2019-2020年高中化學第二章化學反應的方向限度與速率第四節(jié)化學反應條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨學案魯科版.doc

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2019-2020年高中化學第二章化學反應的方向限度與速率第四節(jié)化學反應條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨學案魯科版 [課標要求] 1．了解如何應用化學反應速率和化學平衡原理分析合成氨的適宜條件。 2．了解應用化學反應原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗實際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異。 3．認識化學反應速率和化學平衡的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。 1．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJmol－1。理論上增大 反應物濃度和增大壓強及時分離出NH3及降低溫度有利于氨氣的合成。 2．升高溫度，增大壓強，加入合適催化劑能提高化學反應速率。 3．結(jié)合實際生產(chǎn)，合成氨一般選擇鐵做催化劑，控制反應溫度700 K 左右，高壓且n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8。 1．反應原理 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　298 K時，ΔH＝－92.2 kJmol－1　ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。 2．反應特點 合成氨反應是一個能自發(fā)進行的、放熱的、氣體體積減小的可逆反應。 3．有利于氨生成的措施 (1)降低溫度、增大壓強有利于化學平衡向生成氨的方向移動。 (2)在一定的溫度和壓強下，反應物中N2和H2的體積比為1∶3時平衡混合物中氨的含量最高。 1．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒夏特列原理解釋的是(　　) A．使用鐵觸媒，有利于N2和H2反應合成氨 B．高壓比常壓條件更有利于合成氨反應 C．500 ℃左右比室溫更有利于合成氨反應 D．合成氨時采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率 解析：選B　催化劑不影響平衡移動；合成氨反應的正反應是氣體分子數(shù)減小的反應，高壓條件有利于平衡正向移動；工業(yè)合成氨采用500 ℃是綜合考慮反應速率、轉(zhuǎn)化率及催化劑的活性溫度后確定的；采用循環(huán)操作與平衡移動無關(guān)。 2．利用原料氣在合成塔中合成氨時，為提高N2的轉(zhuǎn)化率所采取的措施是(　　) A．高溫　　　　　　　　 B．高壓 C．使用催化劑 D．增大N2的濃度 解析：選B　提高N2的轉(zhuǎn)化率應使平衡向右移動，使用催化劑對平衡無影響，升高溫度平衡向左移動，高壓和增大N2的濃度平衡向右移動，但增大N2的濃度，N2的轉(zhuǎn)化率會 降低。 1．外界條件對速率的影響 (1)濃度 在特定條件下，合成氨反應的速率與參加反應的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式為v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，由關(guān)系式可知，增大N2或H2的濃度，減小NH3的濃度，都有利于提高合成氨的速率。 (2)催化劑 使用催化劑，可顯著降低反應的活化能，使反應速率提高上萬億倍。 (3)溫度 溫度對合成氨反應的速率也有顯著影響：溫度越高，反應進行得越快。 (4)壓強 壓強越大，反應進行得越快。 2．合成氨反應條件的選擇依據(jù) 工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應速率和反應限度兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應速率，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量，同時還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。 