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

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1、2022-2023版高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學案 魯科版選修4 [學習目標定位]　1.應用化學反應速率和化學平衡原理，會選擇合成氨的適宜條件。2.體會應用化學原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。 一、合成氨反應的限度、速率 1.合成氨反應的特點 合成氨反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K時：ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 (1)可逆性：反應為可逆反應。 (2)體積變化：正反應是氣體體積縮小的反應。 (3)焓變：ΔH<0，熵變ΔS<0。 (

2、4)自發(fā)性：常溫(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進行。 2.提高合成氨反應速率和平衡轉(zhuǎn)化率的條件比較 條件 提高反應速率 提高平衡轉(zhuǎn)化率 綜合結(jié)果 壓強 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 增大反應物濃度 增大反應物濃度，降低生成物濃度 增大反應物濃度，且不斷減少生成物濃度 合成氨反應條件和選擇依據(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3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)　ΔH<0，達到平衡后，為了使H2的轉(zhuǎn)化率

3、增大，下列選項中采用的三種方法都正確的是(　　) A.升高溫度，減小壓強，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 答案　D 解析　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D項正確。 考點　工業(yè)合成氨反應條件的選擇 題點　外界條件對合成氨平衡移動的影響 例2　對于合成氨的反應來說，使用催化劑和施加高壓，下列敘述中正確的是(　　)

4、 A.都能提高反應速率，都對化學平衡狀態(tài)無影響 B.都對化學平衡狀態(tài)有影響，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，只有壓強對化學平衡狀態(tài)有影響 D.催化劑能縮短反應達到平衡狀態(tài)所用的時間，而壓強無此作用 答案　C 解析　對于化學反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，催化劑只能降低反應的活化能，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。高壓能提高反應速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，也能使化學平衡向生成NH3的方向移動。 考點　工業(yè)合成氨反應條件的選擇 題點　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 根據(jù)反應器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強(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，氨及時從混合氣中分離出去 2.問題討論 (1)壓強：目前我國合成氨廠一般采用的壓強在1×107～1×108 Pa，不采用更高壓強的理由是：壓強越大，對設備的要求越高、壓縮H2和N2所需要的動力越大，因此選擇壓強應符合實際科學技術(shù)。 (2)溫度：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理由是 ①合

6、成氨反應為放熱反應，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。 合成氨反應條件和選擇依據(jù) 工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應限度和反應速率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，同時還要考慮設備的要求和技術(shù)條件。 例3　下列有關合成氨工業(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 C.500 ℃左右比室溫更有利于合成氨的反應 D.合成氨時采用循環(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；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；采用循環(huán)操作與平衡移動無關。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 知識總結(jié)　合成氨反應中，反應物的轉(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是很不經(jīng)濟的，應將分離NH3后的未轉(zhuǎn)化的合成氣進行循環(huán)使用，并及時補充N2和H2，使反應物保持一定的濃度，有利于合成氨反應的進行。 例4　已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0的實驗數(shù)據(jù)如下表： 溫度 不同壓強下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)應選擇的溫度是________，理由是__________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)應采用的壓強是________，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 ℃　該反應是放熱反

10、應，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低；在450 ℃反應物轉(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，SO2的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要動力更大，對設備的要求更高 (3)SO2的轉(zhuǎn)化率比較高，達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　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點　合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用 例5　CO可用于合成甲醇，化學方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關系如圖所示。該反應ΔH________(填“>”或“<”)0。實際生產(chǎn)條件控制在250

11、 ℃、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強的理由是____________________________。 答案　<　在250 ℃、1.3×104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟效益低 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、壓強對CO轉(zhuǎn)化率的影響來看，在壓強1.3×104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，但對設備和材料的要求越高，需要的動力更大，會增加投資和能量消耗，不經(jīng)濟。 考點　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點　合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用 1.在合成

12、氨時，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?、凵邷囟取、芙档蜏囟取、莺銣睾闳?，再充入N2和H2 　⑥恒溫恒壓，再充入N2和H2　⑦及時分離產(chǎn)生的NH3?、嗍褂么呋瘎? 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，又要滿足使化學平衡向右移動。從反應速率角度分析，①④⑦三種條件下化學反應速率降低；⑥條件下化學反應速率不變。從平衡移動角度分析：②⑤條件下化學平衡向右移動；⑧條件下化學平衡不移動。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　外界條件對合成

