高中化学选修四配套练习：2.4-化学反应条件的优化——工业合成氨(鲁科版).docx

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课时提能演练(十一)
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)
1.不能用化学平衡移动原理说明的事实是( )
A.合成氨在高压下进行是有利的
B.温度过高对合成氨不利
C.使用催化剂能使合成氨速率加快
D.准时分别从合成塔中出来的混合气，有利于合成氨
2.(双选)对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正确的是( )
A.达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，H2的浓度比原平衡的小
B.达到平衡后，上升温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率
C.达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率
D.加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是由于正反应速率增大了，而逆反应速率减小了
3.可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，达到平衡后，为了使氢气的转化率增大，下列选项中接受的三种方法正确的是( )
A.上升温度、降低压强、增加氮气
B.降低温度、增大压强、加入催化剂
C.上升温度、增大压强、增加氮气
D.降低温度、增大压强、分别出部分氨气
4.( 2022·衡水高二检测)在确定温度下，向一个2 L的真空密闭容器中事先装入催化剂，通入1 mol N2和3 mol H2，经过一段时间后，测得容器内压强为反应起始的0.9倍，在此时间内以H2表示的平均速率为0.1 mol·L-1·min-1,则所经过的时间是( )
A.5 min B.4 min C.3 min D.2 min
5.合成氨工业对国民经济和社会进展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，673 K，30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是( )

A．点a的正反应速率比点b的小
B．点c处反应达到平衡
C．点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样
D．其他条件不变，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比上图中d点的值大
6.(2022·杭州高二检测)对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，下列争辩目的和示意图相符的是( )

7.确定温度下，向密闭容器中充入1.0 mol N2和3.0 mol H2,反应达到平衡时，测得NH3的物质的量为0.6 mol。若该容器中开头时N2的物质的量为2.0 mol，H2为6.0 mol，则平衡时NH3的物质的量为( )
A.若为定容容器，n(NH3)=1.2 mol
B.若为定容容器，n(NH3)＜1.2 mol
C.若为定压容器，n(NH3)=1.2 mol
D.若为定压容器，n(NH3)＞1.2 mol
二、非选择题(本题包括3小题，共29分)
8.(8分)恒温下，将a mol N2与b mol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器内，发生如下反应N2+3H22NH3。
(1)若反应到某时刻t时，n(N2)=13 mol， n(NH3)=6 mol，a=_______。
(2)反应到达平衡时，混合气体体积为716.8 L(标准状况)其中NH3的含量(体积分数)为25%，计算平衡时NH3的物质的量_________。
(3)混合气体中a∶b=_________。
(4)平衡混合气体中n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=________。
9．(10分)合成氨的温度和压强通常把握在约500℃以及20 MPa～50 MPa的范围，当进入合成塔的N2和H2的体积比为1∶3时，经科学试验测定，在相应条件下N2和H2反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示：

而实际上从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%。
请回答下列问题：
(1)298 K下合成氨时，每生成1 mol氨气，同时放出46.2 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为_________________________________________________。
在该温度下，取1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在的条件下进行反应，测得反应放出的热量总小于92.4 kJ，其缘由是______________。
(2)实际上从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值的根本缘由是_______________。
A.表中所测数据有明显误差
B.生产条件把握不当
C.氨的分解速率大于猜想值
D.合成塔中的反应未达到平衡状态
(3)若工业生产中N2和H2按投料比1∶2.8的比例进入合成塔，那么转化率较大的应当是_________，接受此投料比的缘由是______________，
若从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数仍为15%，则N2和H2的转化率之比是__________。

10.(11分)(2022·长沙高二检测)在一容积为2 L的密闭容器中，加入0.2 mol N2和0.6 mol H2，在确定条件下发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0
反应中NH3的物质的量浓度的变化状况如下图所示，请回答下列问题：

(1)依据上图，计算从反应开头到平衡时，平均反应速率v(NH3)为_________。
(2)该反应达到平衡时H2的转化率________。
(3)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其他条件不变，若转变反应温度，达到新平衡时NH3的物质的量浓度不行能为___________。(填序号)
A.0.20 mol·L-1 B.0.12 mol·L-1
C.0.10 mol·L-1 D.0.08 mol·L-1
(4)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，若在第8分钟末达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 mol·L-1)，请在上图中画出第5分钟末到此平衡时NH3浓度的变化曲线。
(5)若该反应在298 K、398 K时的化学平衡常数分别为K1、K2，则K1______K2(填“＞”“=”或“＜”)。