提高反應的平衡轉(zhuǎn)化率 提高化學反應速率 性質(zhì) 措施 性質(zhì) 措施 放熱 低溫 活化能高 使用合適 的催化劑 分子數(shù)減小 高壓 低溫時反 應速率低 高溫 反應可逆 原料循 環(huán)利用 原料氣濃度增大 能提高反應速率 增大原 料氣濃度 氨氣濃度增加 能降低反應速率 分離氨 (1)升高溫度能提高化學反應速率，但工業(yè)合成氨溫度不能太高的主要原因是什么？ 提示：溫度太高，催化劑活性減弱。 (2)工業(yè)合成氨中為達到最大平衡轉(zhuǎn)化率，反應物的投料n(N2)∶n(H2)＝？ 提示：n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8。 實際生產(chǎn)中合成氨的適宜條件 1．壓強：壓強越大越有利于合成氨，但在實際生產(chǎn)中，應根據(jù)反應設(shè)備可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強，大致分為低壓、中壓和高壓三種類型，一般采用高壓。 2．溫度：溫度越高，反應速率越大，但不利于氨的合成，在實際生產(chǎn)中一般控制反應溫度在700 K左右(且在此溫度時催化劑的活性最大)。 3．催化劑：使用催化劑可以大幅度提高反應速率，合成氨生產(chǎn)一般選擇鐵做催化劑。 4．濃度：合成氨生產(chǎn)通常采用N2和H2物質(zhì)的量之比為1∶2.8的投料比，并且及時將氨氣從反應混合物中分離出去。 5．為提高平衡轉(zhuǎn)化率，工業(yè)合成采用原料的循環(huán)利用。 1．在合成氨反應中使用催化劑和施加高壓，下列敘述中正確的是(　　) A．都能提高反應速率，都對化學平衡無影響 B．都對化學平衡有影響，但都不影響達到平衡狀態(tài)所用的時間 C．都能縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，只有施加高壓對化學平衡有影響 D．使用催化劑能縮短反應達到平衡狀態(tài)所用的時間，而施加高壓無此效果 解析：選C　對于反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，使用催化劑只能提高反應速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，不能使化學平衡發(fā)生移動。施加高壓既能提高反應速率，使反應達到平衡狀態(tài)所用的時間縮短，也能使化學平衡向生成NH3的方向移動。 2．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中，正確的是(　　) A．從合成塔出來的混合氣體，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)的反應溫度控制在700 K左右，目的是使化學平衡向正反應方向移動 D．合成氨廠采用的壓強越大，產(chǎn)率越高，無需考慮設(shè)備、條件 解析：選B　合成氨反應在適宜的生產(chǎn)條件下達到平衡時，原料的轉(zhuǎn)化率并不高，但將生成的NH3分離出來后，再將未反應的N2、H2循環(huán)利用，經(jīng)過這樣的處理后，可使合成氨的產(chǎn)率提高，據(jù)此可知A項錯誤，B項正確；合成氨工業(yè)選擇700 K左右的反應溫度，是綜合了多方面的因素確定的，合成氨反應的正反應是放熱反應，低溫才有利于平衡向正反應方向移動，故C項錯誤；無論是從反應速率還是從化學平衡方面考慮，高壓更有利于合成氨，但壓強越大，對設(shè)備、動力的要求越高，故D項錯誤。 3．在合成氨時，既要使氨的產(chǎn)率增大，又要使化學反應速率增大，可以采取的措施有(　　) ①增大體積使壓強減小?、跍p小體積使壓強增大　③升高溫度?、芙档蜏囟取、莺銣睾闳?，再充入等量的N2和H2　⑥恒溫恒壓，再充入等量的N2和H2?、呒皶r分離產(chǎn)生的NH3　⑧使用正催化劑 A．①④⑤⑦　　　　　　 B．②③④⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑥⑧ 解析：選C　要使氨的產(chǎn)率增大，平衡右移，增大壓強和降低溫度、增大N2和H2的濃度、及時分離產(chǎn)生的NH3均可，要使化學反應速率增大，增大壓強、升高溫度、增大N2和H2的濃度、使用正催化劑，因此符合要求的是②⑤。 [三級訓練節(jié)節(jié)過關(guān)]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．