(八)化学反应条件的优化——工业合成氨-【衡水金卷·先享题】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册同步周测卷(鲁科版)   

高二同步周测卷/化学选择性必修1 (八)化学反应条件的优化一工业合成氨 (考试时间40分钟，满分100分) 一、选择题（本题包括10小题，每小题6分，共60分。每小题只有一个选项符合题意） 1.工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，下列关于工业合成氨条件选择的说法， 正确的是 A.工业合成氨的反应是熵增的放热反应，在任何温度下都能自发进行 B.高温、高压均能缩短反应达到平衡所需时间，而只有高温有利于提高合成氨的产率 C.通过液化分离的方式不断移除产品NH3,有利于增大反应平衡常数，促进反应正 向进行 D.原料气进入合成塔之前，须经过干燥净化，以防止催化剂中毒 2.下列事实能用勒夏特列原理解释的是 A.对平衡体系CO(g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)加压后颜色变深 B.向H2(g)十I2(g)=一2HI(g)恒容平衡体系中通入适量H2,体系颜色变浅 C.使用铁触媒催化剂提高合成氨的生产效率 D.工业合成氨，反应条件选择高温 3.合成氨工业中，原料气(N2,H2及少量的CO,NH3的混合气)在进入合成塔前常用乙 酸二氨合铜溶液来吸收原料气中CO,其反应为[Cu(NH3)2]++CO十NH3= [Cu(NH3)3CO]+△H<0。下列说法错误的是 A.必须除去原料气中CO的原因是防止催化剂中毒 B.吸收CO的生产适宜条件为适当温度、加压，压强越大越好 化学（鲁科版）选择性必修1第1页（共8页） 衡水金卷·先享题 C.吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供 循环使用，再生的适宜条件为高温、降压 D.合成氨工业中，采用循环操作，主要是为了提高N2和H2的利用率 4.工业合成氨的流程示意图如图所示。有关说法错误的是 N2- ①净化 N2、H2 ②加压 ③催化反应 ④液化 干燥 (2×107Pa)l (500℃、催化剂) 分离 NH3 ⑤ A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B.步骤②③既可加快反应速率，也可增大平衡常数 C.步骤④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.步骤⑤的目的是将未反应的N2和H2循环再利用 5.工业合成甲醇的反应为CO2(g)十3H2(g)=CHOH(g)+H2O(g)△H<0。反 应相同时间，实验测得甲醇的产率与压强，温度的关系分别如图1、图2所示。下列 叙述正确的是 ↑p(CH3OHD/% (CH3OH% 20 17 16 14 1 15 10 1 8 6 12 4上 1.52.53.54.55.5pMma 119 460480500520540560TK 图1 图2 A.合成甲醇时压强越大越好 B.增大压强，正反应速率增大，逆反应速率减小 C.合成甲醇的最佳温度为520K D.520K之前升高温度单位时间内甲醇的产率减小 高二同步周测卷八 化学（鲁科版）选择性必修1第2页（共8页)】 6.对于可逆反应N2(g)+3H2(g)一2NH3(g)△H<0,下列研究目的和示意图相符 的是 P2 1 N正 有催化剂 P1 V正 V'逆 无催化剂 时间 0 温度 0 时间 时间 A.研究压强对反应 B.研究温度对反应 C.研究平衡体系增加N2 D.研究催化剂对反 的影响(2>1) 的影响 对反应的影响 应的影响 7.工业上在400~500℃，常压时用合适的催化剂生产SO3,发生反应：2SO2(g)+ O2(g)=2SO3(g)△H=Qk·mol1(Q0)。下列叙述正确的是 A.为提高SO2的平衡转化率，应使用更高效的催化剂 B.降低温度，平衡正向移动，热化学方程式中的Q值增大 C.只要选择最佳的反应条件，SO2和O2就能全部转化为SO3 D.该反应400℃时的平衡常数大于500℃时的平衡常数 8.合成氨反应达到平衡时，H3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图 分析合成氨工业最有前途的研究方向是 1.0x109Pa 1.0x108Pa 1.0×107Pa 温度/℃ A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔 C.