高二化学《化学反应原理》 2.4《化学反应条件的优化——工业合成氨》(第2课时)教案 鲁科版选修4
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(第二课时)
【题1】对于合成氨工业,只从提高原料转化率看,从下列条件中选择最适宜的组合是(B)
①高温②低温③低压④高压⑤催化剂⑥加氨⑦除氨
A.②④⑤
B.②④⑦
C. ①④⑤
D.②③⑥
【解析】合成氨工业利用N 2+3H22NH3ΔH< 0,因而可知升高温度有利于反应向氨气生成的方向进行;从气体的系数来看,加压有利于反应向氨气生成的方向进行;加催化剂只会改变速率却无法改变转化率;减少生成物的浓度也有利于反应向氨气生成的方向进行。
故综上所述有②④⑦。
【题2】在一定条件下,可逆反应N 2+3H22NH3ΔH< 0达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是(CD)
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正减少的倍数大于V逆减少的倍数
D.加入氩气,V正、V逆都增大,且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数
【解析】催化剂只是增大或减小反应速率,即有V正、V逆都发生变化,但不会改变平衡的移动,即有V正、V逆变化的倍数相等。
加压,体系中各反应物浓度增大,V正、V逆都增大,但更有利于向气体系数减少的方向移动,故V正增大的倍数大于V逆增大的倍数。
降温,反应速率全部下降,但有利于平衡向放热的方向移动,而本反应ΔH< 0,所以V正减少的倍数小于V逆减少的倍数。
加入稀有气体,各组分的浓度都不会变化或者减小,所以V正、V逆不变或减小。
故C、D均不正确。
【题3】合成氨所需的H 2由炭和水蒸气反应制得,其中一步反应为CO+H2O(g)CO2+H2ΔH< 0,欲使CO的转化率提高,同时提高H2的产率,可以采取的措施是(A)A.增大水蒸气的浓度 B.升高温度 C.增大CO浓度 D.增大压强
【解析】欲使CO的转化率提高,同时提高H2的产率,必然要求改变条件使平衡向正反应方向移动。
CO+H 2O(g)CO2+H2ΔH< 0从中可知本反应为气体系数不变且正反应放热的反应,所以可以提高反应物水蒸气的浓度。
升高温度虽然可以提高反应速率,但会使平衡向左移,如果降低温度,可使平衡右移,却又会降低反应速率,但会符合题目要求,可惜无此选项。
增大CO浓度,虽可以提高H2的产率,但自身的转化率却会降低。
压强对气体系数不变的反应无影响。
【题4】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)
A.10%
B.20%
C.15%
D.30%
【解析】3H 2 +N2 2NH3
起始量 3 1 1
转化量 3x x 2x
平衡量 3-3x 1-x 2x
(3-x):(1-x ):2x =9 :3 :4故x=0.1
所以N 2的转化率为%10%1001
1.0=⨯ 【题5】在一定条件下,2NH 33H 2+N 2,达到平衡时,NH 3的转化率为50%,此时平衡混合气的密度与NH 3未分解时的密度之比为(B )
A.1:1
B.2:3
C.3:2
D.2:1
【解析】 2NH 33H 2 + N 2
起始量 x 0 0
转化量 50%x 0.75x 0.25x
平衡量 0.5x 0.75x 0.25x
反应前后均为气体故总质量不变,密度v
m =ρ,而气体的体积又与气体的物质的量成正比,故反应后与反应前密度之比等于物质的量的反比,即为3:2x
25.0x 75.0x 5.0x =++=ρρ前后。
【题6】在密闭容器中进行如下反应已达到平衡,N 2+3H 22NH 3 ΔH< 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(BD )
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.NH 3的百分含量增加
【解析】将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的2倍,则反应的速率增大,其他条件不变也就是说将气体进行压缩,容器体积减小,使平衡向气体系数减小的方向移动,故平衡向正方向移动。
进而使NH 3的百分含量增加。
【题7】在一定条件下,进入氨合成塔的混合气体中含N 2的体积分数为22%,含H 2的体积分数为78%,经过合成反应达到平衡后,在相同的温度和压强下,气体的体积缩小至原体积的95%,N 2的转化率与下面接近的数值是(B )
A.12.5%
B.11.4%
C.10.5%
D.9%
【解析】设原气体体积为V ,则平衡后体积为V -0.95V
N 2 + 3H 2 2NH 3 ΔV
1 3
2 2
转化中 0.025V 0.075V 0.05V V -0.95V
所以N2
的转化率为%
4.
11
%
100
V
22
.0
V
025
.0
=
⨯
【题8】工业合成氨反应是700 K左右进行的,这主要原因是(D)
A. 700 K 时此反应速率最快
B. 700 K 时氨的平衡浓度最大
C. 700 K 时氨的转化率最高
D. 700 K 该反应的催化剂能发挥最大的作用
【解析】温度越高反应速率越快,所以排除A选项;N2+3H22NH3ΔH< 0,所以温度越高氨的平衡浓度越大,转化率越高,所以排除B、C选项。
综合可得只有D选项最贴切。
【题9】有关合成氨工业的说法中,正确的是(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.合成氨工业的反应温度控制在500℃左右,目的是使化学平衡向正反应方向移动
D.合成氨厂采用的压强是20~50 Mpa,因为该压强下铁触媒的活性最大
【解析】本题主要是理解合成氨的过程,以及温度、浓度、催化剂等对该反应的影响,不难选出答案。
【题10】一密封体系中发生反应:N2+3H22NH3(正反应为放热反应)下图为某一段时间段反应速率与反应进程的曲线关系图:
回答下列问题:(1)处于平衡状态的时间段是。
(2)t1、t3、t4时刻,体系中分别是什么条件发生了变化?
(3)下列时间段中,氨的百分含量最高的是()
A.0~t1
B.t2~t3
C. t3~t4
D. t5~t6
【解析】本题主要是要学会看图,图表达的是速率与时间的关系,只要速率不随时间变化而变化,说明在这条件反应已经达到平衡了。
所以处于平衡状态的时间段是0-t1,t2-t3,t3-t4,t5-t6。
从图中可得t1时刻正、逆反应速率都增大,而且v(逆)>v(正),N2+3H22NH3(正反应为放热反应)故温度升高,v(逆)>v(正)。
图中t3时刻从原来的速率增大,而且变化过程中v(逆)=v(正),说明平衡都未被打破。
所以应该是催化剂导致的。
图中t4时刻的变化,v’(逆)、v’(正)都减小且v’(逆)>v’(正),所以不可能是温度的影响,应该
是浓度的影响,而且是浓度减小的变化,所以是压强减小了,使平衡向逆反应方向移动了。