在一定條件下，合成氨反應的速率與各物質(zhì)的濃度關(guān)系為v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，下列條件不能加快反應速率的是(　　) A．加入催化劑　　　　　　 B．增大H2的濃度 C．升高溫度 D．增大NH3的濃度 解析：選D　加入催化劑、升高溫度均能加快反應速率，由速率方程知增大H2的濃度反應速率加快，增大NH3的濃度速率減慢。 2．合成氨工業(yè)上采用了循環(huán)操作，主要原因是(　　) A．加快反應速率 B．提高NH3的平衡濃度 C．降低NH3的沸點 D．提高N2和H2的利用率 解析：選D　合成氨反應是可逆反應，采取循環(huán)操作的主要目的是提高N2和H2的利 用率。 3．工業(yè)上合成氨一般采用700 K左右的溫度，其原因是(　　) ①適當提高氨的合成速率?、谔岣逪2的轉(zhuǎn)化率?、厶岣甙钡漠a(chǎn)率?、艽呋瘎┰?00 K時活性最高 A．只有① B．①② C．②③④ D．①④ 解析：選D　合成氨反應為放熱反應，溫度升高，轉(zhuǎn)化率降低，但反應速率加快，同時要考慮催化劑的活性。 4．在合成氨工業(yè)中，下列措施不能使化學平衡向右移動的是(　　) ①不斷將NH3分離出來　②使用催化劑?、鄄捎?00 K左右的高溫?、懿捎?107～5107 Pa的壓強 A．①④ B．②③ C．①③ D．②④ 解析：選B?、贉p小生成物濃度，有利于化學平衡向正反應方向移動，所以不斷將氨氣分離出來有利于化學平衡向右移動；②使用催化劑能同等程度地加快正、逆反應速率，不能改變化學平衡，所以平衡不移動；③由于合成氨反應的正反應是放熱反應，升高溫度平衡向左移動，所以采用700 K左右的高溫，不利于化學平衡向右移動；④由于合成氨反應的正反應為氣體分子數(shù)減小的反應，故增大壓強有利于平衡向右移動。綜上所述，②③不能使化學平衡向右移動。 5．已知工業(yè)合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJmol－1。 (1)一定溫度下，在容積恒定的密閉容器中，一定量的N2和H2反應達到平衡后，改變某一外界條件，反應速率與時間的關(guān)系如圖所示，其中t2、t4、t7時刻所對應的實驗條件改變分別是t2________，t4________，t7________。 (2)溫度為T ℃時，將2a mol H2和a mol N2放入0.5 L密閉容器中，充分反應達平衡后測得N2的轉(zhuǎn)化率為50%，此時放出熱量46.1 kJ，則該溫度下反應的平衡常數(shù)為________。 解析：(1)t2時刻正反應速率瞬間增大，逆反應速率瞬間未變化，平衡正向移動，應是增大了反應物的濃度；t4時刻速率變大，但平衡未發(fā)生移動，應是加入了催化劑；t7時刻正、逆反應速率都瞬間減小后平衡正向移動，應是降低了溫度。 (2)三段式計算： 　　　　　　　　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 起始物質(zhì)的量 濃度/(molL－1): 2a 4a 0 轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量 濃度/(molL－1): a 3a 2a 平衡物質(zhì)的量 濃度/(molL－1): a a 2a 平衡時放出熱量46.1 kJ，則平衡時N2轉(zhuǎn)化了0.5 mol,0.5a mol＝0.5 mol，a＝1.0。 K＝＝4.0(molL－1)－2。 答案：(1)增大N2或H2的濃度　加入催化劑　降溫 (2)4.0(molL－1)－2 1．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速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動 B．升高溫度可以加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動 C．增大壓強能縮短到達平衡狀態(tài)所用的時間 D．合成氨采用的壓強是2107～5107 Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高 解析：選C　催化劑可以改變反應速率，但不能使平衡移動，只能縮短反應達到平衡所需的時間，A項錯誤；升高溫度可以加快反應速率，但合成氨反應是放熱反應，因此升高溫度不利于化學平衡向合成氨的方向移動，B項錯誤；增大壓強加快反應速率，C項正確；催化劑的活性取決于溫度的高低，而非取決于壓強的大小，D項錯誤。 