2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學(xué)案 魯科版選修4

《2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學(xué)案 魯科版選修4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學(xué)案 魯科版選修4（16頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學(xué)案 魯科版選修4 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　1.應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，會(huì)選擇合成氨的適宜條件。2.體會(huì)應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。 一、合成氨反應(yīng)的限度、速率 1.合成氨反應(yīng)的特點(diǎn) 合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K時(shí)：ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 (1)可逆性：反應(yīng)為可逆反應(yīng)。 (2)體積變化：正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。 (3)焓變：ΔH<0，熵變?chǔ)<0。 (

2、4)自發(fā)性：常溫(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進(jìn)行。 2.提高合成氨反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的條件比較 條件 提高反應(yīng)速率 提高平衡轉(zhuǎn)化率 綜合結(jié)果 壓強(qiáng) 高壓 高壓 高壓 溫度 高溫 低溫 兼顧速率和平衡，且考慮催化劑活性 催化劑 使用 無影響 使用 濃度 增大反應(yīng)物濃度 增大反應(yīng)物濃度，降低生成物濃度 增大反應(yīng)物濃度，且不斷減少生成物濃度 合成氨反應(yīng)條件和選擇依據(jù) 提高H2轉(zhuǎn)化率的措施有降溫、加壓、增大N2濃度、降低NH3濃度。 例1　可逆反應(yīng)3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)　ΔH<0，達(dá)到平衡后，為了使H2的轉(zhuǎn)化率

3、增大，下列選項(xiàng)中采用的三種方法都正確的是(　　) A.升高溫度，減小壓強(qiáng)，增加氮?dú)? B.降低溫度，增大壓強(qiáng)，加入催化劑 C.升高溫度，增大壓強(qiáng)，增加氮?dú)? D.降低溫度，增大壓強(qiáng)，分離出部分氨 答案　D 解析　要使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，需使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，需降低溫度；正反應(yīng)為氣體總體積減小的反應(yīng)，需增大壓強(qiáng)；另外還可通過及時(shí)分離出部分氨氣，減小生成物濃度的方法，促使平衡右移，故D項(xiàng)正確。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對合成氨平衡移動(dòng)的影響 例2　對于合成氨的反應(yīng)來說，使用催化劑和施加高壓，下列敘述中正確的是(　　)

4、 A.都能提高反應(yīng)速率，都對化學(xué)平衡狀態(tài)無影響 B.都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間 C.都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有壓強(qiáng)對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響 D.催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，而壓強(qiáng)無此作用 答案　C 解析　對于化學(xué)反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。高壓能提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng)。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對合成氨影響的綜合 二、工業(yè)合成氨的適宜條件

5、1.工業(yè)合成氨的適宜條件 外部條件 工業(yè)合成氨的適宜條件 壓強(qiáng) 根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)(1×107Pa～1×108Pa) 溫度 適宜溫度，700 K左右 催化劑 使用鐵觸媒做催化劑 濃度 N2和H2的物質(zhì)的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時(shí)從混合氣中分離出去 2.問題討論 (1)壓強(qiáng)：目前我國合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)在1×107～1×108 Pa，不采用更高壓強(qiáng)的理由是：壓強(qiáng)越大，對設(shè)備的要求越高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力越大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。 (2)溫度：升高溫度能提高化學(xué)反應(yīng)速率，但工業(yè)合成氨溫度不能太高的理由是 ①合

6、成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低。 ②700_K催化劑活性最大，升高溫度，催化劑活性減弱。 合成氨反應(yīng)條件和選擇依據(jù) 工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應(yīng)限度和反應(yīng)速率兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，同時(shí)還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。 例3　下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒·夏特列原理來解釋的是(　　) A.使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨 B.高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng) C.500 ℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng) D.合成氨時(shí)采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率

