第四节化学反应的调控 课后·训练提升 基础巩固 1.合成氨工业中既能增大反应速率，又能提高氨的产率的方法是( )。 ①减小压强②增大压强③升温④降温⑤及时从平衡混合气中分离出 NH3⑥分离出NH3后的N2、H2加压后输入合成塔⑦加催化剂 A.①④⑤⑦ B.③⑤ C.②⑥ D.②③⑥⑦ 答案C 解析：合成氨反应N2(g十3H(g)一2NH3(g)△H<0的特点为可逆、放热、气体 体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率增大，可以增大压强或反应物 浓度。 2.合成氨工业中有关催化剂的性质、作用的说法不正确的是( A.合成氨反应若不使用催化剂，该反应就不能自发进行 B.反应前后催化剂的质量和化学性质都不改变 C.催化剂不能使化学平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡所用的时间 D催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率 答案：A 解析：催化剂可以增大化学反应速率，但不能改变化学反应的方向。 3.一定温度下，在恒压容器a和恒容容器b中，分别充入体积比为1：3的N2和 H2。开始时体积相同，达到平衡时两容器中N2的转化率比较()。 A.a大 B.b大 C.a、b一样大D.无法判断 答案：A 解析：先假设a容器开始时也保持容积不变，达到平衡时，容器a中N2的转化率 c(a)与容器b中N2的转化率cb)相等，即c(a=b)。但达到平衡时，a容器的压强 比开始变小了。若要保持开始时的压强，必须缩小容器的容积，则平衡正向移 动。因此再达平衡时，N2的转化率1(a)变大了。即a(a>o(a,则a1(a>a(b)。 4.下面是合成氨的简易流程示意图： N2(1体积) 压缩机 热交换器 H2(3体积 液氨 冷凝器 有催化剂的合成塔
第四节 化学反应的调控 课后· 基础巩固 1.合成氨工业中既能增大反应速率,又能提高氨的产率的方法是( )。 ①减小压强 ②增大压强 ③升温 ④降温 ⑤及时从平衡混合气中分离出 NH3 ⑥分离出 NH3 后的 N2、H2加压后输入合成塔 ⑦加催化剂 A.①④⑤⑦ B.③⑤ C.②⑥ D.②③⑥⑦ 答案:C 解析:合成氨反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0 的特点为可逆、放热、气体 体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率增大,可以增大压强或反应物 浓度。 2.合成氨工业中有关催化剂的性质、作用的说法不正确的是( )。 A.合成氨反应若不使用催化剂,该反应就不能自发进行 B.反应前后催化剂的质量和化学性质都不改变 C.催化剂不能使化学平衡发生移动,但能缩短反应达到平衡所用的时间 D.催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率 答案:A 解析:催化剂可以增大化学反应速率,但不能改变化学反应的方向。 3.一定温度下,在恒压容器 a 和恒容容器 b 中,分别充入体积比为 1∶3 的 N2 和 H2。开始时体积相同,达到平衡时两容器中 N2 的转化率比较( )。 A.a 大 B.b 大 C.a、b 一样大 D.无法判断 答案:A 解析:先假设 a 容器开始时也保持容积不变,达到平衡时,容器 a 中 N2 的转化率 α(a)与容器 b 中 N2 的转化率 α(b)相等,即 α(a)=α(b)。但达到平衡时,a 容器的压强 比开始变小了。若要保持开始时的压强,必须缩小容器 a 的容积,则平衡正向移 动。因此再达平衡时,N2 的转化率 α1(a)变大了。即 α1(a)>α(a),则 α1(a)>α(b)。 4.下面是合成氨的简易流程示意图:
沿x路线回去的物质是( AN2和H2 B.催化剂 C.N2 D.H2 答案：A 5.德国化学家哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得1918年诺贝尔化学 奖。下列所示是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是 () N2(1体积) 压缩机 热交换器 H2(3体积 液氨 冷凝器 有催化剂的合成塔 A.①②③ B.②④⑤ c.①③⑤ D.②③④ 答案B 解析：②④⑤操作均有利于合成氨的化学平衡向右移动，提高转化率。 6.某温度下，对于反应N2(g十3H(g)一2NH3(g)△H=-92.4kJol。N2的平衡转 化率()与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()。 a(Nz) 30% 20% O P P2 p/MPa A.将1mol氮气、3mol氢气，置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJ B.平衡状态由M变为N时，平衡常数K(0<K(N) C.