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1、名校名 推荐 化学反应条件的优化 工业合成氨课时作业1.下面是合成氨的简要流程示意图:沿 x 路线回去的物质是()A.N 2 和 H 2B. 催化剂C.NH 3D.H 2解析 :反应混合气经过合成塔发生反应:N 2 +3H22NH 3,成分变为 N 2 、H2 、NH 3 的混合气体 ,经冷凝 ,NH 3 液化 ,N 2、 H 2 沸点很低 ,未液化 ,故再送入压缩机,循环使用 ,提高原料利用率。答案 :A2.下列说法能够用勒夏特列原理来解释的是 ()A. 加入催化剂可以提高单位时间氨的产量B.高压有利于氨的合成反应C.500 高温比室温更有利于合成氨的反应D.恒温恒容下 ,在合成氨平衡体系中
2、充入He,使压强增大 ,则平衡正向移动,NH 3 增多解析 :A 项中加入催化剂只能增大反应速率,缩短到达平衡的时间,提高 “单位时间 ”的产量 ,不能使化学平衡发生移动。 B 项中合成氨是一个气体体积减小的反应,所以增大压强 ,使平衡正方向移动 ,有利于合成氨 ,符合勒 夏特列原理。 C 项中因为合成氨是一个放热反应,所以从化学平衡移动角度分析 ,应采用较低温度。 500 高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动。采用500 既考虑到温度对速率的影响 ,更主要的是 500 左右催化剂活性最大。D 项中恒温恒容下充He,惰性气体He 不与 N 2、H 2、NH 3 反应。虽总压强增大了 ,实际上平
3、衡体系各成分浓度不变(即分压不变 ),所以平衡不移动,NH 3 的产量不变。答案 :B3.有关合成氨工业的说法中,正确的是 ()A. 从合成塔出来的混合气体,其中氨只占15%, 所以生产氨的工厂的效率都很低B.由于氨易液化 ,氮气和氢气在实际生产中循环使用,所以总体来说氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在500 ,目的是使化学平衡向正反应方向移动D.我国的合成氨厂采用的压强是21075107 Pa,因为该压强下铁触媒的活性最大解析 :虽然从合成塔出来的混合气体中氨只占15%,但由于原料氮气和氢气循环使用和不断分离出液氨 ,所以合成氨的工厂的生产效率还是很高的,因此 A 选项不正确。控制反
4、应温度在500 ,一是为了使反应速率不至于很低,二是因为催化剂在此温度下的活性最大,因此 C 选项不正确。 我国的合成氨厂采用的压强是21075107Pa,并不是因为该压强下铁触媒的活性最大,而是从压强对反应速率和化学平衡的影响来考虑的,因此 D 选项不正确。答案 :B4.反应 N2 (g)+3H 2(g)2NH 3(g) 刚开始时 ,N2的浓度为 3 mol L -1,H 2的浓度为 5 mol L -1,3 min 后测得 NH 3 浓度为 0.6 molL-1,则此时间内 ,下列反应速率表示正确的是()-1-1A. v(NH 3)=0.2 molLs-1-1B.v(N 2)=1.0 mo
5、l Lmin-1-1C.v(H 2)=1.67 mol Lmin1名校名 推荐 -1-1D.v(H )=0.3 mol Lmin2解析 :由化学反应速率定义-1-1。又由 v(NH 3 ) v(H 2)v(N 2)=2 3 1,得,得 v(NH 3)=0.2 mol Lminv(H 2)=-1-1-1-1v(NH 3)=0.3 mol Lmin,v(N 2)=v(NH 3)=0.1 mol Lmin,故 D 正确。答案 :D5.合成氨反应通常控制在 2050 MPa的压强和 500左右的温度 ,且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1 3,经科学测定 ,在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(
6、体积分数 )如下表所示:2060MPa MPa500 19.142.2而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%, 这表明 ()A. 表中所测数据有明显误差B.生产条件控制不当C.氨的分解速率大于预测值D.合成塔中的反应并未达到平衡解析 :表中数据为通过科学实验所得,不可能有明显误差;合成氨连续操作,不可能对生产条件控制不当 ;平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系,因此答案选D 。这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题,并未让合成氨反应达到平衡,因为让反应达到平衡需要一定的时间,时间太长得不偿失。答案 :D6.硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法 ”进行生产。有关接触氧化反应2S