2．合成氨反應使用催化劑的理由是(　　) A．使逆反應不發(fā)生 B．使平衡向正反應方向移動 C．加快正、逆反應速率，縮短達到平衡的時間 D．提高原料的轉(zhuǎn)化率 解析：選C　使用催化劑，加快反應速率，縮短達到平衡時間，但平衡不移動。 3．合成氨時，既要使H2的轉(zhuǎn)化率增大，又要使反應速率增大，可采取的方法是(　　) A．補充H2　　　　　　　　 B．升高溫度 C．增大壓強 D．使用催化劑 解析：選C　合成氨反應是放熱、氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的反應，補充H2、升高溫度、增大壓強、使用催化劑都能使反應速率增大，但補充H2會使H2的轉(zhuǎn)化率減??；升高溫度使平衡左移，H2的轉(zhuǎn)化率減??；使用催化劑，平衡不移動，H2的轉(zhuǎn)化率不變；只有增大壓強會使平衡右移，H2的轉(zhuǎn)化率增大。 4．如圖所示是合成氨的簡要流程示意圖，圖中沿x路線到壓縮機的物質(zhì)是(　　) A．N2和H2 B．催化劑 C．N2 D．H2 解析：選A　在合成塔中氨的產(chǎn)率較低，有大量未反應的N2和H2，為提高原料的利用率，將未反應的原料氣循環(huán)利用。 5．下列措施不能使合成氨反應的速率增大的是(　　) A．升高溫度 B．降低溫度 C．使用催化劑 D．及時分離出NH3 解析：選B　在特定條件下，合成氨反應的速率與參與反應的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式為v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，可知及時分離出NH3能提高合成氨反應的速率；升高溫度、使用催化劑能提高合成氨反應的速率。 6.合成氨反應達到平衡時，NH3的體積分數(shù)與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖分析合成氨工業(yè)最有前途的研究方向是(　　) A．提高分離技術(shù) B．研制耐高壓的合成塔 C．研制低溫催化劑 D．探索不用N2和H2合成氨的新途徑 解析：選C　由題圖可知，NH3的體積分數(shù)隨著溫度的升高而顯著下降，故要提高NH3的體積分數(shù)，必須降低溫度，但目前所用催化劑鐵觸媒的活性最高時的溫度為700 K，故最有前途的研究方向為研制低溫催化劑。 7．一定條件下，將10.0 mol H2和1.0 mol N2充入恒容密閉容器中，發(fā)生反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并達到平衡狀態(tài)，則H2的轉(zhuǎn)化率可能是(　　) A．15% B．30% C．35% D．75% 解析：選A　對可逆反應而言，任何一種物質(zhì)都不能完全轉(zhuǎn)化。利用“極限法”，假設(shè)N2完全轉(zhuǎn)化，則消耗的H2的物質(zhì)的量為n(H2)＝3n(N2)＝3.0 mol，但事實上，N2是不可能完全轉(zhuǎn)化的，因而消耗的H2的物質(zhì)的量一定小于3.0 mol，故H2的轉(zhuǎn)化率α(H2)<100%＝30%。 8．下列關(guān)于N2＋3H22NH3反應速率與時間的關(guān)系圖中，縱坐標為反應速率v，橫坐標為時間t，當反應達到平衡后，條件發(fā)生改變與速率變化的關(guān)系中不符合實際的是(　　) 解析：選A　合成氨反應的化學方程式的特點是：體積縮小、放熱反應，所以加壓和降溫有利于化學平衡向著生成氨氣的方向移動。達到化學平衡后，若升高溫度，化學平衡左移，實際上此時是逆反應速率大于正反應速率，所以A圖像錯誤；如果給體系加壓，體系中所有物質(zhì)的濃度都增大，所以正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大的幅度大于逆反應速率增大的幅度，所以B圖像正確；使用催化劑不會使化學平衡發(fā)生移動，只能改變化學反應速率，所以C圖像也是正確的；補充N2和H2，則平衡體系中反應物的濃度增加，所以正反應速率增大，分離出NH3，產(chǎn)物的濃度降低，所以逆反應速率減小，所以D圖像正確。 9．在密閉容器內(nèi)，使1 mol N2與3 mol H2混合發(fā)生下列反應：3H2＋N22NH3　ΔH<0 (1)合成氨時選擇500 ℃高溫的目的是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)當反應達到平衡時，N2和H2的濃度比是________。 (3)當達到平衡時，充入氬氣，并保持體積不變，平衡將________移動。 (4)當達到平衡時，充入氬氣，并保持壓強不變，平衡將________移動，反應速率將________。 (5)當達到平衡時，充入N2并保持壓強不變，平衡將________移動。 (6)當達到平衡時，保持體積不變，升高溫度時，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量________，密度________。 解析：合成氨時選擇500 ℃高溫可以加快反應速率，而且工業(yè)上用的催化劑在該溫度時活性最大；因為初始和轉(zhuǎn)化的N2和H2的濃度比都是1∶3，所以當反應達到平衡時，N2和H2的濃度比是1∶3；平衡時保持體積不變，充入氬氣平衡不移動；保持壓強不變充入氬氣，容器體積變大，反應速率將變小，平衡逆向移動；充入N2并保持壓強不變，平衡將正向移動；保持體積不變，升高溫度時，平衡逆向移動，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。 答案：(1)加快反應速率，工業(yè)上用的催化劑在該溫度時活性最大　(2)1∶3　(3)不　(4)逆向　變小 (5)正向　(6)減小　不變 10．下表的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度和壓強下，平衡混合物中NH3含量的變化情況。 達到平衡時平衡混合物中NH3的含量(體積分數(shù))c(投料V(N2)∶V(H2)＝1∶3] NH3的含量/%壓強/MPa溫度/℃ 0.1 10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4 (1)比較200 ℃和300 ℃時的數(shù)據(jù)，可判斷升高溫度，平衡向________(填“正反應”或“逆反應”)方向移動，正反應方向為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。 (2)根據(jù)平衡移動原理，合成氨適宜的條件是____________________________________。 A．高溫高壓 B．高溫低壓 C．低溫高壓 D．低溫低壓 (3)計算500 ℃，30 MPa時N2的轉(zhuǎn)化率________。 (4)實際工業(yè)生產(chǎn)氨時，考慮濃度對化學平衡的影響，及500 ℃對反應速率的影響，還采取了一些措施請分別寫出其中的一個措施：________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)表中數(shù)據(jù)表明：恒壓時，升高溫度，w(NH3)減小，說明平衡逆向移動，則正反應為放熱反應。 (2)由反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，合成氨適宜條件是低溫、高壓，此時平衡右移，反應物轉(zhuǎn)化率大。 (3)假設(shè)N2的用量為1 mol，H2的用量為3 mol，N2的消耗量為x mol，則： 　　　　　　N2(g)　＋　3H2(g)2NH3(g) 初始量(mol) 1 3 0 轉(zhuǎn)化量(mol) x 3x 2x 平衡量(mol) 1－x 3－3x 2x 得：100%＝26.4% x＝0.4177 α(N2)＝100%＝41.77%。 (4)增大反應物濃度或降低產(chǎn)物濃度有利于平衡右移；低溫時雖然有利于化學反應正向進行，但速率較小，為提高化學反應速率，500 ℃時加入合適的催化劑(鐵)，既提高化學反應速率，又使鐵的催化性能最好。 答案：(1)逆反應　放熱 (2)C　(3)41.77% (4)加過量N2或及時從平衡體系中移走NH3，選擇合適的催化劑(如鐵) 1．可逆反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，達到平衡后，為了使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，下列選項中采用的三種方法正確的是(　　) A．升高溫度、降低壓強、增加氮氣 B．降低溫度、增大壓強、加入催化劑 C．升高溫度、增大壓強、增加氮氣 D．降低溫度、增大壓強、分離出部分氨氣 解析：選D　要使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，需使平衡向正反應方向移動，根據(jù)合成氨反應的特點，由于正反應為放熱反應，需降低溫度；正反應為氣體總體積減小的反應，需增大壓強；另外還可通過及時分離出部分氨氣，減小生成物濃度的方法，促使平衡右移，故選D。 