上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大 D.升高温度，平衡常数K增大 答案：C 解析：该反应为可逆反应，加入的1molN2和3molH2不可能完全反应生成NH3, 所以反应放出的热量小于92.4kJ,A项错误；从状态M到状态N,改变的是压强，温 度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误：该反应是反应前后气体分子数减小 的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C项正确：升高温度，平 衡逆向移动，K减小，D项错误。 7.某条件下合成氨反应达平衡时氨的体积分数为25%，若反应前后条件保持不变 则反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比是()
沿 x 路线回去的物质是( )。 A.N2 和 H2 B.催化剂 C.N2 D.H2 答案:A 5.德国化学家哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得 1918 年诺贝尔化学 奖。下列所示是哈伯法的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是 ( )。 A.①②③ B.②④⑤ C.①③⑤ D.②③④ 答案:B 解析:②④⑤操作均有利于合成氨的化学平衡向右移动,提高转化率。 6.某温度下,对于反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。N2 的平衡转 化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )。 A.将 1 mol 氮气、3 mol 氢气,置于 1 L 密闭容器中发生反应,放出的热量为 92.4 kJ B.平衡状态由 M 变为 N 时,平衡常数 K(M)<K(N) C.上述反应在达到平衡后,增大压强,H2 的转化率增大 D.升高温度,平衡常数 K 增大 答案:C 解析:该反应为可逆反应,加入的 1 mol N2 和 3 mol H2 不可能完全反应生成 NH3, 所以反应放出的热量小于 92.4 kJ,A 项错误;从状态 M 到状态 N,改变的是压强,温 度未发生变化,所以平衡常数不变,B 项错误;该反应是反应前后气体分子数减小 的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2 的转化率增大,C 项正确;升高温度,平 衡逆向移动,K 减小,D 项错误。 7.某条件下合成氨反应达平衡时氨的体积分数为 25%,若反应前后条件保持不变, 则反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比是( )
A号 B联 c D 答案A 解析：设起始时H2为amol、N2为bmol,平衡时NH3为xmol,则 3H2+ N2= 2NH3 起始mol 0 b 0 平衡mol b￥ 2 2 依题意可得a号 -×100%=25% 化简得。=月 解得产。=吉即反应后减小的气体的物质的量与原反应物的总物质的量之比为 atb 根据相同条件下，体积之比等于物质的量之比，反应后缩小的气体体积与原反 应物的体积之比为。 8.在反应N2(g十3H(g)一2NH3(g)△H<0的平衡体系中，当恒温恒压条件下1时 刻分离出NH3时，下列说法正确的是()。 A1时刻后的速率变化如下图所示 B.1时刻后达到新平衡前Q>K C.新平衡体系中NH3的含量增大 DN2的平衡转化率增大 答案D 解析：分离出NH3,使体系中NH3的含量减小，则达到新平衡前Q<Kv>v是，平衡 向正反应方向移动，故N2的平衡转化率增大。 9.下列说法中，能用勒夏特列原理解释的是()。 A.加入催化剂可以提高单位时间内氨的产量 B.高压有利于合成氨的反应 C.500℃比室温更有利于合成氨的反应 D.恒温恒容下，在合成氨平衡体系中充入H,使压强增大，则平衡正向移动，NH3的 产量增大
A. 1 5 B. 1 4 C. 1 6 D. 1 2 答案:A 解析:设起始时 H2 为 a mol、N2 为 b mol,平衡时 NH3 为 x mol,则 3H2 + N2 2NH3 起始/mol a b 0 平衡/mol a- 3𝑥 2 b- 𝑥 2 x 依题意可得: 𝑥 𝑎- 3𝑥 2 +𝑏- 𝑥 2 +𝑥 ×100%=25% 化简得: 𝑥 𝑎+𝑏-𝑥 = 1 4 解得: 𝑥 𝑎+𝑏 = 1 5 ,即反应后减小的气体的物质的量与原反应物的总物质的量之比为 1 5。根据相同条件下,体积之比等于物质的量之比,反应后缩小的气体体积与原反 应物的体积之比为1 5。 8.在反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0 的平衡体系中,当恒温恒压条件下 t1 时 刻分离出 NH3 时,下列说法正确的是( )。 A.t1 时刻后的速率变化如下图所示 B.t1 时刻后达到新平衡前 Q>K C.新平衡体系中 NH3 的含量增大 D.N2 的平衡转化率增大 答案:D 解析:分离出 NH3,使体系中 NH3 的含量减小,则达到新平衡前 Q<K,v 正>v 逆,平衡 向正反应方向移动,故 N2 的平衡转化率增大。 9.下列说法中,能用勒夏特列原理解释的是( )。 A.加入催化剂可以提高单位时间内氨的产量 B.高压有利于合成氨的反应 C.500 ℃比室温更有利于合成氨的反应 D.恒温恒容下,在合成氨平衡体系中充入 He,使压强增大,则平衡正向移动,NH3 的 产量增大
