1、化學反應條件的優化一一工業合成氨1.1913年德國化學家哈伯發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 TOC o 1-5 h z 對糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉化率而采取的措施是（）A.B.C.D.解析：合成氨反應為NKg）+3H 2（g） =2NH（g）A H0,加壓、降溫、減小 NH的濃度均有利于平衡向正反應方向移動，正確；將原料氣循環利用也可提高原料的轉化率，正確。答案：B2.下列說法能夠用勒夏特列原理來解釋的是（）A.加入催化劑可以提高單位時間氨的產量B.高壓有利于氨的合成反應C.700 K高溫比室溫更有利于合成氨的反應D.恒溫恒容下，在合

2、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：A項中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”的產量，不能使化學平衡發生移動。B項中合成氨是一個氣態物質系數減小的反應，所以增大壓強，使平衡向正方向移動，有利于合成氨，符合勒夏特列原理。C項中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。700K高溫較室溫不利于平衡向合成氨方向移動。采用 700K既考慮 到溫度對速率的影響，更主要的是700K左右催化劑活性最大。D項中恒溫恒容下充 He,稀有氣體He 不與N2、隆、NH反應。雖總壓強增大了 ，實際上平衡體系各成分濃度不變（即分壓不

3、變）,所以平衡不移動，NH3的產量不變。答案：B3.將a L NH 3通過灼熱的裝有鐵催化劑的硬質玻璃管后，氣體體積變為b L（氣體體積均在同溫同壓 TOC o 1-5 h z 下測定）。該bL氣體中NH的體積分數是（）A.B.C.D.彗榷化. 解析：2NH需溫、高壓N2+3H2 A V2132可見，分解的氨的體積：（b-a）L,則剩余氨的體積：aL-（ b-a）L=（2 a-b）L,該bL氣體中NH3的體積 分數是：-。答案：C.下列關于N2+3HrNH反應速率與時間的關系圖中，縱坐標為反應速率 v,橫坐標為時間t,當反應達到平衡后，條件發生改變與速率變化的關系中不符合實際的是()氏恒溫、加

4、壓壓縮體積0A.恒容、恒壓升高溫度OiD.補充Ni和玲，分離出NH,C.加入催化劑0解析：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，體系中所有物質白濃度都增大 ，所以正、逆反應,所以B圖像正確；使用催化劑不速率都增大，但正反應速率增大的幅度大于逆反應速率增大的幅度 會使化學平衡發生移動，只能改變化學反應速率，所以C圖像也是正確的；補充、和H,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NH,產物的濃度降低

5、，所以逆反應速率減小，所 以D圖像正確。答案：A.將N2和H2的混合氣體通入合成塔中，反應1小時達到平衡以后，N2、H、NH的濃度分別為3 TOC o 1-5 h z mol - L - 7 mol L -1、4 mol , L -1,則下列結果不正確的是 ()-1, -1A.v(H2)始=7 mol - L - h_-1B.Co(H2)=13 mol - L-1C.Co(N2)=5 mol - LD.H2的轉化率為46.2%解析：由題知，起始NH濃度為0,達到平衡后為4mol - L-1,說明轉化了 4mol - L-1,則由化學計量數關系知 N2 消耗了 2mol L -1,H2 消耗了

6、6mol - L-1,所以 Co(H2)=13mol L -1 , Co(N2)=5mol L -1 ,H2 的轉化率為fapl- L- 100%=46.2%答案：A6.合成氨反應：N2(g)+3H 2(g) 12NH(g)A H=-92.2 kJ mol-1,在反應過程中，正反應速率的變化如圖:時間卜列說法正確的是()A.t i時升高了溫度B. t2時使用了催化劑C.t3時增大了壓強 D.t4時降低了溫度解析：若ti時升高了溫度，則隨后v(正)應增大至平衡，A錯；若13時增大了壓強，v(正)應增大，而不 會減小，故C錯；若t4時降低了溫度，則v(正)應突然減小，曲線不應相連,D錯。答案：B.