13、氨影響的綜合 2.下列事實能用勒·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時比室溫更有利于合成氨的反應 D.將混合氣體中的氨液化有利于合成氨反應 答案　D 解析　A、B兩項，改變條件平衡均不移動，不能用勒·夏特列原理解釋；C項，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速率問題；D項，將混合氣體中的氨液化，相當于減小了生成物的濃度，平衡正向移動，有利于合成氨反應。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　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，達到平衡后，以下分析正確的是(　　) A.升高溫度，對正反應的反應速率影響更大 B.增大壓強，對正反應的反應速率影響更大 C.減小反應物濃度，對逆反應的反應速率影響更大 D.加入催化劑，對逆反應的反應速率影響更大 答案　B 解析　A項，合成氨反應的正反應是放熱反應，升高溫度，正、逆反應的反應速率都增大，但是溫度對吸熱反應的速率影響更大，所以對該反應來說，對逆反應速率影響更大，錯誤；B項，合成氨的正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強，對正反應的反應速率影響更大，正確；C項，減小反應物濃度，使正反應的速率瞬間減小，由于生成物的濃度沒有變

15、化，所以逆反應速率瞬間不變，然后逐漸減小，故減小反應物濃度，對正反應的反應速率影響更大；錯誤；D項，加入催化劑，對正、逆反應的反應速率的影響相同，錯誤。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　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：3H2＋N22NH3　ΔH<0 (1)合成氨時選擇700 K高溫的目的是______________________________________________ ________________________________________________________________

16、________。 (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并保持體積不變，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________。 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

17、解析　合成氨時選擇700 K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并保持體積不變，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。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　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會使催化劑失去催化能力(催化劑中毒)，因此，

18、在進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，其反應為Cu(NH3)2Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3CO]Ac(正反應為放熱反應) (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反應為氣體體積減小的放熱反應，降低溫度或增大壓強平衡向吸收CO的方向移動，故應采用低溫、高壓作為生產(chǎn)條件。(2)放出CO

19、的反應正好和吸收CO的反應相反，應采用高溫、低壓作為生產(chǎn)條件。 考點　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點　工業(yè)合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用 6.一密封體系中發(fā)生反應：N2＋3H22NH3(正反應為放熱反應)下圖為某一段時間段反應速率與反應進程的曲線關系圖： 回答下列問題： (1)處于平衡狀態(tài)的時間段是________________。 (2)t1、t3、t4時刻，體系中分別是什么條件發(fā)生了改變？____________、____________、____________。 (3)下列時間段中，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　壓強減小 (3)A 解析　本題主要是學會看圖，圖表達的是速率與時間的關系，只要速率不隨時間變化而變化，說明在這條件下反應已經(jīng)達到平衡了。所以處于平衡狀態(tài)的時間段是0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6。從圖中可得t1時刻正、逆反應速率都增大，而且v逆>v正，N2＋3H22NH3(正反應為放熱反應)，故溫度升高，v逆>v正。圖中t3時刻比原來的速率大，而且變化過程中v逆＝v正，說明平衡未被打破，所以應該是催化劑導致的。圖中t4時刻的變化，v′逆、v′正都減小且v′逆>v

21、′正，所以不可能是溫度的影響，應該是壓強減小了，使平衡向逆反應方向移動了。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 [對點訓練] 題組1　合成氨反應適宜條件的選擇 1.1913年德國化學家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當時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?、冖堍莶僮骶欣诤铣砂钡幕瘜W平衡向右移動，提高轉(zhuǎn)化率。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　外界條件對合成氨平衡移動的影響 2.在合成

22、氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，實施下列目的的變化過程中與平衡移動無關的是 (　　) 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 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；合成氨反應是放熱反應，相對較低溫度(700 K)利于反應向右進行，同時該反應是氣體物質(zhì)的量減小的反應，盡可能采取高壓利于正反應，A、C、D都符合平衡移動原理，而使用催化劑僅是為增大反應速率，與平衡無關。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　外界條件對合成氨平衡移動的影響 3.下列有關合成氨工業(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，無需考慮設備、條件 答案　B 解析　合成氨的反應在適宜的生產(chǎn)條件下達到平衡時，原料的轉(zhuǎn)化率并不高，但生成的NH3分離出后，再將未反應的N2、H2循環(huán)利用，這樣處理后，可使氨的產(chǎn)率較高，A項錯誤，B項正確；合成氨工業(yè)選擇700 K左右的溫度，主要從反應速率和催化劑活性兩方面考慮，合成氨的反應