答案B 解析：A项，加入催化剂只能增大反应速率，缩短达到平衡的时间，不能使化学平衡 发生移动。B项，合成氨是一个气体体积减小的反应，所以增大压强，使平衡正向 移动，有利于合成氨，符合勒夏特列原理。C项，因为合成氨是一个放热反应，所以 从化学平衡角度分析，应采用较低温度。500℃高温较室温不利于平衡向合成氨 方向移动，但500℃左右催化剂活性最大，故500℃高温比室温更有利于合成氨 的反应。D项，恒温恒容下充入He,惰性气体He不与N2、H2、NH3反应。虽然 总压强增大了，但实际上平衡体系中各组分浓度不变，所以平衡不移动NH3的产 量不变。 10.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义，对我国实现农业现代化起着 重要作用。根据己学知识回答下列问题。 己知N2(g+3H(g)一2NH3(g)△H=-92.4 kJ-mol- (1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 A.采用较高压强(10MPa-30MPa) B.采用400-500℃的高温 C用铁触媒作催化剂 D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来 (2)合成氨工业中采用了较高压强(10MPa~30MPa),而没有采用100MPa或者更 大压强，试解释没有这么做的理由： 答案：(1)BC (2)采用更大压强会要求使用承受更大压强的设备，从而增加生产成本（其他合理 答案也可) 解析(1)N2(g十3H2(g)一2NH3(g),反应后气体体积减小，压强增大，平衡正向移 动：400~500℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动：采用400~500℃既考 虑到温度对速率的影响，更主要的是500℃左右催化剂活性最大。催化剂只改变 反应速率，不能使平衡发生移动：将氨液化并分离出来，减少体系中氨的浓度，平衡 正向移动。(2)采用更大压强，需要使用承受更大压强的设备，增加了生产成本，降 低了综合经济效益。 11.在容积相同的密闭容器中，分别充入等量的氮气和氢气，在不同温度下发生反 应：N2(g十3H2(g)一2NH3(g),并分别在tmin时测定其中NH3的质量分数Gy轴所 表示的)，绘成图像如图所示，请回答下列问题。 OT1T2T3T4T5温度
答案:B 解析:A 项,加入催化剂只能增大反应速率,缩短达到平衡的时间,不能使化学平衡 发生移动。B 项,合成氨是一个气体体积减小的反应,所以增大压强,使平衡正向 移动,有利于合成氨,符合勒夏特列原理。C 项,因为合成氨是一个放热反应,所以 从化学平衡角度分析,应采用较低温度。500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨 方向移动,但 500 ℃左右催化剂活性最大,故 500 ℃高温比室温更有利于合成氨 的反应。D 项,恒温恒容下充入 He,惰性气体 He 不与 N2、H2、NH3反应。虽然 总压强增大了,但实际上平衡体系中各组分浓度不变,所以平衡不移动,NH3 的产 量不变。 10.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化起着 重要作用。根据已学知识回答下列问题。 已知 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 (1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 。 A.采用较高压强(10 MPa~30 MPa) B.采用 400~500 ℃的高温 C.用铁触媒作催化剂 D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来 (2)合成氨工业中采用了较高压强(10 MPa~30 MPa),而没有采用 100 MPa 或者更 大压强,试解释没有这么做的理由: 。 答案:(1)BC (2)采用更大压强会要求使用承受更大压强的设备,从而增加生产成本(其他合理 答案也可) 解析:(1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应后气体体积减小,压强增大,平衡正向移 动;400~500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动;采用 400~500 ℃既考 虑到温度对速率的影响,更主要的是 500 ℃左右催化剂活性最大。催化剂只改变 反应速率,不能使平衡发生移动;将氨液化并分离出来,减少体系中氨的浓度,平衡 正向移动。(2)采用更大压强,需要使用承受更大压强的设备,增加了生产成本,降 低了综合经济效益。 11.在容积相同的密闭容器中,分别充入等量的氮气和氢气,在不同温度下发生反 应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),并分别在 t min 时测定其中 NH3 的质量分数(y 轴所 表示的),绘成图像如图所示,请回答下列问题
