文档介绍:【提分必做】高中化学-第2章第4节-化学反应条件的优化——工业合成氨作业1-鲁科版选修4
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第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
[基础达标]
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,N2的浓度比原平衡的小
B.达到平衡后,升高温度,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,是因为正反应速率增大,逆反应速率减小
解析:选C。达到平衡后,加入N2,平衡将正向移动,达到新平衡后,NH3的浓度会增大,而N2的浓度比原平衡的大;达到平衡后,升高温度,正、逆反应速率都增大,但平衡逆向移动,不利于NH3的生成;达到平衡后,缩小容器体积即增大压强,正、逆反应速率都增大,平衡正向移动
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,有利于提高H2的转化率;加入催化剂,能同等程度地增大正、逆反应速率,缩短反应达到平衡的时间。
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,下列选项中采用的三种方法正确的是( )
A.升高温度、降低压强、增加氮气
B.降低温度、增大压强、加入催化剂
C.升高温度、增大压强、增加氮气
D.降低温度、增大压强、分离出部分氨气
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,根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;另外还可通过及时分离出部分氨气,减小生成物浓度的方法,促使平衡右移,故选D。
在密闭容器内,N2、H2起始的物质的量分别为10 mol、30 mol,达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始,在相同条件下欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同,则应加入NH3的物质的量及NH3的转化率为( )
A.15 mol和25% B.20 mol和50%
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B.若为定容容器,n(NH3)< mol
C.若为定压容器,n(NH3)= mol
D.若为定压容器,n(NH3)> mol
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)= 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)> mol。
下面是合成氨简要流程示意图:
沿x路线回去的物质是( )
A.N2和H2 B.催化剂
C.N2 D.H2
解析:选A。反应混合气经过合成塔发生反应:N2+3H22NH3,成分变为N2、H2、NH3的混合气体,经冷凝,NH3液化,N2、H2沸点很低,未液化,故再送入压缩机,循环使用,提高原料利用率。
在2 L密闭容器中,合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)达到平衡。请回答下列问题:
(1)已知:450 ℃时NH3的浓度大于550 ℃时,
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则正反应是________热反应。
(2)反应进程中:0~2 s内N2的物质的量由2 mol变为1 mol,则v(H2)=________________。
(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是________。
A.[N2]=[H2]=[NH3]
B.容器内压强保持不变
C.v(N2)=3v(H2)
D.容器内的密度保持不变
(4)可使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的措施是________。
A.及时分离出NH3
B.适当升高温度
C.增大压强
D.选择高效的催化剂
解析:(1)450 ℃时NH3的浓度大于550 ℃时,说明温度升高,平衡向逆反应方向移动,则正反应是放热反应。
(2)v(H2)=3v(N2)== mol·L-1·s-1。
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(3)A中浓度相等,但不一定达到平衡,只有浓度不再改变时,表示达到了平衡;该反应是反应前后气体体积不相等的反应,体积固定,故压强不变,表示该反应已达平衡;C项中未指明是正反应速率还是逆反应速率,故不能表示该反应已达平衡;体积固定,质量不变,故密度不变不能表示该反应已达平衡。
(4)及时分离出NH3,减少生成物,反应速率将减小,A不符合题意;适当升高温度,平衡向逆反应方向移动,B不符