24、是放熱反應，低溫才有利于平衡向正反應方向移動，C項錯誤；不論從反應速率還是化學平衡考慮，高壓更有利于合成氨，但壓強太大，對設備、動力的要求更高，因此選擇20～50 MPa，D項錯誤。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 4.下列有關合成氨工業(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2×107～5×107Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高 答案　C 解析　催化劑可以改變

25、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。 考點　工業(yè)合成氨條件的選擇 題點　外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合 題組2　合成氨反應的圖像題 5.某密閉容器中發(fā)生如下反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。下圖表示該反應的速率(v)隨時間(t)變化的關系，t2、t3、t5時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時加入催化劑 B.t3時降低了溫度 C.t5時增大了壓強 D.t4～t5時間內(nèi)轉(zhuǎn)化率一定最低 答案　A 解析　合成氨反應前后氣體系數(shù)減小，t2后反應速率增大，但平衡沒有移動，說明t2時刻改變的條件是加入了催化劑，化學平衡不移動； t3時刻應是減小壓強，化學平衡向左移動；t5時刻應是升高溫度，化學平衡向左移動；所以t6以后轉(zhuǎn)化率最低。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　速率—時間(v－t)圖像 6.合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0,673 K、30 MPa下，n(NH3)

27、和n(H2)隨時間的變化關系如圖所示。下列說法正確的是(　　) A.c點處反應達到平衡 B.d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)不同 C.其他條件不變，773 K下反應至t1時刻，n(H2)比圖中的d點的值要大 D.a點的正反應速率比b點的小 答案　C 解析　A項，c點是氫氣和氨氣物質(zhì)的量相等的點，該點以后，氫氣的量還在減少，氨氣的量還在增加，故c點沒有達到平衡，A項錯誤；B項，t1和t2兩個時刻反應均處于平衡狀態(tài)，體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化，故d、e兩點氮氣的物質(zhì)的量相等，B項錯誤；C項，773 K>673 K，工業(yè)合成氨為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，氫氣

28、的物質(zhì)的量增大，C項正確；D項，反應達到平衡前，a點反應物濃度大于b點，因此a點的正反應速率比b點的大，D項錯誤。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　物質(zhì)的量—時間圖像 7.在N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的平衡體系中，當分離出NH3時，下列說法正確的是 (　　) A.改變條件后速率－時間圖像如上圖 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，使平衡向正反應方向移動，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　化學反應速率和化學平衡

29、圖像 題點　速率—時間(v－t)圖像 8.某溫度下，對于反應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(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是(　　) A.將1 mol氮氣、3 mol氫氣，置于1 L密閉容器中發(fā)生反應，放出的熱量為92.4 kJ B.平衡狀態(tài)由A變?yōu)锽時，平衡常數(shù)K(A)

30、2.4 kJ，A項錯誤；從狀態(tài)A到狀態(tài)B，改變的是壓強，溫度未發(fā)生變化，所以平衡常數(shù)不變，B項錯誤；該反應是反應前后氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，H2的轉(zhuǎn)化率增大，C項正確；升高溫度，平衡逆向移動，K減小，D項錯誤。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　轉(zhuǎn)化率—壓強圖像 題組3　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 9.合成氨廠所需H2可由焦炭與水反應制得，其中有一步反應為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?、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，平衡不移動；增大CO濃度，平衡向右移動，但CO轉(zhuǎn)化率降低；使用催化劑，平衡不移動，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，CO轉(zhuǎn)化率增大。 考點　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點　合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用 10.據(jù)報道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實： 2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g) 下列敘述錯誤的是(　　) A.使用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率 B.反應需在300 ℃下進行可推測該反應是吸熱反應 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，加熱可以加快化學反應速率，放熱反應也可能在加熱條件下進行，故不正確。 考點　化工生產(chǎn)適宜條件的選擇 題點　合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用 [綜合強化] 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。開始時兩容器的體積相同，則達到平衡時兩容器中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中的反應與容器b中的反應相比

