发布时间 : 星期三 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
A.H2的转化率一定越高 B.NH3的浓度一定越大 C.正反应进行得越完全 D.化学反应速率越大
②若达平衡后再向该容器中充入0.40 mol N2和0.40 mol NH3,该平衡将 (填“向正反应方向移动”“向逆反应方向移动”或“不移动”)。
Ⅱ.根据“人工固氮”的最新研究报道,在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应:2N2(g)+6H2O(l)
4NH3(g)+3O2(g) ΔH=a kJ·mol-1。进一步研究
NH3生成量与温度的关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如表:
T/K
NH3的生成量/(10-6 mol)
303 4.8
313 5.9
323 6.0
(1)此合成反应的a 0,ΔS 0(填“>”“<”或“=”)。 (2)已知(K为平衡常数):N2(g)+3H2(g)N2(g)+3H2O(l)
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2NH3(g) K1,2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) K2,则
2NH3(g)+O2(g)的K=
(用K1、K2表示)。
答案全解全析
基础过关练
1.D
2.C
3.C
4.C
5.B
6.C
7.C
8.C
1.D 要使氢气的转化率增大,需使平衡向正反应方向移动,根据合成氨反应的特点,由于正反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动;正反应为气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动;另外还可通过及时分离出部分氨,减小生成物浓度的方法,促使平衡正向移动,D项正确。 2.C 对于反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),催化剂能降低反应的活化能,提高反应速率,缩短反应达到
平衡状态所用的时间,但不能使化学平衡发生移动。加压能提高反应速率,缩短反应达到平衡状态所用的时间,也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。
3.C 根据题目要求,既要满足增大反应速率,又要满足使化学平衡向生成NH3的方向移动。从反应速率角度分析:①④⑦三种条件下化学反应速率降低;⑥条件下化学反应速率不变。从平衡移动角度分析:②⑤条件下化学平衡向生成NH3的方向移动;⑧条件下化学平衡不移动。
4.C 合成氨使用含铁催化剂,为防止催化剂中毒,须将原料“净化”处理,A项正确;步骤②中“加压”,既可以增大氮气、氢气浓度,加快合成氨反应速率,又可以使平衡向生成NH3的方向移动,提高原料转化率,B项正确;合成氨反应为放热反应,步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率,同时使用催化剂也不能使平衡移动,步骤④、⑤有利于提高原料的转化率,C项错误;产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥,液氨汽化时会吸收大量的热,还可用作制冷剂,D项正确。
5.B 催化剂不影响平衡移动;合成氨采用500 ℃是综合考虑了反应速率、转化率及催化剂的活性;采用循环操作与平衡移动无关。 拓展应用
工业合成氨反应:N2(g)+3H2(g)
措施 加入过量的N2 采用适当的催化剂
采用高压 采用较高温度 将氨液化并及时分离
2NH3(g) ΔH<0
原因及结果
促进平衡正向移动,提高H2的转化率
加快反应速率
有利于平衡向正反应方向移动 加快反应速率的同时提高催化剂的活性
有利于平衡向正反应方向移动
6.C 增大催化剂的表面积只能改变反应速率,不能使平衡移动,所以氨气的产率不变,A项错误;增大催化剂的表面积,能加快合成氨的正反应速率和逆反应速率,B项错误;催化剂的作用是降低反应的活化能,使活化分子的百分数增大,有效碰撞次数增加,反应速率加快,C项正确;温度越低,催化剂的活性越低,反应速率越慢,不利于提高经济效益,D项错误。
7.C 增大压强,平衡不移动;增大CO浓度,平衡向右移动,但CO转化率降低;使用催化剂,平衡不移动,CO转化率不变;降低温度或增大水蒸气的浓度,平衡向右移动,CO转化率增大。
8.C 该反应为可逆反应,加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3,所以反应放出的热量小于92.4 kJ,A项错误;平衡状态由A变为B,改变的是压强,温度未发生变化,所以平衡常数不变,B项错误;该反应是反应前后气体分子数减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,C项正确;升高温度,平衡逆向移动,K减小,D项错误。
