发布时间 : 星期四 文章鲁科版(2019)高中化学选择性必修1 2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨同步作业更新完毕开始阅读7e84ae4ea800b52acfc789eb172ded630b1c9885
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
基础过关练
题组一 合成氨反应的限度、速率 1.可逆反应3H2(g)+N2(g)
2NH3(g) ΔH<0,达到平衡后,为了使H2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,减小压强,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
2.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.都能缩短反应达到平衡状态所用的时间,加压促进化学平衡正向移动 D.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而加压不能
3.在合成氨时,要使氨的产率增大,又要使化学反应速率增大,可以采取的措施有( )
①减小压强 ②增大压强 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容,再充入N2和H2 ⑥恒温恒压,再充入N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂 A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧ C.②⑤
D.②③⑤⑧
4.(2019山东济南高三模拟)下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是( )
A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率 C.步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.产品液氨除可生产化肥外,还可用作制冷剂 题组二 工业合成氨的适宜条件
5.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(深度解析)
A.使用铁触媒有利于合成氨
B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C.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
6.(2019江苏扬州中学高二下期中)诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔,表彰他在固体表面化学过程研究中作出的贡献。下列说法中正确的是( )
A.增大催化剂的表面积,能增大氨气的产率
B.增大催化剂的表面积,能加快合成氨的正反应速率、降低逆反应速率 C.采用正向催化剂时,反应的活化能降低,使反应明显加快
D.工业生产中,合成氨采用的压强越高,温度越低,越有利于提高经济效益 7.合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得,其中有一步反应为CO(g)+H2O(g)ΔH<0。欲提高CO的转化率,可采用的方法是( )
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 A.①②③ B.④⑤ C.①⑤ D.⑤
CO2(g)+H2(g)
8.某温度下,对于反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。N2的平衡转化率(α)与体
系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.将1 mol氮气、3 mol氢气,置于1 L密闭容器中反应,待平衡后放出的热量为92.4 kJ B.平衡状态由A变为B时,平衡常数K(A) 9.合成氨反应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。合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)时:ΔH=-92.2 kJ·mol-1,K=4.1×106 (mol·L-1)-2。 2NH3(g) ΔH。在298 K (1)从平衡常数来看,反应的限度已经很大,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、1.01×105 Pa下,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,反应向 (填“正”或“逆”)向进行,反应进行5 min后体系能量的变化为 (填“吸收”或“放出”)184.4 kJ,容器内压强变为原来的 倍。 (4)从开始至5 min时,用N2浓度变化表示该反应的平均速率: 。 能力提升练 题组 工业合成氨的适宜条件 1.(双选)( )合成氨反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,在反应过程中,正反应 速率的变化如下图。下列说法正确的是( ) A.t1时升高了温度 C.t3时减小了压强 2.( B.t2时使用了催化剂 D.t4时降低了温度 2NH3(g) ΔH<0,当反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料后, )已知合成氨反应N2(g)+3H2(g) 在不同温度下,反应达到平衡时,得到混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线a、b、c如下图所示。下列说法正确的是( ) A.曲线a对应的反应温度最高 B.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系为K(M)=K(Q) 3.()合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径,对化学工业技术也产生了重大影响。合成氨 工业中原料气N2可以从空气中分离得到,H2可由甲烷或焦炭与水蒸气反应制得。 (1)在一定容积的密闭容器中充入N2和H2两种气体合成氨,在某温度下达到平衡时,各物质的浓度分别是c(H2)=9.00 mol·L-1、c(N2)=3.00 mol·L-1、c(NH3)=4.00 mol·L-1,此温度下该反应的平衡常数K= 。 (2)在三个相同容器中各充入1 mol N2和3 mol H2,在不同条件下反应达到平衡,氨的体积分数随时间变化的曲线如图所示。下列说法中正确的是 (填字母)。 A.图Ⅰ可能是不同压强对反应的影响,且p2>p1 B.图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响,且p1>p2 C.图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响,且T1>T2 D.图Ⅱ可能是同温同压下不同催化剂对反应的影响,且催化剂性能1>2 (3)将水蒸气通过红热的C即产生水煤气,化学方程式为C(s)+H2O(g) H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1。该反应在常温(298 K)下 (填“能”或“不能”)自发进行。 4.(2020湖北荆、荆、襄、宜四地七校高二联考,Ⅰ.合成氨的原理为:N2(g)+3H2(g) )科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。 (1)在恒容密闭容器中发生上述反应,下列描述中能说明该反应已达平衡状态的是 。 A.容器内气体的平均摩尔质量保持不变 B.2v正(NH3)=v逆(N2) C.容器中气体的压强保持不变 D.N2、H2、NH3的物质的量之比为1∶2∶3 (2)673 K、30 MPa下,向容积为2.0 L的恒容密闭容器中充入0.80 mol N2和1.60 mol H2,反应经3分钟达到平衡,此时NH3的体积分数为20%。 ①该条件下反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数K= (精确到小数点后一位);K越大, 表明反应达到平衡时 。