7、 答案　B 解析　催化劑不影響平衡移動(dòng)；合成氨采用500 ℃是綜合考慮反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率及催化劑的活性溫度；采用循環(huán)操作與平衡移動(dòng)無關(guān)。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 知識(shí)總結(jié)　合成氨反應(yīng)中，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率并不高，如果讓N2和H2的混合氣體只一次通過合成塔起反應(yīng)是很不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)將分離NH3后的未轉(zhuǎn)化的合成氣進(jìn)行循環(huán)使用，并及時(shí)補(bǔ)充N2和H2，使反應(yīng)物保持一定的濃度，有利于合成氨反應(yīng)的進(jìn)行。 例4　已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表： 溫度 不同壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率(%) 1×105Pa 5×105Pa

8、1×106Pa 5×106Pa 1×107Pa 450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (1)應(yīng)選擇的溫度是________，理由是__________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)應(yīng)采用的壓強(qiáng)是________，理由是__________________________________

9、_______ ________________________________________________________________________。 (3)在合成SO3的過程中，不需要分離出SO3的原因是____________________________。 (4)生產(chǎn)中通入過量空氣的目的是______________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)450 ℃　該反應(yīng)是放熱反

10、應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低；在450 ℃反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較高 (2)1×105Pa　常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用較大的壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要?jiǎng)恿Ω?，對設(shè)備的要求更高 (3)SO2的轉(zhuǎn)化率比較高，達(dá)到平衡后的混合氣體中SO2的余量很少，故不需要分離SO3 (4)增大O2濃度、提高SO2的轉(zhuǎn)化率 考點(diǎn)　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點(diǎn)　合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應(yīng)用 例5　CO可用于合成甲醇，化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。該反應(yīng)ΔH________(填“>”或“<”)0。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250

11、 ℃、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是____________________________。 答案　<　在250 ℃、1.3×104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益低 解析　從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率變小，故ΔH<0，綜合溫度、壓強(qiáng)對CO轉(zhuǎn)化率的影響來看，在壓強(qiáng)1.3×104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，但對設(shè)備和材料的要求越高，需要的動(dòng)力更大，會(huì)增加投資和能量消耗，不經(jīng)濟(jì)。 考點(diǎn)　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點(diǎn)　合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應(yīng)用 1.在合成

12、氨時(shí)，要使氨的產(chǎn)率增大，又要使化學(xué)反應(yīng)速率增大，可以采取的措施有(　　) ①增大體積使壓強(qiáng)減小?、跍p小體積使壓強(qiáng)增大?、凵邷囟取、芙档蜏囟取、莺銣睾闳荩俪淙隢2和H2 ?、藓銣睾銐?，再充入N2和H2?、呒皶r(shí)分離產(chǎn)生的NH3　⑧使用催化劑 A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧ C.②⑤ D.②③⑤⑧ 答案　C 解析　根據(jù)題目要求，既要滿足增大速率，又要滿足使化學(xué)平衡向右移動(dòng)。從反應(yīng)速率角度分析，①④⑦三種條件下化學(xué)反應(yīng)速率降低；⑥條件下化學(xué)反應(yīng)速率不變。從平衡移動(dòng)角度分析：②⑤條件下化學(xué)平衡向右移動(dòng)；⑧條件下化學(xué)平衡不移動(dòng)。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對合成

13、氨影響的綜合 2.下列事實(shí)能用勒·夏特列原理解釋的是(　　) A.使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨 B.由H2(g)、I2(g)和HI(g)組成的平衡體系加壓后顏色變深 C.700 K時(shí)比室溫更有利于合成氨的反應(yīng) D.將混合氣體中的氨液化有利于合成氨反應(yīng) 答案　D 解析　A、B兩項(xiàng)，改變條件平衡均不移動(dòng)，不能用勒·夏特列原理解釋；C項(xiàng)，根據(jù)勒·夏特列原理，溫度越低，NH3的轉(zhuǎn)化率越高，采取700 K，主要考慮催化劑的活性和反應(yīng)速率問題；D項(xiàng)，將混合氣體中的氨液化，相當(dāng)于減小了生成物的濃度，平衡正向移動(dòng)，有利于合成氨反應(yīng)。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界