7、高溫下，某反應達平衡，平衡常數 除塔萼。恒容時，溫度升高，H2濃度減小。下列說法正確的是()A.該反應的始變為正值.恒溫恒容下，增大壓強，H 2濃度一定減小C.升高溫度，逆反應速率減小催化劑.D.該反應化學方程式為 CO+HO高溫* CO+H解析：由平衡常數表達式寫出可逆反應為CO(g)+H 2(g) =CO(g)+HO(g),D項錯誤；由于升高溫度，H2濃度減小，說明升溫平衡正向進行，因此正反應是吸熱反應，烙變為正值,A項正確；由于反應前后氣 態物質系數相等，增大壓強平衡不移動，但若通入H2其濃度會增大,B項錯誤；升高溫度，正逆反應速 率都會增大,C項錯誤。答案：A8.一定條件下，在密閉容器

8、中，通入N2、H2進彳T N2(g)+3H 2(g) =2NH(g)A H0,下列敘述正確的是(A.充分反應后，密閉容器中N2和H2至少有1種物質的濃度為零.使用適宜的催化劑，可以加快反應速率C.增加H2的濃度或降低溫度，都會加快正反應速率D.反應達平衡后，減小容器的體積，H2的濃度不變解析：由可逆反應定義可知 A錯誤；降低溫度，反應速率降低,C錯誤；減小反應容器的體積，不論平衡 向哪個方向移動，各物質的濃度均增大，D錯誤。答案：B.在450 c時，N2(g)+3H2(g) =2NH(g)A H0,體系中只改變下列條件，請把影響結果填入表中。改變條件正反應速率逆反應速率平動N2的 轉化 率(1

9、)增大N2的濃度(2)增大NH的濃度(3)減小NH的濃度(4)壓縮體積增大壓強(5)升高溫度(6)加入催化劑(7)體積不父充入速氣答案：(1)增大增大正向移勾 減/(2)增大增大逆向移動減小(3)減小減小正向移動增大(4)增大增大正向移動增大(5)增大增大逆向移動減小(6)增大增大不移動/、變(7)不變/、變不移動/、變.紅磯鈉(重銘酸鈉：NazCrzQ 2H2O)是重要的化工原料，工業上用銘鐵礦(主要成分是FeO- CrzQ) 制備紅磯鈉的過程中會發生如下反應：4FeO- Cr 20Ks)+8Na 2CO(s)+7O 2(g) 8N&CrO4(s)+2Fe 2Q(s)+8COz(g)A H0

10、(Na2CrQ在一定條件下可轉化為NaaCrzO)(1)請寫出上述反應的化學平衡常數表達式：K=。(2)圖1、圖2表示上述反應在t1時達到平衡、在12時因改變某個條件而發生變化的曲線。由圖 1 判斷，反應進行至12時，曲線發生變化的原因是 (用文字表達);由圖2判 斷，t2到t 3的曲線變化的原因可能是 (填寫序號)。A.升高溫度B.加入催化劑C.通入QD.縮小容器體積圖圖2解析：(1)根據K的書寫要求，固體和純液體不出現在平衡常數表達式中，所以K=?o(2)t2時刻,CQ、Q濃度均未發生變化，既不能繼續通入 CO、Q,也不能改變容器體積，則外界條件只能是改變溫度，且CQ濃度增大，O2濃度減小

11、，說明改變溫度時平衡正向移動，分析反應知降低溫度，平衡正向（即放熱方向）移動；t 2到t3時刻，平衡沒有發生移動，但是V變大，由此確定使用了催化劑。答案：（1） TOC o 1-5 h z （2）對平衡體系降溫,平衡正向移動，CQ濃度增大，。2濃度減小BB組1.在一定條件下，合成氨反應達到平衡后，混合氣體中NH的體積分數為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體積的比值是（）A.B.C.D.解析：設起始時Ha的物質的量為a,N2的物質的量為b,平衡時NH的物質的量為X。3H+ Nb 2NH A V起始 /molab0平衡/mola-b- .xx因為在相同條件下，氣體的物

12、質的量之比等于體積之比 ，據題意，可得方程：一1=0.25,化簡得 一=1故A項正確。答案：A.工業合成氨的正反應是放熱反應，下列關于N2（g）+3H 2（g） =42NH（g）反應的圖像中，錯誤的是（）解析：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Ti時。（NH3）最大，達到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動，。（NH3）減小，B正確,C錯誤；增大 壓強，平衡正向移動，。（NH3）增大,D正確。答案：C.合成氨反應達到平衡時NH的體積分數與溫度、壓強的關系如下圖所示。根據此圖分析合成氨工業最有前途的研究方向是（）A.提高分離技術B.研制耐高