2．下列說法能夠用平衡移動原理來解釋的是(　　) A．加入催化劑可以提高單位時間氨的產(chǎn)量 B．高壓有利于氨的合成反應 C．500 ℃高溫比室溫更利于合成氨的反應 D．恒溫恒容下，在合成氨平衡體系中充入He，使壓強增大，則平衡正向移動，NH3增多 解析：選B　A項，加入催化劑只能加快反應速率，縮短到達平衡的時間，提高“單位時間”的產(chǎn)量，不能使化學平衡發(fā)生移動；B項，合成氨是一個氣體體積減小的反應，所以增大壓強，使平衡正向移動，有利于合成氨，符合平衡移動原理；C項，因為合成氨是一個放熱反應，所以從化學平衡移動角度分析，應采用較低溫度，500 ℃高溫較室溫不利于平衡向合成氨方向移動，采用500 ℃既考慮到溫度對速率的影響，更主要的是500 ℃左右催化劑活性最大；D項，恒溫恒容下充入He，He不與N2、H2、NH3反應，雖總壓強增大了，實際上平衡體系各成分濃度不變，平衡不移動，NH3的產(chǎn)量不變。 3．某條件下合成氨反應達平衡時氨的體積分數(shù)為25%，若反應前后條件保持不變，則反應后縮小的氣體體積與原反應物的體積之比是(　　) A.　　　　　　　　　　 B. C. D. 解析：選A　設(shè)起始時H2為a mol、N2為b mol，平衡時NH3為x mol，則 　　　　　　3H2 ＋ N2  2NH3 起始(mol): a b 0 平衡(mol)：　　a－ b－ x 依題意可得：100%＝25% 化簡得：＝ 解得：＝，即反應后縮小的氣體的物質(zhì)的量與原反應物的總物質(zhì)的量之比為。根據(jù)相同條件下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，反應后縮小的氣體體積與原反應物的體積之比為。 4．工業(yè)合成氨的正反應是放熱反應，下列關(guān)于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應的圖像中，錯誤的是(　　) 解析：選C　合成氨的正反應是放熱反應，升高溫度正、逆反應速率都增大，但逆反應速率增大的程度大，A正確；在T1時φ(NH3)最大，達到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動，φ(NH3)減小，B正確，C錯誤；增大壓強，平衡正向移動，φ(NH3)增大，D正確。 5．合成氨反應的正反應是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的放熱反應。合成氨工業(yè)的生產(chǎn)流程如圖所示。 下列關(guān)于合成氨工業(yè)的說法中不正確的是(　　) A．將混合氣體進行循環(huán)利用符合綠色化學思想 B．合成氨反應需在低溫下進行 C．對原料氣進行壓縮是為了增大原料氣的轉(zhuǎn)化率 D．使用催化劑可以提高反應速率，但不能使平衡向正反應方向移動 解析：選B　混合氣的循環(huán)利用可以提高原料的利用率，減少污染和浪費，符合綠色化學思想，A項正確；低溫有利于提高原料的轉(zhuǎn)化率，但不利于提高反應速率和催化劑發(fā)揮催化作用，故合成氨不采用低溫條件，B項錯誤；增大壓強，平衡正向移動，提高了原料的轉(zhuǎn)化率，C項正確；催化劑只能改變反應速率，不能使平衡發(fā)生移動，D項正確。 6．合成氨所需的氫氣可用煤和水作原料經(jīng)多步反應制得，其中的一步反應為： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0 反應達到平衡后，為提高CO的轉(zhuǎn)化率，下列措施中正確的是(　　) A．增加壓強　　　　　　 B．降低溫度 C．增大CO的濃度 D．更換催化劑 解析：選B　選項A，該反應為反應前后氣體分子數(shù)相等的反應，壓強對CO的轉(zhuǎn)化率無影響；選項B，該反應為放熱反應，降低溫度有利于化學平衡向右移動，提高CO的轉(zhuǎn)化率；增大CO的濃度會降低CO的轉(zhuǎn)化率；選項D，更換催化劑不能使化學平衡發(fā)生移動。 7.對于密閉容器中的反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時間變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是(　　) A．a(chǎn)點的正反應速率比b點的大 B．c點處反應達到平衡狀態(tài) C．d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)不一樣 D．