500℃，下列叙述中不正确的是（ ）A ．加快反应速率，缩短达到化学平衡所需时间B ．加快V 正，减小V 逆C ．使平衡向合成氨方向移动D ．提高原料转化率4．已知反应21N 2（g ）+ CO 2(g) NO(g) + CO(g)；ΔH = 373.2kJ . mol —1，要有利于取得有毒气体NO 和CO 的最大转化率，可采取的措施是（ ）A ．低温低压B ．高温高压C ．低温高压D ．高温低压5．在密闭容器中可逆反应：N 2+3H 2 2NH 3达到平衡后，若保持温度不变，缩小容器体积，达到新平衡时，下列说法正确的是（ ）① NH 3的浓度增大，N 2和H 2的浓度减少 ② NH 3的物质的量增大，N 2和H 2的物质的量减少③ H 2的转化率增大，N 2的转化率不变 ④ 混合气体的平均分子量增大A ．①④B ．②④C ．①②D ．③④6．合成氨所用的H 2可由煤与H 2O 反应制得，其中有一步反应为CO (g) +H 2O (g) CO 2 (g) +H 2 (g)；ΔH ＜0，欲提高提高CO 的转化率，可采用的方法可能有：①降低温度②增大压强③使用催化剂④增大CO 的浓度⑤增大水蒸气的浓度，其中正确的组合有（ ）A ．①②③B ．④⑤C ．①⑤D ．⑤7．在一定条件下，合成氨气反应N2+3H2 2NH3达到平衡时，有50%H2转化为NH3，若N2的转化率为25%，则起始时充入容器中的N2和H2的物质的量之比为( )A．3：2 B．1：2 C．1：3 D．2：38．在一固定容积的反应器中发生反应：2SO2 + O22SO3；ΔH＜0，下述三种情况，其中开始反应时反应速率最快，达到平衡时，SO2的转化率最低的是（）①400℃，10mol SO2和5 mol O2反应②400℃，20mol SO2和5 mol O2反应③400℃，10mol SO2和5 mol O2反应A．① B．② C．③ D．无法确定9．在一定温度下，将1molCO和1molH2O(气)充入某固定容积的反应器中反应：CO+H2O(g) CO2(g)+H2(g)达到平衡得CO2为0.6mol，再通入4molH2O(g)，达到新平衡后，CO2的物质的量是( )A.等于0.6 molB.等于1molC.大于0.6 mol小于1molD.大于1mol 10．对于平衡体系mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)；ΔH＜0，有下列判断，其中正确的是（）A．若温度不变，将容器的体积增大1倍，此时A的浓度变为原来的0.48倍，则m + n＞p + qB．若平衡时，A、B的转化率相等，说明反应开始时，A、B的物质的量之比为m：nC．若平衡体系共有气体a mol，再向其中加入b mol B，当重新达到平衡时，气体的总物质的量等于（a+ b）mol，则m + n = p + qD．温度不变时，若压强增大至原来的2倍，达到新平衡时，总体积一定比原体积的1/2要小11．将颜色相近的NO2和Br2 (g)分别装入注射器中，将活塞同时向外拉，使气体体积扩大1倍，下列叙述错误的是（）A．NO2的颜色比Br2 (g)颜色深B．两种气体的颜色均比原来浅C．Br2 (g)的压强比NO2变化小D．Br2 (g)的压强比NO2变化大12．在一定条件下，把1体积N2和3体积H2的混合气体充入一密闭容器中，使之反应并达到平衡，此时H2的转化率为30%，请解答（填> 、<或=）（1）假定此时N2的转化率为α，则α______30%。