(I)A、B、C、D、E五点中，肯定未达平衡的点是 (2)此可逆反应的正反应是 热反应。 (3)4C曲线是增函数曲线，CE曲线是减函数曲线，试从化学反应速率和化学平衡 的角度分析，并说明理由： 答案：(1)AB (2)放 (3)4C曲线是增函数曲线，温度升高，反应速率增大，生成物NH3的质量分数增 多：CE曲线是减函数曲线，此反应的正反应是放热反应，达到平衡后，温度升高，平 衡向逆反应方向移动，NH3的质量分数降低 解析：(I)从图像中看出C点时，NH3的质量分数最大，说明A、B两点均未达到平 衡。 (2)达到平衡(C点)后，升高温度，NH3的质量分数降低，说明此反应的正反应放热。 拓展提高 1.(双选)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的 反应N2(g+3H2(g)一2NH3(g),在400℃、30MPa下，nNH3)和nH)随时间变化 的关系如图所示。据图推测下列叙述正确的是()。 n A.正反应速率：MN B.点P处反应达到平衡 C.点Q(时刻)和点R(h时刻)处nN2)不一样 D.其他条件不变时，500℃下反应至1时刻，nH2)比图中Q点的n(H2)大 答案：AD 解析：由图可以看出，N2与H2反应生成NH3,点M处的n(H2)比点N处大，点M处 的正反应速率大，A项正确：P点处nNH3)=nH2),还没有达到平衡，B项错误；h时 已经达到平衡，点Q(1时刻)处和点R(2时刻)处nN2)相同，C项错误；500℃高于 400℃，升温，平衡逆向移动，1时刻n(H2)在500℃时比在400℃时的大。 2.在一定条件下，将N2和H2按体积比1：3充入恒容密闭容器中发生反应 N2(g十3H2(g)一2NH3(g)△H<0,下列说法正确的是( ) A.达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等 B.达到平衡后，其他条件不变再充入氨气，新平衡时氨气的体积分数比原平衡时大
(1)A、B、C、D、E 五点中,肯定未达平衡的点是 。 (2)此可逆反应的正反应是 热反应。 (3)AC 曲线是增函数曲线,CE 曲线是减函数曲线,试从化学反应速率和化学平衡 的角度分析,并说明理由: 。 答案:(1)AB (2)放 (3)AC 曲线是增函数曲线,温度升高,反应速率增大,生成物 NH3 的质量分数增 多;CE 曲线是减函数曲线,此反应的正反应是放热反应,达到平衡后,温度升高,平 衡向逆反应方向移动,NH3 的质量分数降低 解析:(1)从图像中看出 C 点时,NH3 的质量分数最大,说明 A、B 两点均未达到平 衡。 (2)达到平衡(C 点)后,升高温度,NH3 的质量分数降低,说明此反应的正反应放热。 拓展提高 1.(双选)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的 反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),在 400 ℃、30 MPa 下,n(NH3)和 n(H2)随时间变化 的关系如图所示。据图推测下列叙述正确的是( )。 A.正反应速率:M>N B.点 P 处反应达到平衡 C.点 Q(t1 时刻)和点 R(t2 时刻)处 n(N2)不一样 D.其他条件不变时,500 ℃下反应至 t1 时刻,n(H2)比图中 Q 点的 n(H2)大 答案:AD 解析:由图可以看出, N2 与 H2 反应生成 NH3,点 M 处的 n(H2)比点 N 处大,点 M 处 的正反应速率大,A 项正确;P 点处 n(NH3)=n(H2),还没有达到平衡,B 项错误;t1 时 已经达到平衡,点 Q(t1 时刻)处和点 R(t2 时刻)处 n(N2)相同,C 项错误;500 ℃高于 400 ℃,升温,平衡逆向移动,t1 时刻 n(H2)在 500 ℃时比在 400 ℃时的大。 2.在一定条件下,将 N2 和 H2 按体积比 1∶3 充入恒容密闭容器中发生反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )。 A.达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等 B.达到平衡后,其他条件不变再充入氨气,新平衡时氨气的体积分数比原平衡时大