鲁科版2015-2016学年高中化学选修4课时作业 第二章 第4节 化学反应条件的优化-工业合成氨（含答案+解析）

第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
一、选择题（本题包括7小题，每小题6分，共42分）
1. 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NH3只占15%，所以生产氨的工厂效率都很低
B.由于氨易液化，N2.H2在实际生产中是循环使用，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℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D.合成氨厂采用的压强是20～50 Mpa，因为该压强下铁触媒的活性最大
答案：B
解析：本题主要是理解合成氨的过程，以及温度、浓度、催化剂等对该反应的影响，不难选出答案。
2 .在一定条件下将含1 mol NH3的体积不变的密闭容器加热，发生反应2NH33H2＋N2，一段时间后达到平衡，此时NH3的体积分数为　x %，若在容器中再加入1 mol NH3后密封，加热到相同温度，使反应达到平衡，设此时NH3的体积分数为 y %，则x 和 y 的关系正确的是（ ）
A.x y 　　　 C. x＝y 　　 D. x≥y
答案：A
解析：体积不变的密闭容器，多加NH3后相当于加压，使平衡向气体体积系数缩小的方向移动，所以NH3的体积分数会大一点，即有.x 3 .在体积可变的密闭容器中，反应mA(g)＋nB(s)pC(g)达到平衡后，压缩容器的体积，发现A的转化率随之降低。下列说法中，正确的是（C）
A.(m＋n)必定小于p B.(m＋n)必定大于p 　C.m必定小于p 　D.m必定大于p
答案：C
解析：压缩容器的体积，A的转化率降低，说明压强增大时平衡向逆反应方向移动，逆反应是气体体积（气体系数）缩小的反应，即m4.将V1 L的H2和V2 L的N2在一 ( http: / / www.21cnjy.com )定条件下发生反应，达到平衡后，混合气体总体积为V3 L（气体体积均在相同条件下测定），则生成NH3的体积是（）
A.（V1＋V2－V3）L 　B.（ ( http: / / www.21cnjy.com )V1＋V2＋V3）L C.（V1＋V2－2V3）L D.[V3－（V1＋V2）] L
答案：A
解析： N2 ＋ 3H2 2NH3 ΔV
1 3 2 2
（V1＋V2－V3）L
根据比例即可得到答案。
5 .A、B、C、D四种物质皆易溶于水，且在水溶液中存在如下化学平衡，加入水稀释后，平衡向正反应方向移动的是（B）
A.A＋BC＋D B.A＋H2OC＋D C.A＋BC＋H2O D.A＋2B＋H2C
答案：B
解析：选项A中：加水稀释后，A、B、C、D ( http: / / www.21cnjy.com )四种物质被同等程度稀释，所以平衡不移动；选项B中，加水稀释后，A、C、D三种物质的浓度均减小，但水并未变，所以C和D的有效碰撞几率显著下降，A与水的却不显著。（对于该反应，也可作如下分析，加水后，水在混合体系中的百分含量增加，相当于水的“浓度”增加，所以平衡向右移动）；同理，选项C中，加水后平衡应左移。选项D中是一个非可逆反应，加水后平衡不移动。
6.某温度时，把1 mol ( http: / / www.21cnjy.com ) N2O4气体通入体积为10 L的真空密闭容器中，立即出现棕色，反应进行4 s时NO2的浓度为0.04 mol·L－１，再经过一定时间后，反应达到平衡，这时容器内压强为开始时的1.8倍。则下列说法正确的是（ ）
A.前4 s中以N2O4的浓度变化表示的平均反应速率为0.01 mol·L－１·s－１
B.在4 s时容器内的压强为开始时的1.2倍
C.在平衡时容器内含N2O4 0.4 mol
D.在平衡时容器内含NO2 1.6 mol
答案：BD
解析：因为出现红棕色，所以说生成了NO2气体。2NO2N2O4，4s时，生成的NO2的物质的量是c(NO2)V＝0.04 mol·L－１10L＝0.4 mol，则消耗的N2O4是0.2 mol，剩余的N2O4是0.8 mol，这时混合气体的总物质的量是0.4 mol ＋0.8 mol＝1.2 mol。由压强之比等于物质的量之比可知，4s时容器压强为开始时1.2倍，前4s中，v(N2O4)＝=0.005 mol L－１ s－１ ；平衡时，混合气体总物质的量＝1 mol1.8＝1.8 mol，设这时容器中共有NO2的物质的量为x，则剩余N2O4的物质的量应是1 mol－x/2，则（1 mol－x/2）＋x＝1.8 mol，x=1.6 mol，则剩余N2O4的物质的量是1 mol－1.6mol/2＝0.2 mol。
7.在一密闭容器中，反应mA(g) nC(g) ＋nB(g)达平衡后，保持温度不变，将容器容积压缩到原来的一半，当达到新的平衡时，B和C的浓度均是原来的1.8倍，则（）
A.平衡向逆反应方向移动了　　　　　　　　　B.物质A的转化率增加了