14、條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 3.對于合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，以下分析正確的是(　　) A.升高溫度，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大 B.增大壓強(qiáng)，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大 C.減小反應(yīng)物濃度，對逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大 D.加入催化劑，對逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大 答案　B 解析　A項(xiàng)，合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，正、逆反應(yīng)的反應(yīng)速率都增大，但是溫度對吸熱反應(yīng)的速率影響更大，所以對該反應(yīng)來說，對逆反應(yīng)速率影響更大，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，合成氨的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大，正確；C項(xiàng)，減小反應(yīng)物濃度，使正反應(yīng)的速率瞬間減小，由于生成物的濃度沒有變

15、化，所以逆反應(yīng)速率瞬間不變，然后逐漸減小，故減小反應(yīng)物濃度，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大；錯(cuò)誤；D項(xiàng)，加入催化劑，對正、逆反應(yīng)的反應(yīng)速率的影響相同，錯(cuò)誤。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 4.在密閉容器中，使1 mol N2和3 mol H2混合發(fā)生下列反應(yīng)：3H2＋N22NH3　ΔH<0 (1)合成氨時(shí)選擇700 K高溫的目的是______________________________________________ ________________________________________________________________

16、________。 (2)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N2和H2的濃度比是________。 (3)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，充入氬氣，并保持體積不變，平衡將________移動(dòng)。 (4)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，充入氬氣，并保持壓強(qiáng)不變，平衡將________移動(dòng)，反應(yīng)速率將________。 (5)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，充入N2并保持體積不變，平衡將________移動(dòng)。 (6)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，保持體積不變，升高溫度時(shí)，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量________，密度________。 答案　(1)加快反應(yīng)速率，工業(yè)上用的催化劑在該溫度時(shí)活性最大　(2)1∶3　(3)不　(4)逆向　變小　(5)正向　(6)減小　不變

17、解析　合成氨時(shí)選擇700 K高溫可以加快反應(yīng)速率，而且工業(yè)上用的催化劑在該溫度時(shí)活性最大；因?yàn)槌跏己娃D(zhuǎn)化的N2和H2的濃度比都是1∶3，所以當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N2和H2的濃度比是1∶3；平衡時(shí)保持體積不變，充入氬氣平衡不移動(dòng)；保持壓強(qiáng)不變充入氬氣，容器體積變大，反應(yīng)速率將變小，平衡逆向移動(dòng)；充入N2并保持體積不變，平衡將正向移動(dòng)；保持體積不變，升高溫度時(shí)，平衡逆向移動(dòng)，混合氣體的質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量變大，平均相對分子質(zhì)量變小，密度不變。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 5.合成氨工業(yè)的原料氣中含有少量CO，CO會(huì)使催化劑失去催化能力(催化劑中毒)，因此，

18、在進(jìn)入合成塔前必須將其除去。一般用醋酸二氨合銅溶液來吸收原料氣中的CO，其反應(yīng)為Cu(NH3)2Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3CO]Ac(正反應(yīng)為放熱反應(yīng)) (1)醋酸二氨合銅吸收CO的生產(chǎn)適宜條件是______________________。 (2)吸收CO后的醋酸銅氨溶液經(jīng)過處理后可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，醋酸銅氨液再生的生產(chǎn)適宜條件是____________。 答案　(1)低溫、高壓　(2)高溫、低壓 解析　(1)醋酸二氨合銅吸收CO反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，降低溫度或增大壓強(qiáng)平衡向吸收CO的方向移動(dòng)，故應(yīng)采用低溫、高壓作為生產(chǎn)條件。(2)放出CO