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。

一、合成氨反响的限度1．合成氨的化学方程式N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) .2．合成氨反响的特点.(1)所有的反响物和生成物都是气态,且该反响为体积减小的反响；(2)气体的物质的量减小的熵减小的反响；(3)该反响的正反响为放热反响.1．合成氨工业生产中 ,为什么采用未转化的合成气循环使用?答案：合成氨反响中,反响物的转化率并不高,如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔起反响是很不经济的,应将别离液氨后的未转化的合成气进行循环使用,并及时补充N2和H2 ,使反响物保持一定的浓度,有利于合成氨反响的进行.二、合成氨反响的速率1．速率方程：在特定条件下,合成氨反响的速率与参加反响的物质的浓度的关系式为v ＝kc(N2)c(H2)c－1(NH3) ,由速率方程可知：增大N2或H2的浓度,减小NH3的浓度,都有利于提高合成氨反响的速率.2．温度升温时,k增大,因此升温有利于提高合成氨的速率.3．参加适宜的催化剂能降低合成氨反响的活化能,使合成氨反响的速率提高上万亿倍.三、合成氨的适宜条件1．合成氨反响条件的选择.工业生产中,必须从反响速率和反响限度两个角度选择合成氨的适宜条件,既要考虑尽量增大反响物的转化率充分利用原料,又要选择较快的反响速率,提高单位时间内的产量,同时还要考虑设备的要求和技术条件.2．合成氨的适宜条件.反响条件压强温度催化剂浓度1×107～1×108 Pa 700 K左右铁触媒(1)N2与H2的投料比为1∶(2)使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中别离出去,并及时补充N2和H22．合成氨工业生产中 ,为什么采取700 K左右的温度?答案：在这个温度时,催化剂活性最||大,反响速率也就大,从而可以提高合成NH3的经济效益.活学活用1．以下关于工业合成氨的表达中 ,错误的选项是(B)A．在动力、设备、材料允许的情况下 ,反响尽可能在高压下进行B．温度越高越有利于工业合成氨C．在工业合成氨中 ,N2、H2的循环利用可提高其利用率 ,降低本钱D．及时从反响体系中别离出氨气有利于平衡向正反响方向移动解析：合成氨的反响为放热反响 ,温度越高 ,NH3的产率越低 ,温度太高会影响催化剂的催化效果.2．合成氨反响到达平衡时NH3的体积分数与温度、压强的关系如右图所示,根据此图分析合成氨工业最||有前途的研究方向是(C)A．提高别离技术B．研制耐高温的合成塔C．研制低温催化剂D．探索不用N2和H2合成氨的新途径解析：由题图可知：NH3%随着温度的升高而显著下降 ,故要提高NH3% ,必须降低温度 ,但目前所用催化剂铁触媒活性最||高时的温度为500 ℃ ,故最||有前途的研究方向为研制低温催化剂.1．有关合成氨工业的说法中,正确的选项是(B)A．从合成塔出来的混合气体,其中NH3只占15% ,所以生产氨的工厂的效率都很低B．由于氨易液化,N2、H2在实际生产中是循环使用,所以总体来说氨的产率很高C．合成氨工业的反响温度控制在500 ℃,目的是使化学平衡向正反响方向移动D．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：合成氨的反响在适宜的生产条件下到达平衡时 ,原料的转化率并不高 ,但生成的NH3别离出后 ,再将未反响的N2、H2循环利用 ,这样处理后 ,可使生产氨的产率都较高 ,故A项错误 ,B项正确；合成氨工业选择500 ℃左右的温度 ,是综合了多方面的因素确定的 ,因合成氨的反响是放热反响 ,低温才有利于平衡向正反响方向移动 ,故C项错误；无论从反响速率还是化学平衡考虑 ,高压更有利于合成氨 ,但压强太大 ,对设备、动力的要求更高 ,基于此选择了2×107～5×107 Pa的高压 ,催化剂活性最||大时的温度是500 ℃ ,故D 项错误.2．工业合成氨的反响是在500 ℃左右进行的,这主要是因为(D)A．500 ℃时此反响速率最||快B．500 ℃时NH3的平衡浓度最||大C．500 ℃时N2的转化率最||高D．500 ℃时该反响的催化剂活性最||大解析：工业合成氨反响采用500 ℃的温度 ,有三个方面的原因：①有较高的反响速率；②反响物有较大的转化率；③催化剂的活性最||大.3．合成氨时,既要使合成氨的产率增大,又要使反响速率增快,不可采取的方法是(B) A．补充N2B．升高温度C．增大压强D．别离出NH3解析：补充N2、增大压强既能加快反响速率 ,又能促进平衡向生成氨的大向移动；别离出NH3,能使平衡向生成氨的方向移动 ,反响速率是提高的；升高温度能加快反响速率 ,但不利于氨的生成.4．