13、壓的合成塔C.研制低溫催化劑D.探索不用M和H合成氨的新途徑解析：由圖可知：。(NH)隨著溫度的升高而顯著下降，故要提高。(NH3),必須降低溫度，但目前所用 催化劑活性最好時的溫度為700K,故最有前途的研究方向為研制低溫催化劑。答案：C4.下表的實驗數據是在不同溫度和壓強下，平衡混合物中NH含量的變化情況。達到平衡時混合物中 NH的含量(體積分數)入料V(N2): V(H2)=1 ： 3壓強 /MPa NH的 含量 /%溫度/ C0.1 1)20306010020015.381.586.489.995.498.83002.2 52.064.271.084.292.64000.4 25.13

14、8.247.065.279.85000.1 1).619.1 126.442.257.5 16000.054.5 9,1 13823.131.4比較200 c和300 c時的數據，可判斷升高溫度，平衡(填“正”或“逆”)向移動，正反應方向為 (填“吸熱”或“放熱”)反應。(2)根據平衡移動原理，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 計算500 C、30 MPa時N2的轉化率。(4)實際工業生產合成氨時，考慮濃度對化學平衡的影響，還采取了一些措施。請寫出其中的一個措施：解析：(1)由表中數據可以看出,在0.1MPa下,200 CNH3的含量比300CNH的含量高，

15、故知升高溫度平衡逆向移動，進而根據平衡移動原理判斷出正反應方向為放熱反應。(2)由表中數據知，在相同壓強下，溫度越高，NH3的含量越低；相同溫度時，壓強越大，NH3的含量越高，故合成氨適宜條件是低溫高 壓。N2+ 3H22NH起始/mol13轉化/moln 3n2n平衡/mol1- n 3-3 n2nX 100%=26.4%n=0.4177故N2的轉化率為 W二X100%=41.77%答案：(1)逆放熱(2)C(3)41.77%(4)加入過量的N2(或及時從平衡混合物中移走NH)5.2014年11月11日至14日，全國化工合成氨設計技術中心站2014年技術交流會在貴州省貴陽市召開，會議組織觀摩

16、考察了貴州開陽化工有限公司年產50萬噸合成氨裝置。工業上合成氨是在一定條件下進行如下反應 ：N2(g)+3H 2(g) 一 2NH(g) A H=-92.2 kJ mol-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見下表氣體氮氣氫氣氨熔點/ C-210.01-252.77-77.74沸點-195.79-259.23-33.42/ C回答下列問題：(1)寫出該反應的化學平衡常數表達式：K= _o隨著溫度升高，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的轉化率越高B.其他條件相同時 NH的產率越大C.原料中Nb的含量越高D.化學反應

17、速率越快(3)在工業上采取氣體循環的流程,即反應后通過把混合氣體的溫度降低到 使 分離出來；繼續循環的氣體是 。解析：(1)由化學方程式N2(g)+3H 2(g) 一2NH(g)不難寫出：K更 J 此反應A H0,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，K減小。(2) K值越大，說明NH3越大,N 2 和H2就越小，說明反應進行的程度大，故其他條件相同時 N2的轉化率就越高，NH3的產率就越大。(3) 根據氣體的熔、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循環使用，以提 高產率。答案：)更J 減小 (2)AB (3)- 33.42 C 氨 Nb

18、和H216.工業上合成氨的反應為N2(g)+3H2(g) n2NH(g)A H=-92.2 kJ mol 。在絕熱、容積固定的密I容器中發生反應：N2(g)+3H 2(g) k02NH(g),下列說法能說明上述反應向正反應方向進行的是 (填序號)。單位時間內生成 2n mol NH 3的同時生成3n mol H 2單位時間內生成 6n mol N H鍵的同日生成 2n mol H H鍵用N2、H2、NH的物質的量濃度變化表示的反應速率之比為1 ： 3 ： 2混合氣體的平均摩爾質量增大容器內的氣體密度不變(2)某溫度下，合成氨反應在容積為2 L的密閉容器中進行，測得如下數據：/molN21.50n11.20n31.004.504.203.60n43.00NH00.20n21.001.00根據表中數據計算 反應進行到2 h時放出的熱量為 kJ。01 h內Nb的平均反應速率為 mo