19、的反應(yīng)正好和吸收CO的反應(yīng)相反，應(yīng)采用高溫、低壓作為生產(chǎn)條件。 考點(diǎn)　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點(diǎn)　工業(yè)合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應(yīng)用 6.一密封體系中發(fā)生反應(yīng)：N2＋3H22NH3(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))下圖為某一段時(shí)間段反應(yīng)速率與反應(yīng)進(jìn)程的曲線關(guān)系圖： 回答下列問題： (1)處于平衡狀態(tài)的時(shí)間段是________________。 (2)t1、t3、t4時(shí)刻，體系中分別是什么條件發(fā)生了改變？____________、____________、____________。 (3)下列時(shí)間段中，氨的百分含量最高的是________。 A.0～t1 B.t2～t3 C.t3～

20、t4 D.t5～t6 答案　(1)0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6 (2)溫度升高　加入催化劑　壓強(qiáng)減小 (3)A 解析　本題主要是學(xué)會(huì)看圖，圖表達(dá)的是速率與時(shí)間的關(guān)系，只要速率不隨時(shí)間變化而變化，說明在這條件下反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡了。所以處于平衡狀態(tài)的時(shí)間段是0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6。從圖中可得t1時(shí)刻正、逆反應(yīng)速率都增大，而且v逆>v正，N2＋3H22NH3(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，故溫度升高，v逆>v正。圖中t3時(shí)刻比原來的速率大，而且變化過程中v逆＝v正，說明平衡未被打破，所以應(yīng)該是催化劑導(dǎo)致的。圖中t4時(shí)刻的變化，v′逆、v′正都減小且v′逆>v

21、′正，所以不可能是溫度的影響，應(yīng)該是壓強(qiáng)減小了，使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)了。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 [對點(diǎn)訓(xùn)練] 題組1　合成氨反應(yīng)適宜條件的選擇 1.1913年德國化學(xué)家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當(dāng)時(shí)日益增長的人口對糧食的需求。下列所示是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是 (　　) A.①②③ B.②④⑤ C.①③⑤ D.②③④ 答案　B 解析　②④⑤操作均有利于合成氨的化學(xué)平衡向右移動(dòng)，提高轉(zhuǎn)化率。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對合成氨平衡移動(dòng)的影響 2.在合成

22、氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，實(shí)施下列目的的變化過程中與平衡移動(dòng)無關(guān)的是 (　　) A.不斷將氨分離出來 B.使用催化劑 C.采用500 ℃左右的高溫而不是700 ℃的高溫 D.采用2×107～5×107Pa的壓強(qiáng) 答案　B 解析　把氨分離出來是減小生成物濃度，有利于平衡右移；合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，相對較低溫度(700 K)利于反應(yīng)向右進(jìn)行，同時(shí)該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，盡可能采取高壓利于正反應(yīng)，A、C、D都符合平衡移動(dòng)原理，而使用催化劑僅是為增大反應(yīng)速率，與平衡無關(guān)。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對合成氨平衡移動(dòng)的影響 3.下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中

23、，正確的是(　　) A.從合成塔出來的混合氣體中，其中NH3只占15%，所以合成氨廠的產(chǎn)率都很低 B.由于氨易液化，N2、H2在實(shí)際生產(chǎn)中可循環(huán)使用，所以總體來說合成氨的產(chǎn)率很高 C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在700 K左右，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) D.合成氨廠采用的壓強(qiáng)越大，產(chǎn)率越高，無需考慮設(shè)備、條件 答案　B 解析　合成氨的反應(yīng)在適宜的生產(chǎn)條件下達(dá)到平衡時(shí)，原料的轉(zhuǎn)化率并不高，但生成的NH3分離出后，再將未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)利用，這樣處理后，可使氨的產(chǎn)率較高，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；合成氨工業(yè)選擇700 K左右的溫度，主要從反應(yīng)速率和催化劑活性兩方面考慮，合成氨的反應(yīng)