(双选)合成氨工业对国民经济和社会开展具有重要的意义.对于密闭容器中的反响：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ,在673 K、30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下列图.以下表达正确的选项是(AD )A．A点的正反响速率比B点的大B．C点处反响到达平衡C．D点(t1时刻)和E点(t2时刻)处n(N2)不一样D．其他条件不变,773 K下反响至||t1时刻,n(H2)比上图中D点的值大解析：在AB段可逆反响向正反响方向移动 ,随着反响的进行 ,反响物浓度在减小 ,正反响速率在降低 ,应选项A正确；C点时NH3、H2的物质的量仍在变化 ,未到达化学平衡 ,应选项B不正确；t1时刻和t2时刻都处于同样的化学平衡状态 ,那么n(N2)不变 ,应选项C 不正确；由于正反响是一个放热反响 ,升高温度化学平衡向逆反响方向移动 ,平衡时n(H2)比题图中D点的值要大 ,应选项D正确.5．氨是一种重要的化工原料,氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一.传统哈伯法合成氨工艺中相关的反响式为：N2＋3H 22NH3ΔH＜0 .(1)该反响的平衡常数K的表达式为：K＝______；升高温度,K值______(选填 "增大〞"减小〞或 "不变〞) .(2)不同温度、压强下,合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1∶3) .分析表中数据,________(填温度和压强)时H2转化率最||高,实际工业生产不选用该条件的主要原因是________________________________________________________________________ .压强/MPa氮的平衡含量/%10 20 30 60 100温度/℃200300400500600(3)以下关于合成氨说法正确是________(填字母) .A．使用催化剂可以提高氮气的转化率B．寻找常温下的适宜催化剂是未来研究的方向C．由于ΔH＜0、ΔS＞0 ,故合成氨反响一定能自发进行D．增大n(N2)∶n(H2)的比值,有利于提高H2的转化率解析：(1)根据化学方程式可写出平衡常数为K＝c2(NH3)/ [c(N2)·c3(H2)],由于反响放热 ,升高温度平衡向逆反响方向移动 ,那么平衡常数减小.(2)在200 ℃、100 MPa时氨气的含量最||大 ,那么H2转化率最||高 ,但实际工业生产中压强不能太大 ,因压强太高 ,对生产设备要求也高 ,难以实现.(3)催化剂不影响平衡移动 ,故A错误；寻找常温下的适宜催化剂可减少能量的消耗 ,为研究的主要方向 ,故B正确；ΔS＜0 ,需在一定温度4才能进行 ,故C错误；增大n(N2)可提高H2的转化率 ,故D正确.答案：(1)c2(NH3)/ [c(N2)·c3(H2)]减小(2)200 ℃、100 MPa压强太高,对生产设备要求也高,难以实现(3)BD6．CO可用于合成甲醇,反响方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) .CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下列图.该反响的ΔH____0(选填 "＞〞或 "＜〞) .实际生产条件控制在250 ℃、×104 kPa左右,选择此压强的理由是________________ .解析：根据图示 ,当压强相同时 ,降低温度 ,CO的平衡转化率升高 ,说明降温平衡向正反响方向移动 ,因此正反响为放热反响 ,那么ΔH＜0 .答案：<在×104kPa下,CO的平衡转化率已较高,再增大压强,CO的平衡转化率提高不大,而生产本钱增加,得不偿失1．以下有关合成氨的说法中正确的选项是(A)A．降温并加压有利于提高氨在平衡混合物中的百分含量B．升温并加压有利于提高氨在平衡混合物中的百分含量C．通过调控温度和压强,就一定能获得氨在平衡混合物中的百分含量D．通过调控温度、压强、氮气和氢气的分压比,就一定能使氮气和氢气完全转化为氨解析：氮气与氢气合成氨是气体物质的量减小的放热反响 ,降温和加压均能使化学平衡状态向生成氨的反响方向移动；改变反响物的浓度或气态反响物的分压也能改变氨在平衡混合物中的百分含量；无论采取什么措施 ,使可逆反响的反响限度到达100%都是不可能的.2．合成氨所需H2可由煤和水反响制得,其中的一步反响为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)(正反响是放热反响) ,欲提高CO的转化率可采用的方法有：①降低温度；②增大压强；③使用催化剂；④增大CO的浓度；⑤增大水蒸气的浓度；其中正确的组合是(C) A．