研制低温催化剂 D.探索不用N2和H2合成氨的新途径 化学（鲁科版）选择性必修1第3页（共8页）】 衡水金卷·先享题 9.对于工业合成氨的反应，下列说法正确的是 A.及时将体系中的NH3液化分离有利于平衡正向移动 B.适当降温或加压，反应的平衡常数都增大 C.使用高效催化剂可减小△H D.用E表示键能，则E(N=N)+3E(H一H)-6E(N一H)=92.4kJ/mol 10.N2、NH3在催化剂a、b表面分别发生的反应如图所示，下列说法正确的是 8 opgoH ●0 H28定 77777X7777777 ON 催化剂a 催化剂6 A.催化剂a表面形成N一H时需吸收能量 B.使用催化剂a可以加快合成氨反应的正反应速率，减慢逆反应速率 C.反应时催化剂b表面有共价键的断裂和形成 催化剂 D.催化剂b表面反应的化学方程式为2NH3+O2 =2NO+3H2 班级 姓名 分数 题号 2 3 4 5 6 8 9 10 答案 高二同步周测卷八 化学（鲁科版）选择性必修1第4页（共8页） 二、非选择题（本题包括2小题，共40分） 11.(20分)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为N2(g)十 3H2(g)=2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol△S=-200J/(mol·K) (1)下列关于工业合成氨的说法正确的是 (填选项字母)。 A.因为△H<0,所以该反应一定能自发进行 B.工业合成氨的反应是嫡减小的放热反应，在常温时可自发进行 C.合成氨反应选择在400一500℃进行的重要原因是此温度下氨的产率最高 D.生产中在考虑动力和设备材料承受能力的前提下，应选择尽可能大的压强 (2)一定温度下，在密闭容器中充入1molN2和3molH2并发生反应，若容器容积 恒定，达到平衡时，气体的压强为原来的日，则八：的转化率为 (3)工业上合成氨的部分工艺流程如图所示： 循环气体 餐整 N2 液氨 用平衡移动原理来解释在流程中及时分离出氨气和循环使用气体的原因： 化学（鲁科版）选择性必修1第5页（共8页） 衡水金卷·先享题· (4)某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始时氢气的物质的量对工业 合成氨反应的影响，实验结果如图所示（图中T表示温度）。则： n 起始时的n(H,) 图像中T2和T,的关系是：T T2(填“>”“<”或“=”)；a、b、 c、d四点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是 (填 字母)。 (5)恒温下，往一个4L的密闭容器中充入2molN2和5.2molH2,反应过程中对 NH3的浓度进行检测，得到的数据如下表所示： 时间/min 5 10 15 20 25 30 c(NH3)/(mol/L) 0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20 此条件下该反应的化学平衡常数K= ;若维持容器体积不变， 温度不变，往原平衡体系中加入N2、H2和NH3各4mol,化学平衡将向 (填“正”或“逆”)反应方向移动。 高二同步周测卷八 化学（鲁科版）选择性必修1第6页（共8页】 12.(20分)目前aber-Bosch法是工业合成氨的主要方式，其生产条件需要高温高压， 为了有效降低能耗，过渡金属催化还原氮气合成氨被认为是具有巨大前景的替代方 法。催化过程一般有吸附一解离一反应一脱附等过程，N2和H2在固体催化剂表面合 成氨反应路径的能量变化图如图所示（部分数据略），其中“￥”表示被催化剂吸附。 过渡态I N2(g)+3H2(g) T90 34 148 2NH3(g) N2*+3H2* 过渡态Ⅱ 2NH,* 100 500 308 2N*+6H* 反应历程 (1)氨气的脱附是 (填“吸热”或“放热”)过程，合成氨反应的热化学 方程式： (2)在 (填选项字母)下有利于提高合成氨的平衡转化率。 A.高温低压 B.高温高压 C.低温低压 D.低温高压 (3)用化学方程式表示出对总反应速率影响较大的步骤： (4)合成氨反应在恒温恒容体系中进行，则其达到平衡的标志为 (填选项字母)。 A.c(N2):c(H2)=1:3 B.单位时间内，消耗a mol N2的同时生成2 a mol NH3 C.NH3的体积分数不再改变 化学（鲁科版）选择性必修1第7页（共8页）】 衡水金卷·先享题· D.混合气体的平均相对分子质量不再改变 E.2w(NH3)正=v(N2)逆 F.