24、是放熱反應(yīng)，低溫才有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；不論從反應(yīng)速率還是化學(xué)平衡考慮，高壓更有利于合成氨，但壓強(qiáng)太大，對設(shè)備、動(dòng)力的要求更高，因此選擇20～50 MPa，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 4.下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中正確的是(　　) A.鐵做催化劑可加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng) B.升高溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng) C.增大壓強(qiáng)能縮短到達(dá)平衡狀態(tài)所用的時(shí)間 D.合成氨采用的壓強(qiáng)是2×107～5×107Pa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最高 答案　C 解析　催化劑可以改變

25、反應(yīng)速率，但不能使平衡移動(dòng)，只能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間，A項(xiàng)錯(cuò)誤；升高溫度可以加快反應(yīng)速率，但合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此升高溫度不利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)加快反應(yīng)速率，C項(xiàng)正確；催化劑的活性取決于溫度的高低，而非取決于壓強(qiáng)的大小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 考點(diǎn)　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點(diǎn)　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 題組2　合成氨反應(yīng)的圖像題 5.某密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。下圖表示該反應(yīng)的速率(v)隨時(shí)間(t)變化的關(guān)系，t2、t3、t5時(shí)刻外界條件有所改變，但都沒有改變各物質(zhì)的初始加入量。下列說法中正確的是(　　)

26、 A.t2時(shí)加入催化劑 B.t3時(shí)降低了溫度 C.t5時(shí)增大了壓強(qiáng) D.t4～t5時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率一定最低 答案　A 解析　合成氨反應(yīng)前后氣體系數(shù)減小，t2后反應(yīng)速率增大，但平衡沒有移動(dòng)，說明t2時(shí)刻改變的條件是加入了催化劑，化學(xué)平衡不移動(dòng)； t3時(shí)刻應(yīng)是減小壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向左移動(dòng)；t5時(shí)刻應(yīng)是升高溫度，化學(xué)平衡向左移動(dòng)；所以t6以后轉(zhuǎn)化率最低。 考點(diǎn)　化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像 題點(diǎn)　速率—時(shí)間(v－t)圖像 6.合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,673 K、30 MPa下，n(NH3)

27、和n(H2)隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是(　　) A.c點(diǎn)處反應(yīng)達(dá)到平衡 B.d點(diǎn)(t1時(shí)刻)和e點(diǎn)(t2時(shí)刻)處n(N2)不同 C.其他條件不變，773 K下反應(yīng)至t1時(shí)刻，n(H2)比圖中的d點(diǎn)的值要大 D.a點(diǎn)的正反應(yīng)速率比b點(diǎn)的小 答案　C 解析　A項(xiàng)，c點(diǎn)是氫氣和氨氣物質(zhì)的量相等的點(diǎn)，該點(diǎn)以后，氫氣的量還在減少，氨氣的量還在增加，故c點(diǎn)沒有達(dá)到平衡，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)，t1和t2兩個(gè)時(shí)刻反應(yīng)均處于平衡狀態(tài)，體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化，故d、e兩點(diǎn)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量相等，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)，773 K>673 K，工業(yè)合成氨為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，氫氣

28、的物質(zhì)的量增大，C項(xiàng)正確；D項(xiàng)，反應(yīng)達(dá)到平衡前，a點(diǎn)反應(yīng)物濃度大于b點(diǎn)，因此a點(diǎn)的正反應(yīng)速率比b點(diǎn)的大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 考點(diǎn)　化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像 題點(diǎn)　物質(zhì)的量—時(shí)間圖像 7.在N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的平衡體系中，當(dāng)分離出NH3時(shí)，下列說法正確的是 (　　) A.改變條件后速率－時(shí)間圖像如上圖 B.此過程中Q>K C.平衡體系中NH3的含量增大 D.N2的轉(zhuǎn)化率增大 答案　D 解析　分離出NH3，Qv逆，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，N2的轉(zhuǎn)化率增大，由于分離出NH3，使體系中NH3的含量減小。 考點(diǎn)　化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡

