魯科選修4化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨同步測(cè)試

1、第2章 第4節(jié)(45分鐘100分)(本欄目?jī)?nèi)容，在學(xué)生用書中以活頁(yè)形式分冊(cè)裝訂！)一、選擇題(本題包括10小題，每小題5分，共50分)1合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)是()可逆不可逆正反應(yīng)放熱正反應(yīng)吸熱正反應(yīng)氣體總體積增大正反應(yīng)氣體總體積縮小A BC D答案：C2合成氨工業(yè)上采用了循環(huán)操作，主要原因是()A加快反應(yīng)速率 B提高NH3的平衡濃度C降低NH3的沸點(diǎn) D提高N2和H2的利用率解析：合成氨是可逆反應(yīng)，在中壓工藝條件下合成氨廠出口氣中的氨含量一般為13%14%，循環(huán)使用可提高N2和H2的利用率。答案：D3(2010上海高考)1913年德國(guó)化學(xué)家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當(dāng)時(shí)日益

2、增長(zhǎng)的人口對(duì)糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是()A BC D解析：合成氨反應(yīng)為N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，加壓、降溫、減小NH3的濃度均有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，、正確；將原料氣循環(huán)利用也可提高原料的轉(zhuǎn)化率，正確。答案：B4下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法中，正確的是()A從合成塔出來(lái)的混合氣體，其中氨氣只占13%14%，所以生產(chǎn)氨的工廠效率都很低B由于氨易液化，N2(g)、H2(g)是循環(huán)使用的，總體來(lái)講氨的產(chǎn)率比較高C合成氨反應(yīng)溫度控制在500 左右，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)D合成氨采用的壓強(qiáng)是21075107Pa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活

3、性最大解析：雖然從合成塔出來(lái)的混合氣體中氨氣只占13%14%，但由于氮?dú)狻錃馐茄h(huán)使用的，總體來(lái)講氨的產(chǎn)率比較高；合成氨是放熱反應(yīng)，選擇高溫不利于氨氣的合成，選擇500 左右的溫度在于提高化學(xué)反應(yīng)速率和增大催化劑的活性；催化劑的活性取決于溫度的大小，而不是取決于壓強(qiáng)的高低。答案：B5(2011汕頭高二質(zhì)檢)合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖分析合成氨工業(yè)最有前途的研究方向是()A提高分離技術(shù)B研制耐高壓的合成塔C研制低溫催化劑D探索不用N2和H2合成氨的新途徑解析：由圖可知：(NH3)隨著溫度的升高而顯著下降，故要提高(NH3)必須降低溫度，但目前所用催

4、化劑鐵觸媒活性最好時(shí)的溫度在700 K左右。故最有前途的研究方向?yàn)檠兄频蜏卮呋瘎４鸢福篊6高溫下，某反應(yīng)達(dá)平衡，平衡常數(shù)K。恒容時(shí)，溫度升高，H2濃度減小。下列說(shuō)法正確的是()A該反應(yīng)的焓變?yōu)檎礏恒溫恒容下，增大壓強(qiáng)，H2濃度一定減小C升高溫度，逆反應(yīng)速率減小D該反應(yīng)化學(xué)方程式為COH2OCO2H2解析：由平衡常數(shù)表達(dá)式寫出可逆反應(yīng)為CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由于升高溫度，H2濃度減小，說(shuō)明升溫平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此正反應(yīng)是吸熱的，焓變?yōu)檎担珹項(xiàng)正確；由于反應(yīng)前后氣體體積相等，增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，但若通入H2其濃度會(huì)增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；升高溫度，正逆反應(yīng)速率

5、都會(huì)增大，C項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：A7工業(yè)合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，下列關(guān)于N2(g)3H2(g)2NH3(g)反應(yīng)的圖象中，錯(cuò)誤的是()解析：合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫、正、逆反應(yīng)速率都增大，但逆反應(yīng)增大的程度大，A正確；在T1時(shí)NH3%最大，達(dá)到平衡，再升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，NH3%減小，B正確，C錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，平衡向右移動(dòng)，NH3%增大，D正確。答案：C8(2011寧波高二質(zhì)檢)有平衡體系：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0，為了增加甲醇(CH3OH)的產(chǎn)量，應(yīng)采用的正確措施是()A高溫、高壓 B適宜溫度、高壓、催化劑C低溫、低壓 D高溫、高壓、催化劑解析：要增加甲醇的產(chǎn)量，需要