①②③B．④⑤C．①⑤D．⑤解析：该反响为气体体积不变的反响 ,改变压强只能改变反响速率 ,但不能改变CO的转化率；该反响的正方向为放热反响 ,所以降低温度可使平衡向正反响方向移动 ,提高CO 的转化率；增大反响物的浓度可使另一反响物的转化率提高 ,而本身转化率降低；催化剂只能改变化学反响速率 ,但不能使平衡移动 .3．NO2蒸气易形成N2O4：2NO2(g)N2O4(g)(正反响为放热反响) ,现欲较准确测定NO2的相对分子质量,应采用的反响条件是(A)A．高温低压B．低温高压C．低温低压D．高温高压解析：题目要求准确测定NO2的相对分子质量 ,而NO2(g)易形成N2O4(g),不利于NO2的相对分子质量的测定.故要准确测定NO2的相对分子质量 ,就必须使上述平衡向生成NO2分子的方向移动 ,由于上述正反响是一个体积缩小的放热反响 ,要使平衡向逆反响方向移动 ,那么应采取高温低压的措施才行.4．反响N2 (g)＋3H2(g) 2NH3(g)ΔH<0在某一时间段中反响速率与反响过程的曲线关系如右图所示,那么氨的百分含量最||高的一段时间段是(t1～t6,只改变了温度或压强)(A)A．t0～t1B．t2～t3C．t3～t4D．t5～t6解析：此题考查了对速率-时间图象的分析.化学平衡时v正＝v逆 ,氨的百分含量不变.t1～t2、t4～t5,v逆大于v正 ,平衡向左移动 ,致使氨的百分含量减少 .所以氨的百分含量最||高时是t0～t1 .5．合成氨的温度和压强通常控制在约500 ℃以及2×107～5×107 Pa的范围,且进入合成塔的N2和H2的体积比为1∶3 ,经科学实验测定,在相应条件下,N2和H2反响所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示,而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15% ,这说明(D)压强2×107 Pa 6×107 Pa温度500 ℃19 .1A.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．合成塔中的反响并未到达平衡解析：表中数据为科学实验测定 ,不可能有明显误差；合成氨连续进行 ,不会突然改变生产条件；平衡的浓度问题与速率的大小没有直接关系 ,而到达平衡状态的时间那么取决于反响速率的大小；平衡浓度是该条件下该可逆反响的最||高生成物浓度 ,所以D项正确.6．在合成氨的反响中,N2和H2的初始参加量为110 mL、130 mL ,当到达平衡时,气体的总体积变为220 mL ,那么生成NH3的体积为(B)A．10 mL B．20 mL C．25 mL D．30 mL解析：根据N2＋3H22NH31 32 ΔV＝2110 mL 130 mL V(NH3) ΔV＝110 mL＋130 mL－220 mL＝20 mL缩小2体积也等于生成NH3的体积数 ,即：V(NH3)＝20 mL7．以下事实,不能用勒·夏特列原理解释的是(D)A．反响CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)ΔH<0 ,升高温度可使平衡向逆反响方向移动B．合成NH3的反响,为提高NH3的产率,理论上应采取相对较低的温度C．溴水中存在平衡：Br2＋H2O HBr＋HBrO ,当参加AgNO3溶液后,溶液颜色变浅D．对2HI(g)H2(g)＋I2(g) ,增大平衡体系的压强(压缩体积)可使体系颜色变深解析：此题考查勒·夏特列原理的应用.选项A的反响为放热反响 ,升高温度 ,平衡向逆反响方向移动.选项B合成氨的反响是放热反响 ,理论上采取低温有利于反响向正反响方向进行 ,但需同时考虑温度对反响速率的影响.选项C中参加AgNO3后 ,Ag＋与Br－反响生成AgBr沉淀 ,降低了Br－的浓度 ,平衡向正反响方向移动 ,溶液颜色变浅 ,A、B、C三项均能用勒·夏特列原理解释.选项D因2HI(g)H2(g)＋I2(g) ,化学方程式两边气体分子数相等 ,压缩体积使压强增大 ,平衡不发生移动 ,但由于体积减小 ,各组分的浓度增大 ,故颜色变深.应选D .8．工业上合成氨是在一定条件下进行如下反响：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH ＝－kJ·mol－1 ,其局部工艺流程如以下列图所示：反响体系中各组分的局部性质见下表：气体氮气氢气氨熔点/℃－－－沸点/℃－－－答复以下问题：(1)写出该反响的化学平衡常数表达式：K＝________ .随着温度升高,K值______(选填"增大〞 "减小〞或 "不变〞) .(2)平衡常数K值越大,说明________(填字母) .A．N2的转化率越高B．NH3的产率越大C．