29、圖像 題點(diǎn)　速率—時(shí)間(v－t)圖像 8.某溫度下，對于反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。N2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是(　　) A.將1 mol氮?dú)狻? mol氫氣，置于1 L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，放出的熱量為92.4 kJ B.平衡狀態(tài)由A變?yōu)锽時(shí)，平衡常數(shù)K(A)

30、2.4 kJ，A項(xiàng)錯(cuò)誤；從狀態(tài)A到狀態(tài)B，改變的是壓強(qiáng)，溫度未發(fā)生變化，所以平衡常數(shù)不變，B項(xiàng)錯(cuò)誤；該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率增大，C項(xiàng)正確；升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，K減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 考點(diǎn)　化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像 題點(diǎn)　轉(zhuǎn)化率—壓強(qiáng)圖像 題組3　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 9.合成氨廠所需H2可由焦炭與水反應(yīng)制得，其中有一步反應(yīng)為CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。欲提高CO的利用率，可采用的方法是(　　) ①降低溫度　②增大壓強(qiáng)?、凼褂么呋瘎、茉龃驝O的濃度?、菰龃笏魵獾臐舛? A.①②③ B

31、.④⑤ C.①⑤ D.⑤ 答案　C 解析　增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)；增大CO濃度，平衡向右移動(dòng)，但CO轉(zhuǎn)化率降低；使用催化劑，平衡不移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變；降低溫度或增大水蒸氣濃度，平衡均向右移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大。 考點(diǎn)　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點(diǎn)　合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應(yīng)用 10.據(jù)報(bào)道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實(shí)： 2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g) 下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) A.使用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率 B.反應(yīng)需在300 ℃下進(jìn)行可推測該反應(yīng)是吸熱反應(yīng) C.充入大量CO2氣

32、體可提高H2的轉(zhuǎn)化率 D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率 答案　B 解析　B項(xiàng)，加熱可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，放熱反應(yīng)也可能在加熱條件下進(jìn)行，故不正確。 考點(diǎn)　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點(diǎn)　合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應(yīng)用 [綜合強(qiáng)化] 11.(2017·福州高二質(zhì)檢)一定溫度下，在恒壓容器a和恒容容器b中，分別充入體積比1∶3的N2和H2。開始時(shí)兩容器的體積相同，則達(dá)到平衡時(shí)兩容器中N2的轉(zhuǎn)化率(　　) A.a中大 B.b中大 C.a、b中一樣大 D.無法判斷 答案　A 解析　由題給信息可知，容器a中的反應(yīng)與容器b中的反應(yīng)相比

33、，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，則平衡正向移動(dòng)，因此平衡時(shí)容器a中N2的轉(zhuǎn)化率大于容器b中N2的轉(zhuǎn)化率。 考點(diǎn)　化學(xué)平衡的綜合 題點(diǎn)　恒溫恒壓與恒容恒壓條件下平衡的比較 12.(2017·青島高二檢測)相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個(gè)容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分別進(jìn)行合成氨反應(yīng)。下列敘述中錯(cuò)誤的是(　　) A.化學(xué)反應(yīng)速率：乙>甲 B.平衡后N2的濃度：乙>甲 C.H2的平衡轉(zhuǎn)化率：乙>甲 D.平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)：乙>甲 答案　D 解析　因?yàn)橐胰萜髦械脑贤度肓空檬羌椎?倍，故A項(xiàng)正確；假設(shè)開始時(shí)乙容器的體積是甲的2