其他條件不變，溫度為773 K時反應至t1時刻，n(H2)比圖中d點的值小 解析：選A　由圖可以看出，N2和H2反應生成氨氣，開始時正反應速率最大，A項正確；c點時H2和NH3的物質(zhì)的量相等，但二者的含量還在變化，沒有達到平衡狀態(tài)，B項錯誤；t1時反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)相同，C項錯誤；773 K高于673 K，升溫后平衡逆向移動，t1時刻n(H2)在773 K時比673 K時的多，D項錯誤。 8.在反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的平衡體系中，當恒溫恒壓條件下t1時刻分離出NH3時，下列說法正確的是(　　) A．t1時刻后的速率變化如圖所示 B．t1時刻后達到新平衡前Q>K C．新平衡體系中NH3的含量增大 D．N2的平衡轉(zhuǎn)化率增大 解析：選D　分離出NH3，使體系中NH3的含量減小，則達到新平衡前Qv(逆)，平衡向正反應方向移動，故N2的平衡轉(zhuǎn)化率增大。 9．工業(yè)合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應過程中的能量變化如圖所示，據(jù)圖回答下列問題： (1)該反應通常用活性鐵作催化劑，加活性鐵會使圖中B點____________(填“升高”或“降低”)，理由是______________________________________________________。 (2)450 ℃時該反應的平衡常數(shù)________500 ℃時的平衡常數(shù)(填“<”“>”或“＝”)。 (3)一定條件下的密閉容器中，該反應達到平衡，要提高H2的轉(zhuǎn)化率，可以采取的合理措施有________(填字母代號)。 a．高溫高壓　　b．加入催化劑　　c．增加N2的濃度　d．增加H2的濃度　　e．分離出NH3 解析：(1)催化劑能降低反應的活化能；(2)該反應正向為放熱反應，低溫有利于平衡正向移動，450 ℃時反應正向進行的程度大，即450 ℃對應的平衡常數(shù)K大；(3)高溫使化學平衡逆向移動，H2轉(zhuǎn)化率降低，a不合理；催化劑對平衡無影響，b不合理；增加N2的濃度可以提高H2的轉(zhuǎn)化率，c可以；d降低H2的轉(zhuǎn)化率；分離出NH3，有利于平衡右移，e可以。 答案：(1)降低　催化劑能降低反應活化能 (2)>　(3)ce 10．工業(yè)合成氨是在一定條件下進行如下反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.44 kJmol－1， 其部分工藝流程如圖所示： 反應體系中各組分的部分性質(zhì)見下表 氣體 氮氣 氫氣 氨 熔點/℃ －210.01 －259.77 －77.74 沸點/℃ －195.79 －252.23 －33.42 回答下列問題： (1)寫出該反應的化學平衡常數(shù)表達式：K＝________。隨著溫度的升高，K值____________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (2)K值越大，表明________(填字母)。 A．其他條件相同時N2的轉(zhuǎn)化率越高 B．其他條件相同時NH3的產(chǎn)率越大 C．原料中N2的含量越高 D．化學反應速率越快 (3)在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程，即反應后通過把混合氣體的溫度降低到________使________分離出來；繼續(xù)循環(huán)的氣體是________。 解析：(1)由化學方程式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知，K＝，此反應ΔH<0，說明正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，即向左移動，[NH3]減小，[N2]和[H2]增大，故K減小。(2)K值越大，說明[NH3]越大，[N2]和[H2]就越小，說明反應進行的程度大，故其他條件相同時N2的轉(zhuǎn)化率越高，NH3的產(chǎn)率越大。(3)根據(jù)物質(zhì)的熔、沸點可知，氨氣容易液化，使其分離可使平衡正向移動，剩余N2和H2循環(huán)使用，以提高產(chǎn)率。 答案：(1)　減小　(2)A、B (3)－33.42 ℃　氨　N2和H2