第2章 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1五维课堂Word课时作业（鲁科版2019）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，该反应应采取的适宜条件是(　　) A．低温、高压、催化剂 B．适宜的温度、高压、催化剂 C．低温、常压、催化剂 D．适宜的温度和压强、催化剂 解析：D　[降温，平衡右移，但反应速率太慢，从反应速率和催化剂的活性考虑，温度选在700 K左右；增大压强，平衡右移，但压强太大，对设备要求很高，所以也要选择适宜的压强；催化剂能增大反应速率，要选择催化剂，故D项符合题意。] 2．有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＜0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是(　　) A．高温、高压 B．适宜温度、高压、催化剂 C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂 解析：B　[该反应是一个正向放热，气体体积减小的反应，为增加甲醇的产量，需平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率，设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。] 3．下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　) A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成 C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行 D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行 解析：D　[A项，投料比为n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8时，更有利于NH3的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常温条件下该反应能自发进行。] 4．德国哈伯发明以低成本制造大量氨的方法，流程图中为提高原料转化率而采取的措施是(　　) A．①②③　　　　　　　 B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④ 解析：B　[氮气和氢气在高温、高压和催化剂条件下反应生成氨气，正反应是气体体积减小的放热反应。净化气体是防止杂质气体对催化剂的影响，不能提高原料的转化率，①不符合；加压，平衡正向移动，可以提高原料的利用率，②符合；使用催化剂，可以加快反应速率，但平衡不移动，不能提高原料转化率，③不符合；分离出氨气，平衡正向移动，提高了原料的转化率，④符合；氮气和氢气的再循环，可提高原料的转化率，⑤符合。] 5．合成氨反应通常控制在20～50 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∶2.8，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(体积分数)如表所示： 压强 20 MPa 60 MPa 500 ℃ 19.1 42.2 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：D　[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。] 6．(双选)一定条件下，将10.0 mol H2和1.0 mol N2充入恒容密闭容器中，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并达到平衡状态，则H2的转化率可能是(　　) A．15% B．18% C．30% D．75% 解析：AB　[对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化。利用“极限法”，假设N2完全转化，则消耗的H2的物质的量为n(H2)＝3n(N2)＝3.0 mol，但事实上，N2是不可能完全转化的，因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0 mol，故H2的转化率α(H2)＜×100%＝30%。综上所述，本题选AB。] 7.某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，N2的平衡转化率(α)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 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.2 kJ B．平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)＜K(B) C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大 D．升高温度，平衡常数K增大 解析：C　[该反应为可逆反应，加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3，所以反应放出的热量小于92.2 kJ，A项错误；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。] 8．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，下列研究结果和图示相符的是(　　) 选项 A B C D 研究 结果 压强对反 应的影响 温度对反 应的影响 平衡体系增 加N2对反 应的影响 催化剂对反 应的影响 图 示 解析：C　[A项由于p1条件先达到平衡，故p1＞p2，由p1→p2，减小压强，化学平衡左移，NH3的体积分数应降低，故错误；B项由于此反应ΔH＜0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，故错误；C项增大N2的量，会使正反应速率增大，使化学平衡右移，故正确；D项使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，故错误。] 9．(双选)相同温度下，有体积相同的甲、乙两个恒容容器，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，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是(　　) A．化学反应速率：乙＞甲 B．平衡后N2的浓度：乙＞甲 C．H2的平衡转化率：乙＜甲 D．平衡混合气体中H2的体积分数：乙＞甲 解析：CD　[因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A项正确。假设开始时乙容器的体积也是甲的2倍(如图所示)，则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的体积压缩至与甲相等(如图中丙)，则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动，即N2、H2的平衡转化率增大，它们在平衡混合气体中的体积分数减小，故C、D项错误。此时，丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大，但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍，而丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍，B项正确。] 10．一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应如下：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1，研究发现，反应过程中会有副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2，温度对CH3OH、CO产率的影响如图所示。下列说法错误的是(　　) A．ΔH1＜0，ΔH2＞0 B．增大压强(缩小容器体积)有利于提高合成CH3OH的反应速率 C．生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率 D．合成CH3OH反应的平衡常数K＝ 解析：C　[A项，根据图像可知，升高温度CH3OH的产率降低，反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)向逆反应方向移动，ΔH1＜0，升高温度CO的产率增大，反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)向正反应方向移动，ΔH2＞0，正确；B项，增大压强(缩小容器体积)有利于提高合成CH3OH的反应速率，正确；C项，由图像可知，温度越高CH3OH的产率越低，错误；D项，根据化学平衡常数的概念，合成CH3OH反应的平衡常数K＝，正确。] 11．一密封体系中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，下图为某一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？ 　________　、　________　、　________　。 解析：本题主要是学会看图，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，说明在这条件下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(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，故温度升高，v(逆)＞v(正)。图中t3时刻速率增大，而且变化过程中v(逆)＝v(正)，说明平衡未被打破，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)，所以改变条件应为减小压强。 答案：(1)0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6 (2)温度升高　加入催化剂　减小压强 12．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO　ΔH＜0。 (1)必须除去原料气中CO的原因是____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是_________________________________。 解析：分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关合成氨适宜条件的选择知识即可作答。 答案：(1)防止合成塔中的催化剂中毒　(2)低温、高压　(3)高温、低压 13．工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇： CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＜0 (1)图1表示的是一定温度下，在体积为2 L的密闭容器中加入5 mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况。反应在10 min时达到平衡，从反应开始到达到平衡，用H2表示的平均反应速率v(H2)＝　________　。 (2)图2表示在温度分别为T1、T2时，平衡体系中H2的体积分数随压强变化的曲线，A、C两点的反应速率A　________　C(填“＞”“＝”或“＜”，下同)，A、C两点的化学平衡常数A　________　C，由状态B到状态A，可采用　________　(填“升温”或“降温”)的方法。 (3)恒容条件下，下列措施能使减小的是　________　。 A．升高温度 B．充入He C．再充入2 mol CO和5 mol H2 D．使用催化剂 解析：(1)由图1可知，起始时CO为2 mol，反应中减少的CO的浓度为1.00 mol·L－1－0.25 mol·L－1＝0.75 mol·L－1,10 min时达到平衡，则用CO表示的化学反应速率为＝0.075 mol·L－1·min－1，因反应速率之比等于系数之比，则v(H2)＝0.075 mol·L－1·min－1×2＝0.15 mol·L－1·min－1。 (2)压强越大化学反应速率越大，压强：A＜C，所以反应速率：A＜C；化学平衡常数只与温度有关，A、C两点温度相同，所以化学平衡常数相同；相同压强下，从B到A，氢气体积分数增大，平衡需逆向移动，因正反应是放热反应，故平衡向吸热反应方向移动，需采用升温的方法。(3)该反应正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，n(CH3OH)/n(CO)减小，A项正确；充入He，使体系压强增大，因容器的容积不变，故体系中各物质的浓度不变，平衡不移动，n(CH3OH)/n(CO)不变，B项错误；再充入2 mol CO和5 mol H2，相当于对原平衡加压，平衡正向移动，n(CH3OH)/n(CO)增大，C项错误；使用催化剂，平衡不移动，n(CH3OH)/n(CO)不变，D项错误。 答案：(1)0.15 mol·L－1·min－1　(2)＜　＝　升温　(3)A 学科网（北京）股份有限公司 $$