34、倍(如圖甲、虛擬乙)，再將虛擬乙容器的體積壓縮至與甲相等(如圖乙)， 則在此過程中化學(xué)平衡要向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即N2、H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，它們在平衡混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)減小，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；平衡時(shí)，乙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3濃度大，但乙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，而乙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，故B項(xiàng)正確。 考點(diǎn)　化學(xué)平衡的綜合 題點(diǎn)　恒溫恒容下的平衡比較 13.在容積相同的密閉容器中，分別充入等量的氮?dú)夂蜌錃?，在不同溫度下發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并分別在不同的時(shí)間內(nèi)測定其中

35、NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(y軸所表示的)，繪成圖像如圖所示，請回答下列問題： (1)A、B、C、D、E五點(diǎn)中，肯定未達(dá)平衡的點(diǎn)是_____________________________________ ___________________________________________________。 (2)此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是________熱反應(yīng)。 (3)AC曲線是增函數(shù)曲線，CE曲線是減函數(shù)曲線，試從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的角度分析，并說明理由：___________________________________________________________________

36、 ________________________________________________________________________。 答案　(1)A點(diǎn)、B點(diǎn)　(2)放　(3)AC曲線是增函數(shù)曲線，溫度升高，反應(yīng)速率加快，生成NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增多；CE曲線是減函數(shù)曲線，此反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，達(dá)到平衡后，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低 解析　(1)從圖像中看出C點(diǎn)時(shí)，NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，說明A、B兩點(diǎn)均未達(dá)到平衡。 (2)達(dá)到平衡(C點(diǎn))后，升高溫度，NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，說明此反應(yīng)的正反應(yīng)放熱。 考點(diǎn)　化學(xué)平衡的圖像 題點(diǎn)　百分含量(或質(zhì)量

37、分?jǐn)?shù))—溫度圖像 14.如圖表示298.15 K時(shí)，N2、H2與NH3的平均能量與合成氨反應(yīng)的活化能的曲線圖，據(jù)圖回答下列問題： (1)若反應(yīng)中生成2 mol氨，則反應(yīng)________(填“吸熱”或“放熱”)________kJ。 (2)在圖中曲線________(填“a”或“b”)表示加入鐵觸媒的能量變化曲線，鐵觸媒能加快反應(yīng)速率的原理是_________________________________________________________________ ________________________________________________________

38、________________。 (3)合成氨反應(yīng)中平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系如圖所示。若曲線a對應(yīng)的溫度為500 ℃，則曲線b對應(yīng)的溫度可能是________(填字母)。 A.600 ℃ B.550 ℃ C.500 ℃ D.450 ℃ (4)合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應(yīng)制備。發(fā)生反應(yīng)為CH4(g)＋H2O (g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH>0。一定溫度下，在1 L容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度變化如下表： t/min CH4/mol·L－1 H2O/mol·L－1 CO/mol·L－1 H2/mol·L－1 0 0.

39、2 0.3 0 0 2 n1 n2 n3 0.3 3 n1 n2 n3 0.3 4 0.09 0.19 x 0.33 ①表中x＝________mol·L－1；前2 min內(nèi)CH4的平均反應(yīng)速率為______________。 ②反應(yīng)在3～4 min之間，氫氣的物質(zhì)的量增多的原因可能是________(填字母)。 A.充入水蒸氣 B.升高溫度 C.使用催化劑 D.充入氫氣 答案　(1)放熱　92　(2)b　改變了反應(yīng)的歷程，降低了合成氨反應(yīng)的活化能　(3)D　(4)①0.11　0.05 mol·L－1· min－1　②B 解析　(1

40、)由圖中能量狀態(tài)可知N2與3H2具有的總能量高于2NH3所具有的能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，并且反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，每生成2 mol NH3放出(600－508) kJ＝92 kJ熱量。(2)合成氨反應(yīng)中，加入鐵觸媒后，由于改變了反應(yīng)歷程，使反應(yīng)的活化能降低，從而加快了反應(yīng)速率，故曲線b代表加催化劑后的能量變化曲線。(3)對于合成氨反應(yīng)，當(dāng)其他條件不變時(shí)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)降低。圖像中，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，曲線b對應(yīng)的溫度下平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)大于曲線a對應(yīng)的NH3的體積分?jǐn)?shù)，所以b曲線對應(yīng)的溫度低于a曲線對應(yīng)的溫度。(4