7、O2 +O22SO3 的说法中正确的是 ()A. 只要选择适宜的条件,SO2 和 O2 就能全部转化为 SO3B.该反应达到平衡后,反应就完全停止了 ,即正、逆反应速率均为零C.在达到平衡的体系中,充入由 18 O 原子组成的O2 后 ,SO2 中 18 O 含量减少 ,SO3 中 18 O 含量增多D.在工业合成SO3 时 ,要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题解析 :反应为可逆反应,SO2 和 O2 不能全部转化为SO3,A 错 ;达到平衡后反应不停止,正、逆反应速率相等 ,B 错 ;达到平衡后充入由 18 O 原子组成的 O2 ,平衡向正方向移动,SO3 中 18 O 含量增
8、多 ,因为反应可逆 ,SO2 中 18O 含量也增多 ,C 错 ;D 正确。答案 :D7.对于合成氨的反应来说,使用催化剂和施以高压,下列叙述正确的是()A. 都能提高反应速率,都对化学平衡状态无影响B.都对化学平衡状态有影响,都不影响达到平衡状态所用的时间C.都能缩短达到平衡状态所用的时间,只有压强对化学平衡状态有影响D.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而压强无此作用解析 :对化学反应 N2 (g)+3H 2(g)2NH 3(g), 催化剂和高压均能缩短达到平衡的时间,但只有高压可使平衡向生成 NH 3 的方向移动 ,催化剂不影响化学平衡。答案 :C2名校名 推荐 8.一定温度下 ,
9、向一个容积为2 L的事先装入催化剂的真空密闭容器中通入1 mol N 2 和 3 mol H 2 ,3min 后测得容器压强是起始压强的0.9 倍 ,在此时间内 ,用 H 2 的量的变化来表示该反应的平均反应速率 v(H 2 )是 ()A.0.2 mol-1-1B.0.6 mol-1-1LminLminC.0.1 mol-1-1D.0.3 mol-1-1LminLmin解析 :N2+ 3H22NH 3初始 /mol130转化 /molx3x2x平衡 /mol 1- x3-3x2x=0.9x=0.2 molv(H 2)=0.1 mol-1-1Lmin答案 :C9.某温度下 ,对于反应 N 2 (
10、g)+3H 2(g)2NH 3(g)H =-92.4 kJ mol-1 。N 2 的平衡转化率 ( )与体系总压强 (p)的关系如图所示。下列说法正确的是()A. 将 1.0 mol氮气、 3.0 mol 氢气 ,置于 1 L 密闭容器中发生反应 ,放出的热量为 92.4 kJB.平衡状态由A 变到 B 时 ,平衡常数 K(A)”“v 逆 。(2)由图像知曲线乙中H 2 的反应速率变大 ,结合化学方程式可知 ,增大压强或增大 CO2 浓度均可以加快 H 2 的消耗速率 ,且达平衡时 H 2 的物质的量小于甲 ;使用催化剂尽管可以增大反应速率,但平衡状态应与甲相同;升高温度可增大反应速率,但平衡
11、时 H2 的量应多于甲 ,故 b、d 项符合题意。答案 :(1) (2)bd11.合成氨工业中 ,原料气 (N 2、H 2 及少量 CO、NH 3 的混合气 )在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜( )溶液来吸收原料气中的CO, 其反应是Cu(NH 3)2Ac+CO+NH 3Cu(NH 3)3Ac COH ”“2, 压强增大 ,平衡正向移动 ;500 高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动;采用 500 既考虑到温度对速率的影响,更主要的是500 左右催化剂活性最大。催化剂只改变反应速率,不改变平衡移动 ;生成氨液化并分离出来,减少体系中氨的浓度 ,平衡正向移动。(2) 采用更大压强 ,需要使用承受更大压强的设备,增加了生产成本 ,不经济。 (3)在甲容器中 ,反应的 N2 为 2 mol ,则有甲N 2(g)+3H 2(g)2NH 3 (g)起始 (mol L-1)130转化 (mol L-1)甲甲甲32平衡 (mol L-1)甲甲甲1-3-32K=甲与乙相比 ,相当于在乙平衡的基础上增大压强,平衡正向移动 ,即甲容器中的平衡正向移动程度更大 ,所以 甲 乙 。答案 :(1)BC(2)采用更大压强会要求使用能耐更大压强的设备,从而增加生产成本(其他合理答案也可)(3)5