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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)，以下说法中正确的选项是(　　)
A．到达平衡后加入N2，当重新到达平衡时，，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)到达平衡。请答复以下问题：
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(1)已知：450 ℃时NH3的浓度大于550 ℃时，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)能说明该反应已经到达平衡状态的是________。
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．及时别离出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。
(3)A中浓度相等，但不一定到达平衡，只有浓度不再改变时，表示到达了平衡；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)及时别离出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不符合题意；增大压强，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，C符合题意；催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，D不符合题意。
答案：(1)放　(2) mol·L－1·s－1　(3)B　(4)C
[能力提升]
在合成氨的反应中，N2和H2的初始加入量为110 mL、130 mL，当到达平衡时，气体的总体积变为220 mL，则生成NH3的体积为(　　)
A．10 mL B．20 mL
C．25 mL D．30 mL
解析：选B。根据反应方程式：
N2　　＋ 3H22NH3　　ΔV
1 3　　　　2 2
110 mL 130 mL　V(NH3) ΔV＝110 mL＋130 mL－220 mL＝20 mL
缩小体积也等于生成NH3的体积，即V(NH3)＝20 mL，故B项正确。
低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)2N2(g)＋3H2O(g)　ΔH＜0。在恒容的密闭容器中，以下有关说法正确的选项是(　　)
A．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大
B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小
C．单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1∶2时，反应到达平衡
D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大
解析：选C