41、) ①前2 min內(nèi)CH4的反應(yīng)速率為v(CH4)＝v(H2)＝×＝0.05 mol·L－1· min－1。由表分析2～3分鐘時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)生成H2的濃度為0.3 mol·L－1。 　　　 　　　 CH4(g)＋H2O (g)CO(g)＋3H2(g) 起始濃度( mol·L－1) 0.2 0.3 0 0 轉(zhuǎn)化濃度( mol·L－1) 0.1 0.1 0.1 0.3 0.1 0.2 0.1 0.3 0.01 0.01 0.

42、01 0.03 0.09 0.19 0.11 0.33 所以x＝0.11 mol·L－1。 ②3 min時(shí)，若充入水蒸氣，平衡向右移動(dòng)，4 min時(shí)，水蒸氣濃度應(yīng)多于0.2 mol·L－1 ；若升高溫度，平衡向右移動(dòng)，反應(yīng)物均減小，生成物均增加，而且變化量正好等于化學(xué)方程式系數(shù)比，該條件符合要求；使用催化劑，平衡不移動(dòng)；充入H2，平衡向左移動(dòng)，生成物濃度均多于2 min時(shí)的濃度。 考點(diǎn)　化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的綜合 題點(diǎn)　相關(guān)概念、規(guī)律、計(jì)算的綜合應(yīng)用 15.科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實(shí)驗(yàn)報(bào)道：在常溫、

43、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH3。進(jìn)一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表(光照、N2壓強(qiáng)1.0×105 Pa、反應(yīng)時(shí)間3 h)： T/K 303 313 323 353 NH3生成量/10－6 mol 4.8 5.9 6.0 2.0 相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下： N2(g)＋3H2O(l)2NH3(g)＋O2(g) ΔH＝765.2 kJ· mol－1 回答下列問題： (1)與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH3生成量的建

44、議： _______________________________________________。 (2)工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。設(shè)在容積為2.0 L的密閉容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(NH3的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比)為。計(jì)算： ①該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率______________________________________________________。 ②該條件下反應(yīng)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常數(shù)為__________

45、_____________。 ③根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)分析，當(dāng)前最有前途的研究發(fā)展方向是________(填字母)。 a.研制耐高壓的合成塔 b.采用超大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn) c.研制耐低溫復(fù)合催化劑 d.探索不用H2和N2合成氨的新途徑 答案　(1)升溫、增大N2濃度、不斷移出生成物 (2)①66.7%?、?.0×10－3 mol2·L－2?、踓 解析　(2)①設(shè)反應(yīng)過程消耗x mol N2(g)。 N2(g)?。?H2(g)2NH3(g) 起始物質(zhì)的量(mol)　 0.60　　 1.60　　 0 平衡物質(zhì)的量(mol)　 0.60－x 1.60

46、－3x 2x 平衡時(shí)反應(yīng)體系總物質(zhì)的量＝(0.60－x)＋(1.60－3x)＋2x mol＝(2.20－2x) mol NH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為2x÷(2.20－2x)＝ 解得，x＝0.40，N2的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%≈66.7%。 ②設(shè)此時(shí)反應(yīng)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常數(shù)為K。平衡時(shí)，[NH3]＝2×0.40 mol÷2.0 L＝0.40 mol·L－1 ，[N2]＝(0.60－0.40) mol÷2.0 L＝0.10 mol·L－1，[H2]＝(1.60－3×0.40) mol÷2.0 L＝0.20 mol·L－1，K＝＝5.0×10－3 mol2·L－2。 考點(diǎn)　化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合 題點(diǎn)　相關(guān)概念、規(guī)律、計(jì)算的綜合應(yīng)用