6、從兩方面考慮：一提高反應(yīng)速率，可采取較高的溫度，較大的壓強(qiáng)，使用催化劑；二增大反應(yīng)限度，低溫、高壓，有利于該可逆反應(yīng)的平衡右移，所以可采取適宜溫度、高壓、催化劑。答案：B9(2011福州高二質(zhì)檢)合成氨反應(yīng)：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1，在反應(yīng)過(guò)程中，正反應(yīng)速率的變化如圖：下列說(shuō)法正確的是()At1時(shí)升高了溫度 Bt2時(shí)使用了催化劑Ct3時(shí)增大了壓強(qiáng) Dt4時(shí)降低了溫度解析：若t1時(shí)升高了溫度，則隨后v正應(yīng)增大至平衡，A錯(cuò)；若t3增大了壓強(qiáng)，v正應(yīng)增大，而不會(huì)減小，故C錯(cuò)；若t4時(shí)降低了溫度，則v正應(yīng)突然減小，曲線不應(yīng)相連，D錯(cuò)。答案：B10在密閉容器內(nèi)，N2、

7、H2起始的物質(zhì)的量分別為10 mol、30 mol，達(dá)到平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為25%。若從NH3開始，在相同條件下欲使平衡時(shí)各成分的百分含量相同，則應(yīng)加入NH3的物質(zhì)的量及NH3的轉(zhuǎn)化率為()A15 mol和25% B20 mol和50%C20 mol和75% D40 mol和80%解析：以N2、H2為起始時(shí)，N2為10 mol，H2為30 mol，要以NH3開始反應(yīng)，并且平衡時(shí)百分含量與前者相同，取NH3的量必須是20 mol，故A和D是錯(cuò)誤的。設(shè)以NH3開始反應(yīng)時(shí)，氨轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，那么有20 molx210 mol25%，x15 mol氨的轉(zhuǎn)化率：100%75%。答案：C二、非選擇題(

8、本題包括4小題，共50分)11(12分)工業(yè)上合成氨是在一定條件下進(jìn)行如下反應(yīng)：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.44 kJmol1，其部分工藝流程如圖所示：反應(yīng)體系中各組分的部分性質(zhì)見(jiàn)下表氣體氮?dú)鈿錃獍比埸c(diǎn)/210.01252.7777.74沸點(diǎn)/195.79259.2333.42回答下列問(wèn)題：(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K_ _。隨著溫度升高，K值_(填“增大”、“減小”或“不變”)。(2)K值越大，表明_(填字母)。A其他條件相同時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率越高B其他條件相同時(shí)NH3的產(chǎn)率越大C原料中N2的含量越高D化學(xué)反應(yīng)速率越快(3)在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程，即反應(yīng)后通過(guò)把混

9、合氣體的溫度降低到_使_分離出來(lái)；繼續(xù)循環(huán)的氣體是_。解析：(1)由化學(xué)方程式N2(g)3H2(g)2NH3(g)不難寫出：K，此反應(yīng)H0，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即向左移動(dòng)，NH3減小，N2和H2增大，故K減小。(2)K值越大，說(shuō)明NH3越大，N2和H2就越小，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度大，故其他條件相同時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率就越高，NH3的產(chǎn)率就越大。(3)根據(jù)氣體的熔、沸點(diǎn)可知，氨氣容易液化，使其分離可使平衡正向移動(dòng)，剩余N2和H2循環(huán)使用，以提高產(chǎn)率。答案：(1)減小(2)AB(3)33.42 氨N2和H212(12分)下表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在不同溫度和壓強(qiáng)下，平衡混合物中NH3

10、含量的變化情況。達(dá)到平衡時(shí)平衡混合物中NH3的含量(體積分?jǐn)?shù))入料V(N2)V(H2)130.110203060100200 15.381.586.489.995.498.8300 2.252.064.271.084.292.6400 0.425.138.247.065.279.8500 0.110.619.126.442.257.5600 0.054.59.113.823.131.4(1)比較200 和300 時(shí)的數(shù)據(jù)，可判斷升高溫度，平衡向_方向移動(dòng)，正反應(yīng)方向?yàn)開(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。(2)根據(jù)平衡移動(dòng)原理，合成氨適宜的條件是_。A高溫高壓 B高溫低壓C低溫高壓 D低溫低壓(3)