原料中N2的含量越高D．化学反响速率越快(3)合成氨反响的平衡常数很小,所以在工业上采取气体循环的流程.即反响后通过把混合气体的温度降低到________使__________别离出来；继续循环的气体是________ .解析：(1)由方程式N2(g)＋3H2 (g)2NH3 (g)不难写出：K＝[NH3]2[N2]·[H2]3 ,根据此反响ΔH<0 ,说明正反响为放热反响 ,升高温度平衡向吸热方向移动 ,即向左移动 ,[NH3]减小 ,[N2]和[H2]增大 ,故K减小.(2)平衡常数K值越大 ,说明[NH3]越大 ,[N2]和[H2]就越小 ,说明反响进行的程度大 ,故N2的转化率就越高 ,NH3的产率就越大(注：产率是指实际产生的NH3与理论产生的NH3的物质的量之比) .(3)根据气体的熔、沸点可知 ,氨气容易液化 ,使其别离可使平衡正向移动 ,剩余N2和H2循环使用 ,以提高产率.答案：(1)[NH3]2[N2]·[H2]3减小(2)A、B(3)－℃氨N2和H29．合成氨反响在工业生产中的大量运用,满足了人口的急剧增长对粮食的需求,也为有机合成提供了足够的原料- -氨.合成氨反响是一个可逆反响：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) .在298 K时：ΔH＝－kJ·mol－1 ,K＝×106(mol·L－1)－2 .(1)从平衡常数来看,反响的限度已经很大,为什么还需要使用催化剂?________________ .(2)试分析实际工业生产中采取700 K左右的温度的原因：________________ .(3)298 K ,×105 Pa ,在10 L密闭容器中充入10 mol氮气、30 mol氢气和20 mol氨气,开始的瞬间,反响向________(选填 "正〞或 "逆〞)方向进行,反响进行5 min后体系能量的变化为________(选填 "吸收〞或 "放出〞) kJ ,容器内压强变为原来的________倍 .(4)从开始至||5 min时,用N2浓度变化表示该反响的平均速率为____________ .解析：(1)对于一个实际工业生产的反响原理 ,既要考虑反响的限度问题 ,也要考虑反响的速率问题 ,使用催化剂主要是为了在不影响限度的情况下加快反响速率 .(2)在该温度下 ,催化剂的活性最||大.(3)依据Q＝[(20 mol/10 L)2]/[(10 mol/10 L)·(30 mol/10 L)3]＝4/27(mol·L－1)－2<K＝×106(mol·L－1)－2 ,反响正向进行 ,放出热量 ,且放出热量的数值为92.2 kJ·mol－1的两倍 ,故5 min时生成的氨气为4 mol ,用三步式表示为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始量(mol)103020转化量(mol)2645 min时(mol)82424故 5 min时气体总物质的量为8＋24＋24＝56(mol) ,容器内压强变为原来的56/60＝14/15 .(4)v(N2)＝(2 mol/10 L)/5 min＝0.04 mol·L－1·min－1答案：(1)使用催化剂主要是为了在不影响限度的情况下加快反响速率,提高单位时间内的产量(2)在该温度下,催化剂的活性最||高,速率较大,反响的限度虽然有所降低,但综合分析,单位时间内的产量还是最||理想的(3)正放出14/15(4) mol·L－1·min－1 10．工业上生产硫酸时,利用催化氧化反响将SO2转化为SO3是一个关键步骤.压强及(1)SO2的氧化是放热反响,如何利用表中数据推断此结论?________ .(2)在400～500 ℃时,SO2的催化氧化采用常压而不是高压,主要原因是________ .(3)选择适宜的催化剂,是否可以提高SO2的转化率?________(选填 "是〞或 "否〞) ,是否可以增大该反响所放出的热量?________(选填 "是〞或 "否〞) .(4)为提高SO3吸收率,实际生产中用________吸收SO3 .(5)：2SO3(g) ＋O2 (g) = = =2SO3 (g)ΔH＝－kJ·mol－1 ,计算每生产1万吨98%硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量.(1)压强一定时,温度升高,SO2转化率下降,说明升温有利于逆反响进行,所以正反响为放热反响(2)增大压强对提高SO2转化率无显著影响,反而会增加生产本钱(3)否否(4)浓硫酸(5)1万吨98%的硫酸含H2SO4的质量为×109 g ,设需要SO3的质量为x ,该反响产生的热量为y ,那么：H2SO4 ～SO3～ΔH98 g 80 g ×kJ×109 g x yx＝错误!＝×109 g＝×103 t ,y＝错误!＝×109 kJ。