33、，相當于增大壓強，則平衡正向移動，因此平衡時容器a中N2的轉(zhuǎn)化率大于容器b中N2的轉(zhuǎn)化率。 考點　化學平衡的綜合 題點　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，分別進行合成氨反應。下列敘述中錯誤的是(　　) A.化學反應速率：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的體積分數(shù)：乙>甲 答案　D 解析　因為乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A項正確；假設開始時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)， 則在此過程中化學平衡要向正反應方向移動，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數(shù)減小，故C項正確，D項錯誤；平衡時，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項正確。 考點　化學平衡的綜合 題點　恒溫恒容下的平衡比較 13.在容積相同的密閉容器中，分別充入等量的氮氣和氫氣，在不同溫度下發(fā)生反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并分別在不同的時間內(nèi)測定其中

35、NH3的質(zhì)量分數(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五點中，肯定未達平衡的點是_____________________________________ ___________________________________________________。 (2)此可逆反應的正反應是________熱反應。 (3)AC曲線是增函數(shù)曲線，CE曲線是減函數(shù)曲線，試從化學反應速率和化學平衡的角度分析，并說明理由：___________________________________________________________________

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

37、分數(shù))—溫度圖像 14.如圖表示298.15 K時，N2、H2與NH3的平均能量與合成氨反應的活化能的曲線圖，據(jù)圖回答下列問題： (1)若反應中生成2 mol氨，則反應________(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，鐵觸媒能加快反應速率的原理是_________________________________________________________________ ________________________________________________________

38、________________。 (3)合成氨反應中平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與壓強、溫度的關系如圖所示。若曲線a對應的溫度為500 ℃，則曲線b對應的溫度可能是________(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制備。發(fā)生反應為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，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的平均反應速率為______________。 ②反應在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　改變了反應的歷程，降低了合成氨反應的活化能　(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，故該反應為放熱反應，并且反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，每生成2 mol NH3放出(600－508) kJ＝92 kJ熱量。(2)合成氨反應中，加入鐵觸媒后，由于改變了反應歷程，使反應的活化能降低，從而加快了反應速率，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，當其他條件不變時，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡混合物中NH3的體積分數(shù)降低。圖像中，當壓強不變時，曲線b對應的溫度下平衡混合物中NH3的體積分數(shù)大于曲線a對應的NH3的體積分數(shù)，所以b曲線對應的溫度低于a曲線對應的溫度。(4

41、) ①前2 min內(nèi)CH4的反應速率為v(CH4)＝v(H2)＝×＝0.05 mol·L－1· min－1。由表分析2～3分鐘時，反應達到平衡狀態(tài)，此時生成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，若充入水蒸氣，平衡向右移動，4 min時，水蒸氣濃度應多于0.2 mol·L－1 ；若升高溫度，平衡向右移動，反應物均減小，生成物均增加，而且變化量正好等于化學方程式系數(shù)比，該條件符合要求；使用催化劑，平衡不移動；充入H2，平衡向左移動，生成物濃度均多于2 min時的濃度。 考點　化學反應速率與化學平衡的綜合 題點　相關概念、規(guī)律、計算的綜合應用 15.科學家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：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，生成的主要產(chǎn)物為NH3。進一步研究NH3生成量與溫度的關系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、N2壓強1.0×105 Pa、反應時間3 h)： T/K 303 313 323 353 NH3生成量/10－6 mol 4.8 5.9 6.0 2.0 相應的熱化學方程式如下： 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，該方法中固氮反應速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻俾是以龃驨H3生成量的建

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

45、_____________。 ③根據(jù)合成氨反應的特點分析，當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　③c 解析　(2)①設反應過程消耗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 平衡時反應體系總物質(zhì)的量＝(0.60－x)＋(1.60－3x)＋2x mol＝(2.20－2x) mol NH3(g)的物質(zhì)的量分數(shù)為2x÷(2.20－2x)＝ 解得，x＝0.40，N2的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%≈66.7%。 ②設此時反應2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常數(shù)為K。平衡時，[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　化學反應速率和化學平衡的綜合 題點　相關概念、規(guī)律、計算的綜合應用