答案解析
1.【解析】选C。合成氨的反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是气态物质化学计量数减小的可逆反应，增大压强，平衡右移，故A可用平衡移动原理解释。该反应正反应为放热反应，上升温度，对合成氨不利，B可用平衡移动原理解释。使用催化剂，可加快化学反应速率，但不影响化学平衡，C不能用平衡移动原理解释。分别出反应生成的NH3，减小生成物的浓度，平衡右移，D可用平衡移动原理解释。
2.【解析】选A、C。A项，达到平衡后加入N2,平衡正移，NH3的浓度增大，H2浓度减小；B项，上升温度，正、逆反应速率加快，平衡逆移，NH3的产率降低；C项，缩小体积，压强增大，正、逆反应速率加快，平衡正移，N2,H2转化率提高；D项，催化剂能同等程度地加快正、逆反应速率。
3.【解析】选D。要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，依据合成氨反应的特点，由于正反应为放热反应，所以需降低温度；正反应为气体总体积减小的反应，所以需增大压强；另外还可通过准时分别出部分氨气，减小生成物浓度的方法，促使平衡右移，故选D。
【互动探究】
(1)实行哪些措施可使平衡向正反应方向移动？
提示：降低温度、增大压强、增大N2和H2的浓度、分别出部分氨气等都可使平衡向正反应方向移动。
(2)平衡向正反应方向移动，氢气的转化率就确定增大吗？
提示：不愿定增大，例如本题中增加氢气的浓度，平衡向正反应方向移动，但氢气的转化率降低。
4.【解析】选C。设平衡时气体总物质的量为x，反应时间为t，由于在等温等容条件下，压强比等于物质的量的比，所以x/(1+3)=0.9 x=3.6 (mol)
所以 Δx=4－3.6=0.4 (mol)
N2+3H22NH3 Δn
1 3 2 2
n 0.4
n=0.6 mol
所以H2的浓度变化值为0.6 mol/2 L =0.3 mol·L-1
v(H2)=Δc(H2)/t=0.3/t t=3 min
5.【解析】选D。a点的反应物浓度大于b点，所以反应速率a更快；c点的时候各种物质的浓度仍在变化，并没有达到平衡；而d、e两点时达到平衡，浓度不再变化；上升温度，平衡逆向移动，氢气的浓度变大。
6.【解析】选C。A项，p1达平衡时间短，所以p1>p2，压强增大时，平衡正向移动，氨气的体积分数增大，不符合；B项，合成氨反应正向放热，温度上升平衡逆向移动，氮气的转化率变小，不符合；C项，向平衡体系中加氮气，反应速率加快，平衡正向移动，符合；D项，催化剂能缩短反应达到平衡时间，不符合。
7.【解析】选C。若为定压容器，由等效平衡原理可知C正确；若为定容容器，可假定让后者在前者2倍体积的容器中反应，建立平衡时，n(NH3)=1.2 mol，再缩小容积跟前者的相同，此时平衡正移，n(NH3)增大，即n(NH3)＞1.2 mol。
【方法技巧】常见的等效平衡题的解题方法
(1)先推断条件，依据条件确定等效平衡的性质。
(2)再依据条件选择投料比。

(3)依据化学平衡计算的三段式的计算方法进行相关的计算。
(4)给出最终答案或选项。
8.【解析】(1)t时刻时，NH3生成6 mol
N2 + 3H22NH3
初始： a b 0
t时刻： 13 9 6
转化： a-13 b-9 6
所以：a-13=3,a=16
(2)平衡时n(NH3)=(716.8×25%)/22.4=8 (mol)。
(3)由化学方程式知生成8 mol NH3需消耗N2 4 mol，H212 mol
最终剩余N2∶16-4=12 (mol)
剩余H2为716.8/22.4－8－12=12 (mol)
则开头通入H2为：b=12+12=24 (mol)
所以a∶b=16∶24=2∶3
(4)平衡时：n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=12∶12∶8=3∶3∶2。
答案：(1)16 (2)8 mol (3)2∶3 (4)3∶3∶2
9．【解析】(1)依据题意，生成2 mol NH3所放出的热量为46.2 kJ×2=92.4 kJ，该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。
由于合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2反应不行能完全转化为NH3，所以放出的热量总小于92.4 kJ。
(2)从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值，其根本缘由是反应没有达到平衡状态。
(3)若投料比为1∶2.8，相当于增加了N2的用量，可以提高H2的转化率。
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
起始量 1 2.8 0
变化量 x 3x 2x
平衡量 1-x 2.8-3x 2x
依据题意：解得x≈0.248。
N2、H2的转化率之比
答案：(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1
合成氨的反应是一个可逆反应，1 mol N2和3 mol H2反应不行能完全转化为NH3
(2)D (3)H2 增加相对廉价原料N2的用量，提高相对贵重原料H2的转化率，降低生产成本 1∶1.07
10.【思路点拨】解答本题留意以下两点：
(1)分析新平衡时NH3的物质的量浓度的取值范围时留意温度与图中温度不同；
(2)画第5分钟末到新平衡时NH3浓度的变化曲线时留意5分钟时NH3的浓度。
【解析】从反应开头到平衡时用时4分钟，NH3的物质的量浓度变化了
0.1 mol·L -1，v(NH3)为0.025 mol·L-1·min-1；此时氢气反应了0.3 mol，转化率为50%；初始N2和H2的物质的量分别是0.2 mol、0.6 mol，平衡时NH3的物质的量介于0 mol～0.4 mol之间，浓度介于0 mol·L-1～0.2 mol·L-1之间；而且温度与图中平衡温度不同，所以，NH3的物质的量浓度也不行能是0.10 mol·L-1；将容器的体积缩小一半的瞬间NH3的浓度变为0.2 mol·L-1，由于压强增大，平衡右移，NH3的浓度渐渐增大至0.25 mol·L-1达到新的平衡；温度上升平衡常数减小。
答案：(1)0.025 mol·L-1·min-1 (2)50%
(3)A、C
(4)

(5)＞