9.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应速率,提高单位时间内的产量 (2)在该温度下,催化剂的活性最高,反应速率较大,反应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
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(4)0.04 mol·L-1· min-1 解析 (3)依据Q=
20mol2
)10 L10mol30mol3·()10 L10 L(
=(mol·L-1)-2 27 4 给信息可知反应进行5 min放出184.4 kJ热量,故5 min时生成的氨气为4 mol,用三段式表示为: N2(g)+3H2(g)起始/mol 10 转化/mol 2 5 min时/mol 30 6 8 20 4 24 24 56146015 2mol10 L×5min 2NH3(g) 故5 min时气体总物质的量为56 mol,容器内压强变为原来的=。(4)v(N2)=mol·L-1· min-1。 能力提升练 1.BC 2.D =0.04 1.BC t1时正反应速率增大,随后逐渐减小,说明正反应速率大于逆反应速率,平衡正向移动,应为增大压强,A项错误;t2时,平衡不移动,说明正、逆反应速率同等程度增大,应为使用了催化剂,B项正确;t3时正反应速率减小,随后逐渐增大,说明逆反应速率大于正反应速率,平衡逆向移动,为减小压强,C项正确;t4时反应速率瞬间不变,然后减小,应为减小生成物浓度,D项错误。 2.D ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,氨气的含量减小,而相同压强下曲线a对应NH3的体积分数最大,所以曲线a对应的反应温度最低,A项错误;K只受温度影响,温度不变平衡常数不变,所以K(M)=K(Q),正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,M点的温度低于N,所以K(M)>K(N),B项错误;相同压强下,投料相同,温度越高反应速率越快,达到平衡消耗的时间越短,曲线c、b、a表示的温度依次降低,所以达到平衡消耗的时间:ta>tb>tc,C项错误;N点时氨的物质的量的分数为20%,利用三段式,设N2的转化率是b,N2的起始浓度为a, N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 起始 a 转化 ab 3a 0 3ab 2ab 2ab =20%,2ab=0.2 mol/L,所以a=0.3 mol/L,b=,则N点的 3 13 13 1 平衡 a-ab 3a-3ab 根据题意有 2???? (??-????)+(3??-3????)+2???? c(N2)∶c(NH3)=(0.3 mol/L-0.3 mol/L×)∶(2×0.3 mol/L×)=1∶1,D项正确。 3.答案 (1)7.32×10-3 L2·mol-2 (2)D (3)不能 解析 (1)K= (4.00mol·L-1) 32 (9.00mol·L-1)×3.00 mol·L -32-2 ≈7.32×10 L·mol。(2)压强越大,φ(NH3)越大,A错误;-1 改变压强,φ(NH3)改变,B错误;温度越高,φ(NH3)越小,C错误;催化剂能增大反应速率,缩短达到平衡的时间,但平衡不移动,D正确。(3)T=298 K时,ΔH-TΔS=131.3 kJ·mol-1-298 K×0.133 7 kJ·mol-1·K-1≈91.46 kJ·mol-1>0,所以常温下该反应不能自发进行。 4.答案 Ⅰ.(1)AC (2)①1.1(L/mol)2 C ②向逆反应方向移动 Ⅱ.(1)> > (2) ??1 3/2??2 解析 Ⅰ.(1)该反应中所有物质均为气体,故气体的质量不变,该反应为反应前后气体体积改变的反应,由??=??(g)??总(g) 可知,随着反应的进行,容器内气体的平均摩尔质量是变量,当容器内气体的平均摩尔 质量不变时,可说明该反应达到了化学平衡,A正确;2v正(NH3)=v逆(N2)不满足物质所对应化学计量数的比,当等式成立时,该反应不处于化学平衡状态,B错误;该反应在恒容密闭容器中进行,气体物质的量之比等于其压强之比,因该反应为反应前后气体体积改变的反应,随着反应的进行,气体物质的量会发生改变,容器中气体的压强也会改变,当容器内气体的压强保持不变时,可说明该反应达到了化学平衡,C正确;因缺少相关数据,当容器内N2、H2、NH3的物质的量之比为1∶2∶3时,反应不一定达到了化学平衡,D错误。 (2)①设N2反应了x mol·L-1,则 N2(g)+3H2(g)起始浓度(mol/L) 0.4 0.8 0 转化浓度(mol/L) x 3x 2x 2x 2NH3(g) 平衡浓度(mol/L) 0.4-x 0.8-3x