混合气体的总压强不再改变 (5)合成氨的捷姆金和佩热夫速率方程式为0=，少(N,)D（)- (NH3) (NH) b5(L2),0 为反应的瞬时总速率，即正反应速率和逆反应速率之差，k1、k2分别是正、逆反应速 率常数。已知：K。是用平衡分压代替平衡浓度而得到的平衡常数（平衡分压=总压 ×物质的量分数)，则合成氨反应N2(g)十3H2(g)一2NH3(g)的平衡常数K,= (用含k1、k2的代数式表示)。 (6)恒压密闭容器中按1：3充入N2和H2,在不同催化剂(I,Ⅱ，Ⅲ)作用下发生反 应N2(g)十3H2(g)一2NH3(g),测得相同反应时间内，NH3的体积分数随温度变 化如图所示。 100 80F 60 Ⅲ 40 M(510,20) 20 0 100 200240300400 500600 温度/℃ ①240℃时，催化效果最好的催化剂为 (填“I”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。 ②T>300℃，曲线重合的原因是 ③M点对应条件下的K,= (对于反应mA(g)+nB(g)、=C(g) 十9D(g),K,=C)X(D) "(A)XxB)x为物质的量分数)。 高二同步周测卷八 化学（鲁科版）选择性必修1第8页（共8页）高二周测卷 ·化学（鲁科版）选择性必修1· 高二同步周测卷/化学选择性必修1（八） 9 命题要素一贤表 注： 1.能力要求： I.知识获取能力Ⅱ，实践操作能力Ⅲ.思维认知能力 2.学科素养： ①宏观辨识与微观探析 ②变化观念与平衡思想 ③证据推理与模型认知④科学探究与创新意识 ⑤科学态度与社会责任 题号 题型 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 值 (主题内容) Ⅲ ① ②③ ④ ⑤ 档次 系数 1 选择题 合成氨工业条件的选择 易 0.85 2 选择题 6 影响平衡移动的条件及解释 易 0.85 3 选择题 6 压强、温度对化学平衡移动的影响 中 0.75 4 选择题 合成氨流程 中 0.75 结合图像分析工业合成甲醇条件的 选择题 中 0.75 选择 与转化率变化有关图像的分析、化学 选择题 6 易 0.85 平衡的移动 7 选择题 工业SO合成条件的选择 易 0.85 影响化学平衡的因素、化学平衡图像 8 选择题 6 / 中 0.75 分析 影响化学平衡的因素、平衡的相关 9 选择题 6 务 计算 0.75 10 选择题 6 合成氨断、成键机理分析 难 0.65 合成氨条件选择、平衡常数、转化率 11 非选择题 20 难 0.65 综合运用 合成氨条件选择、平衡常数、转化率 12 非选择题 20 难 0.65 综合运用 季考答案及解析 一、选择题 行，A项错误：高温、高压均能加快反应速率，缩短反 1.D【解析】合成氨反应后气体物质的量减少，是嫡减 应达到平衡所需时间，但合成氨反应是放热反应，升 的放热反应，根据△G=△H一T△S,低温时能自发进 高温度，平衡逆向移动，会降低合成氨的产率，B项错 ·27· ·化学（鲁科版）选择性必修1· 参考答案及解析 误：反应平衡常数只与温度有关，温度不变K值不 项错误：因该反应是放热反应，升高温度化学平衡向 变，C项错误；催化剂“中毒”是因吸附或沉积毒物而 逆反应方向移动，则氮气的转化率降低，与图像中转 使催化剂活性降低或丧失的过程，因此为了防止混有 化率增大不符，B项错误；反应平衡后，增大氮气的 的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化，D项 量，则这一瞬间正反应速率增大，逆反应速率不变，然 正确。 后正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，直到 2.B【解析】该平衡体系前后气体分子数不变，加压后 达到新的平衡，与图像符合，C项正确：因催化剂对化 平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释，A项错误：向 学平衡无影响，但催化剂可加快化学反应速率，则有 H2(g)十12(g)、一2HI(g)恒容平衡体系中通入适量 催化剂时达到化学平衡的时间少，与图像不符，D项 H2,平衡正向移动，体系颜色变浅，能用勒夏特列原 错误。 理解释，B项正确：催化剂不影响反应限度，故不能用 7.D【解析】使用催化剂能加快反应速率，但化学平衡 勒夏特列原理解释，C项错误；工业合成氨反应为放 不移动，二氧化硫的平衡转化率不变，A项错误；改变 热反应，反应条件选择高温是为了加快反应速率，不 反应温度，能改变平衡的移动方向，但不能改变反应 能用勒夏特列原理解释，D项错误。 