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2017-2018学年高中化学 第二章 化学反应的方向、限度与速率 第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨作业 鲁科版选修4
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H2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H2 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H2、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H2会使H2的转化率减小;升高温度使平衡左移,H2的转化率减小;使用催化剂,平衡不移动,H2的转化率不变;只有增大压强会使平衡右移,H2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.N2和H2 B.催化剂 C.N2 D.H2 解析:选A 在合成塔中氨的产率较低,有大量未反应的N2和H2,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NH3 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)c1.5(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,NH3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N2和H2合成氨的新途径 解析:选C 由题图可知,NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降,故要提高NH3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10.0 mol H2和1.0 mol N2充入恒容密闭容器中,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),并达到平衡状态,则H2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N2完全转化,则消耗的H2的物质的量为n(H2)=3n(N2)=3.0 mol,但事实上,N2是不可能完全转化的,因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0 mol,故H2的转化率α(H2)×100%=30%。 8.下列关于N2+3H22NH3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N2和H2,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NH3,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 N2与3 mol H2混合发生下列反应:3H2+N22NH3 ΔH0 (1)合成氨时选择500 ℃高温的目的是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)当反应达到平衡时,N2和H2的浓度比是________。 (3)当达到平衡时,
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