11、計(jì)算500 ，30 MPa時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率_。(4)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)合成氨時(shí)，考慮濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響，還采取了一些措施。請(qǐng)寫出其中的一個(gè)措施：_。解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可以看出，在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，200 NH3的百分含量比300 中NH3的百分含量高，故知升高溫度平衡向左(或逆向)移動(dòng)，進(jìn)而據(jù)平衡移動(dòng)原理判斷出正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)。(2)由表中數(shù)據(jù)知，在相同壓強(qiáng)下，溫度越高，NH3的百分含量越低；相同溫度時(shí)，壓強(qiáng)越大，NH3的百分含量越高，故合成氨適宜條件是低溫高壓。(3) N2 3H2 2NH3起始13 0轉(zhuǎn)化n3n 2n平衡1n 33n 2n100%26.4%n0.417 7故N2的轉(zhuǎn)化率為

12、100%41.77%。答案：(1)左(或逆反應(yīng))放熱(2)C(3)41.77%(4)加入過(guò)量的N2(或及時(shí)從平衡混合物中移走NH3)13(12分)(2011南通高二質(zhì)檢)對(duì)于2XY(g)的體系，在壓強(qiáng)一定時(shí)，平衡體系中Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Y)隨溫度的變化情況如右圖所示(實(shí)線上的任何一點(diǎn)為對(duì)應(yīng)溫度下的平衡狀態(tài)。)(1)該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是一個(gè)_反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。(2)A、B、C、D、E各狀態(tài)中，v(正)v(逆)的是_。(3)維持t1不變，EA所需時(shí)間為x，維持t2不變，DC所需時(shí)間為y，則x_y(填“”或“”)。(4)欲要求使E狀態(tài)從水平方向到C狀態(tài)后，再沿平衡曲線到達(dá)A狀態(tài)，從理論上來(lái)

13、講，可選用的條件是_。解析：由圖可知，隨著溫度的升高，w(Y)逐漸減少，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)。A、B、C、D、E中A、B、C在平衡曲線上，則A、B、C都處于各自的平衡狀態(tài)中，D、E兩點(diǎn)不在平衡曲線上，即它們沒(méi)有達(dá)到化學(xué)平衡，因?yàn)镋狀態(tài)的w(Y)比該溫度下平衡時(shí)的小，所以平衡正向移動(dòng)，v(正)v(逆)，D狀態(tài)的w(Y)比該溫度下的平衡狀態(tài)時(shí)的大，平衡逆向移動(dòng)，此時(shí)v(逆)v(正)。D、E要達(dá)到各自溫度下的平衡狀態(tài)所轉(zhuǎn)化的Y的物質(zhì)的量，因?yàn)镈處的溫度比E處的溫度高，D處反應(yīng)速率快，所以D處達(dá)到平衡所需時(shí)間短。EC，要滿足w(Y)不變，溫度升高，只有采取突然升溫，CA的變化符合平

14、衡曲線，意味著要經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)溫度下的平衡狀態(tài)的點(diǎn)后，C才能到達(dá)A，所以只有采取無(wú)限緩慢地降溫。答案：(1)放熱(2)D(3)(4)先突然升溫到t2，然后無(wú)限緩慢地降低溫度到t114(16分)(2011深圳高二質(zhì)檢)科學(xué)家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。(1)目前合成氨技術(shù)原理為：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1673 K,30 MPa下，上述合成氨反應(yīng)中n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是_。A點(diǎn)a的正反應(yīng)速率比點(diǎn)b的大B點(diǎn)c處反應(yīng)達(dá)到平衡C點(diǎn)d和點(diǎn)e處的n(N2)相同D773 K,30 MPa下，t2時(shí)刻也是該反應(yīng)的平衡點(diǎn)，則n(N

15、H3)比圖中e點(diǎn)的值大在容積為2.0 L恒容的密閉容器中充入0.80 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反應(yīng)在673 K、30 MPa下進(jìn)行，達(dá)到平衡時(shí)，NH3的體積分?jǐn)?shù)為20%。該條件下反應(yīng)N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常數(shù)K_。(2)根據(jù)最新“人工固氮”的研究報(bào)道，在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生下列反應(yīng)：N2(g)3H2O(l)2NH3(g)O2(g)Ha kJmol1進(jìn)一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，常壓下達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：T/K303313323NH3生成量/(106 mol)4.85.96.0:此合成反應(yīng)