第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨1.工业上合成氨一般采用700 K 左右的温度，其原因是( )①适当提高氨的合成速率 ②提高H 2的转化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在700 K 时活性最大A ．只在①B ．①②C ．②③④D ．①④解析：选D 。

合适的温度可使氨的合成速率加快，且使催化剂活性最大。

2.从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，合成氨应采用的条件是( )A ．低温、高压、催化剂B ．低温、低压、催化剂C ．高温、高压、催化剂D ．适当温度、低压、催化剂解析：选C 。

根据合成氨反应的特点、外界条件对反应速率和化学平衡的影响及催化剂的活性进行选择。

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 2B ．升高温度C ．增大压强D ．使用催化剂解析：选C 。

补充H 2，使反应速率加快，但H 2的转化率降低；升温，反应速率加快，平衡左移，H 2的转化率降低；增大压强，反应速率加快，平衡右移，H 2的转化率提高；催化剂只能加快反应速率，而不会提高反应物的转化率。

4.合成氨工业上采用了循环操作，主要原因是( )A ．加快反应速率B ．提高NH 3的平衡浓度C ．降低NH 3的沸点D ．提高N 2和H 2的利用率解析：选D 。

合成氨是可逆反应，在中压工艺条件下合成氨厂出口气中的氨含量一般为13%～14%，循环使用可提高N 2和H 2的利用率。

5.在硫酸的工业生产中，通过下列反应使SO 2转化为SO 3：2SO 2(g)＋O 2(g)催化剂△2SO 3(g)ΔH <0。

已知常压下SO 3体积分数为91%，试回答：(1)在生产中常用过量的空气是为了________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨必备知识基础练进阶训练第一层知识点1合成氨反应的限度1.对于合成氨反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g），下列措施不能提高氮气转化率的是（ ）A．增大氢气的浓度 B．增大压强C．及时移走氨 D．使用高效催化剂2．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是（ ）A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C．700 K左右比室温更有利于合成氨的反应D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率3．对于可逆反应N2（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的浓度比原平衡的大，N2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，逆反应速率减小4．工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）的图像中，错误的是（ ）下列说法正确的是（ ）A.改变条件后速率—时间图像如图所示B．此过程中Q>KC．平衡体系中NH3的含量增大D．N2的转化率增大知识点2合成氨反应的速率6.工业合成氨反应中，使用催化剂和施以高压，下列叙述正确的是（ ）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，只有加压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，而加压无此作用7．N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）　ΔH<0，向容器中通入1 mol N2和3 molH2，当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是（ ）①降低温度②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2③增加NH3的物质的量④维持恒压条件，通入一定量惰性气体A．①④ B．①② C．②③ D．③④8．对于合成氨反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，达到平衡后，以下分析正确的是（ ）A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大9．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有（ ）①增大容器体积使压强减小　②减小容器体积使压强增大　③升高温度　④降低温度⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2　⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂A．②④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑦⑧C．②⑤D．①②③⑤⑧10．1913年化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。