焓变的Q值，B项错误：二氧化硫与氧气反应生成三 3.B【解析】由于C)参与，易使催化剂中毒，所以必 氧化硫的反应是可逆反应，可逆反应不可能完全反 须除去原料气中C),A项正确：该反应是气体体积缩 应，所以改变反应条件，不能使二氧化硫与氧气完全 小的放热反应，故促进反应向正反应方向进行，应选 转化为三氧化硫，C项错误：该反应为放热反应，升高 择低温加压，但不是压强越大越好，B项错误：要使吸 温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以 收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢 400℃时的平衡常数大于500℃时的平衡常数，D项 复其吸收CO的能力以供循环使用，只要使平衡向逆 正确。 反应方向移动即可，逆反应方向为气体体积增大的吸 8.C【解析】由题图可知，NH的体积分数随着温度 热反应，所以在高温低压下使平衡逆移，C项正确：合 的升高而显著下降，故要提高NH的体积分数，必须 成氨工业中，是为了提高N2和H的利用率，采用循 降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的 环操作，D项正确。 温度为500℃，故最有前途的研究方向为研制低温催 4,B【解析】步骤①中“净化”是除去杂质以防止催化 化剂，故选C项。 剂中毒，A项正确；加压、使用催化剂能提高反应速 9.A【解析】及时将体系中的NH液化分离，相当于 率，但是不能增大平衡常数，平衡常数只与温度有关， 减小了生成物浓度，平衡正向移动，A项正确：化学平 B项错误；液化分离H:以及原料的循环利用均有 衡常数只与温度有关。对该反应降温，平衡常数增 利于提高原料的平衡转化率，C项正确：由图示可知， 大：但加压，反应的平衡常数不变，B项错误：催化剂 步骤⑤的目的是将未反应的N2和H2循环再利用， 降低反应的活化能，但不改变反应的焓变，C项错误： 以提高原料的利用率，D项正确。 △H=反应物键能总和一生成物键能总和= 5,C【解析】虽然增大压强能加快反应速率、使平衡正 E(N=N)+3E(H-H)-6E(N-H)= 向移动而提高甲醇的产率，但压强越大，对材料的强 -92.4k·mol-1,D项错误。 度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这 :l0.C【解析】化学键形成时释放能量，则催化剂a表 将会大大增加生产投资，A项错误；增大压强，正、逆 面形成N一H时需释放能量，A项错误：催化剂能同 反应速率都增大，B项错误：根据图2可知，合成甲醇 等程度地加快可逆反应的正，逆反应速率，则使用催 的最佳温度为520K,C项正确：图示曲线为反应相 化剂a可以加快合成氨反应的正反应速率，同时加 同时间，520K之前反应未达到平衡状态，升高温度， 快逆反应速率，B项错误：由图可知，反应时催化剂b 反应速率加快，单位时间内甲醇的产率增大，D项 表面有氧氧、氮氢共价键的断裂和氢氧、氮氧共价键 错误。 的形成，即有共价键的断裂和形成，C项正确：由图 6.C【解析】该反应中增大压强平衡向正反应方向移 可知，催化剂b表面反应的化学方程式为4NH:十 动，则氨气的体积分数增大，并且压强越大，化学反应 5O,催化剂4NO十6H,O,D项错误。 速率越大，达到化学平衡的时间越少，与图像不符，A ·28· 高二周测卷 ·化学（鲁科版）选择性必修1· 二、非选择题 (5)由表格数据可知，20min反应达到平衡时，氨气 11.(20分) 的浓度为0.20mol/L,则平衡时氮气、氢气的浓度 (1)BD(2分) (2)25%(4分) 为22-0.20ml/L×号=0.40al/L.5- 41 (3)减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，可以使 -0.20mol/L×号=1.0mol/L,反应的平衡常数K 平衡正向进行程度更大，提高产率(4分) 0.40x1.0=0.1:若维持容器体积不变，温度不 0.20 (4)>(2分)c(2分) (5)0.1(4分)逆(2分) 变，往原平衡体系中加入氨气、氮气、氢气各4mol, 【解析】(1)合成氨反应是嫡减的放热反应，低温条 三者的浓度分别为1.20mol/L、1.40mol/L、 件下△H一T△S<0,反应能自发进行，高温条件下 1.20 △H-T△S>0,反应不能自发进行，A项错误；合成 2.0mo1/L,反应的浓度商Q=.40×2.0≈0.13， 氨的反应是嫡减小的放热反应，常温下， 浓度商大于平衡常数，反应将向逆反应方向进行。 -92.4kJ/mol十298K×220J/(mol·K)0,则常 12.(20分) 温时反应可自发进行，B项正确：合成氨反应是放热 (1)吸热(2分)N2(g)十3H2(g)一2NH(g》 反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的产 △H=-92.0kJ·mol1(2分) 率降低，则合成氨反应选择在400~500℃进行的重 (2)D(2分) 要原因是该温度条件下催化剂的活性最高，反应速 (3)2N·+6H*-2NH(或N+3H· 率较快，C项错误；合成氨是气体体积减小的反应， NH)(2分) 压强越大转化率越大，故生产中在考虑动力和设备 (4)CDF(2分) 材料承受能力的前提下，应选择尽可能大的压强，D (6会2分 项正确。 (6)①I(2分) (2)设平衡时消耗氮气的物质的量为amol,由题意 ②T>300℃反应均达到平衡状态，催化剂无法改变 可建立如下三段式： 平衡时NH的体积分数(2分) N2(g)+3H2(g)一2NH(g) 起始/mol1 3 0 ®第4分) 转化/mol a 3a 2a 【解析】(1)从图中可以看出，2NH→2NH(g),需 平衡/mol1-a3-3a 2a 要吸收100kJ的热量，则该过程是吸热过程；1mol 由达到平衡时，气体的压强为原来的冬可得：2。 4 N2(g)与3molH2(g)完全反应生成2 mol NH(g) 时，放出的热量为500k灯一(100kJ十308kJ)=92k,则 = 名，解得a=0.25,则氮气的转化率为025m0× 1 mol 合成氨反应的热化学方程式：N(g)十3H(g)一 8 2NH(g)△H=-92.0k·mol-1。 100%=25%。 (2)合成氨反应是放热的、体积缩小的可逆反应，则 (3)在流程中及时分离出氨气和循环使用气体可以 在低温高压下有利于提高合成氨的平衡转化率，故 减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，有利于平衡 选D项。 向正反应方向移动，提高氨气的产率。 (3)从图中可以看出，过渡态Ⅱ的活化能最大，此步 (4)合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反 反应为决速步，用化学方程式表示出对总反应速率 应方向移动，氨气的百分含量减小，氮气的转化率减 影响较大的步骤：2N“+6H·—2NH或N·十 小，由图可知，起始时氢气的物质的量相等时，T1条 3H*-NHg。 件时氨气的百分含量小于T,条件，则反应温度：T (4)合成氨反应中，存在c(N2):c(H2)=1:3,反应不 >T2:温度相同时，增大起始时氢气的物质的量，反 一定达到平衡，A项不符合题意；不管反应是否达到 应物的浓度增大，平衡向正反应方向移动，氮气的转 平衡，单位时间内，消耗a mol N2,总能生成2amol 化率增大，则c点氮气的转化率最高。 NH,所以反应不一定达平衡状态，B项不符合题 ·29· ·化学（鲁科版）选择性必修1· 参考答案及解析 意；NH的体积分数不再改变时，正，逆反应速率相 ②T>300℃，曲线重合的原因是反应均达到平衡状 等，反应达平衡状态，C项符合题意；反应前后混合 态，催化剂无法改变平衡时NH的体积分数。 气的质量不变，物质的量不断发生改变，当混合气体 ③恒压密闭容器中按1：3充入N2和H2,假设N2为 的平均相对分子质量不再改变时，反应达平衡状态， 1mol,H2为3mol,N2转化了amol,由三段式 D项符合题意；2u(NH)正=(N2)通，反应进行的方 可知： 向相反，但速率之比不等于化学计量数之比，则反应 N2(g)+3H2(g)一2NH(g) 未达平衡状态，E项不符合题意：反应达平衡前，混 起始/mol13 0 合气的体积不变，物质的量不断发生改变，则总压强 转化/mola3a 不断发生改变，当混合气体的总压强不再改变时，反 平衡/mol1-a3-3a 2a 应达平衡状态，F项符合题意。 (5)反应达平衡时，U=:(N)(H) M点对应条件下×100%=20%，a=言，氮 (NH) mol,总物质 k.P(NH.) 气氢气、氢气分别为号m0l,2m0l,号 =0,则，NH) p5(H2) pN)·p(H)2·合成氨凤 2 应N2(g)十3H2(g)一2NH(g)的平衡常数Kp= 2(NH)k p(N2)·p(H2)k2 的是为 3 25 mol,K.= 2 6 27 (6)①根据图示，240℃时，NH的体积分数最大的 是对应催化剂I,所以催化效果最好的催化剂为I。 3 3 ·30·