C.物质C的质量分数增加了　　　　　　　　　D.m>2n
答案：A
【解析】由于c＝n/V，当V变为原来的 ( http: / / www.21cnjy.com )一半时，如果平衡不发生移动，则n不变，c必然是原来的２倍。现在B和C的浓度均是原来的1.8倍，则说明B和C均减少，进而推知平衡向左移动。而物质C的质量分数等于C的质量占混合体系总质量的百分数，而总质量不变，所以C的质量分数减小，物质A的量增加，所以A的转化率减小。而增加压强，平衡向气体体积减小的方向移动，所以m<2n。
二、非选择题（本题包括4个大题，共58分）
8. 在298K时，合成氨反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） △H ＝－92.2kJ/mol。在该条件下向一绝热的密闭的容器中加入1mol N2和3mol H2，使之充分反应，测得放出的热量总是小于92.2kJ，其主要原因是 。
答案：该反应是可逆反应，1mol N2和3mol H2不能完全反应到底。
解析：由于该反应是可逆反应，结合可逆反应的特点：反应永远不能进行到底，得到测得放出的热量总是小于92.2kJ。
9.在容积相同的不同密闭容器中内，分别充入同量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应：，并分别在t0秒时测定其中NH3的体积分数[x(NH3)]，绘成如图的曲线。
（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是_____________。
（2）此可逆反应的正反应是____热反应。
（3）AC段曲线是增函数，CE段曲线是减函数，
试从化学反应速率和化学平衡角度说明理由。
答案：（1）A、B （2）放热
解析：C点左侧因x(NH3)不断增 ( http: / / www.21cnjy.com )大，所以反应尚未达到化学平衡，即图中A、B点为尚未达到化学平衡的点。C点则为刚好达到平衡的点。右侧则以化学平衡移动为主，因升温，NH3的体积分数逐渐降低，平衡向左移动，所以正反应为放热反应。
10.一密封体系中发生反应：N2＋3H22NH3（正反应为放热反应）下图为某一段时间段反应速率与反应进程的曲线关系图：
回答下列问题：（１）处于平衡状态的时间段是__________。
（２）t1.t3.t4时刻，体系中分别是什么条件发生了变化？
（３）下列时间段中，氨的百分含量最高的是（）
A.０～t1 B.t2～t3
C. t3～t4 D. t5～t6
答案：（1）处于平衡状态的时间段是０－t1，t2－t3，t3－t4，t5－t6
（2）t1时刻温度升高；t3时刻催化剂；t4时刻浓度减小（3）A
解析：本题主要是要学会看图，图表达的是速率与时间的关系，只要速率不随时间变化而变化，说明在这条件反应已经达到平衡了。所以处于平衡状态的时间段是０－t1，t2－t3，t3－t4，t5－t6。从图中可得t1时刻正、逆反应速率都增大，而且v(逆)>v(正)，N2＋3H22NH3（正反应为放热反应）故温度升高，v(逆)>v(正)。图中t3时刻从原来的速率增大，而且变化过程中v(逆)＝v(正)，说明平衡都未被打破。所以应该是催化剂导致的。图中t4时刻的变化，v’(逆)、v’(正)都减小且v’(逆)>v’(正)，所以不可能是温度的影响，应该是浓度的影响，而且是浓度减小的变化，所以是压强减小了，使平衡向逆反应方向移动了。
11.根据下列叙述，完成（１）～（３）题。
工业上合成氨的原料之一——氢气，有一种来源是取自石油气，例如丙烷。
（１）有人设计了以下反应途径，假设反应都能进行，你认为最合理的是（）
A.C3H8 SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT C＋H2
B. C3H8 SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT C3H6＋H2
C. C3H8＋H2O CO＋H2，CO＋H2O===CO2＋H2
D. C3H8＋O2CO2　＋　H2O,，H2O　=　H2↑＋O2↑
（２）按以上最合理的反应途径，理论上用1 mol 丙烷最多可制得氨气（）
A.4 mol B.6.7 mol C.10 mol D.2.7 mol
（３）该合理反应途径最显著的优点是（ ）
A.简单易行　B.制得的H2纯度高　
C.制得的H2产量高　D.可同时获得大量热能
答案：（1）C（2）B（3）C
解析：(1)从产量、能源等角度进行考虑。
（２）C3H8＋3H2O 3CO ＋ 7H2，
1mol 3mo l 7mol
CO＋H2O===CO2＋H2
3mol 3mol
1mol C3H8可生成10mol H2
N2 ＋ 3H2 2NH3
3 2
10mol (6.7mol)
■反思总结—自我学习评价
□错题序号
□错因分析及对策
极高温
高温脱氢
催化剂
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