2.4化学反应的调控 基础巩固+能力提升(含答案)
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1、第四节第四节 化学反应的调控化学反应的调控 基础巩固 1.合成氨工业中控制的反应条件应为( ) A.温度越高越好 B.压强越大越好 C.混合气体中氢气含量越高越好 D.所选的催化剂活性越大越好 解析 工业合成氨的条件是高温、高压、催化剂,其中催化剂的使用是为了加快 化学反应速率;工业合成氨的反应是一个放热反应,所以低温有利于提高原料的 转化率,使化学平衡向着生成氨的方向移动,但考虑到低温的反应速率太慢,一 般采用 400500 温度; 该反应是一个气体体积缩小的反应, 所以高压有利于平 衡向右移动,但压强太高,设备的造价就高,所以一般是在 10 MPa30 MPa; 混合气体中氢气的含量高,尽
2、管平衡向生成氨的方向移动,但因为氢气的成本较 高,所以往往选用氮气过量。 答案 D 2.能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是( ) A.升高温度 B.降低压强 C.使用催化剂 D.不断移去 NH3 解析 合成氨的反应特点:体积减小的放热反应,增大压强或降低温度均可增大 反应进行的程度,此外增大反应物浓度或减小生成物浓度也可达到目的。 答案 D 3.合成氨工业上采用了循环压缩操作,主要原因是( ) A.加快反应速率 B.提高 NH3的平衡浓度 C.降低 NH3的沸点 D.提高 N2和 H2的利用率 解析 合成氨工业上采用循环压缩操作,将 N2、H2压缩到合成塔中循环利用, 提高了 N2、H2的
3、利用率。 答案 D 4.在合成氨工业中,为增加 NH3的日产量,下列措施与平衡移动无关的是( ) A.不断将氨分离出来 B.使用催化剂 C.采用 450 左右的高温而不是 650的高温 D.采用 10MPa30 MPa 的压强 解析 把氨分离出来是减小生成物浓度,有利于平衡右移;合成氨反应是放热反 应,相对较低温度(400500)利于反应向右进行,同时该反应是气体物质的量 减小的反应,尽可能采取高压利于正反应,A、C、D 都符合平衡移动原理,而使 用催化剂仅是为增大反应速率,与平衡无关。 答案 B 5.合成氨厂所需 H2可由焦炭与水蒸气反应制得,其中有一步反应为 CO(g) H2O(g)CO2
4、(g)H2(g) H0。 欲提高 CO 的利用率, 可采用的方法是( ) 降低温度 增大压强 使用催化剂 增大 CO 的浓度 增大水蒸气的 浓度 A. B. C. D. 答案 C 6.下面是合成氨的简易流程示意图: 沿 x 路线回去的物质是( ) A.N2和 H2 B.催化剂 C.N2 D.H2 答案 A 7.1913 年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当 时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图,其中为提高原料转化 率而采取的措施是( ) A. B. C. D. 答案 B 8.安全性是汽车发展需要解决的重要问题,安全气囊设计的基本思路是在汽车发 生碰撞时
5、,迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子,使乘员扑 在气袋上,避免或减缓人与汽车的二次碰撞,从而达到保护乘员的目的。气囊中 的气体是由化学反应产生的,选择或设计化学反应时需要考虑下列哪些角度 ( ) 反应速率 反应限度 气体的量 气体毒性 反应的能量变化 A. B. C. D. 解析 气体由化学反应产生,常用的是氮气,起保护作用时,需要快速产生,即 反应速率快, 产生气体的量适当, 就要考虑限度和量的问题, 气体不能使有毒的, 根据以上分析可知需要考虑的角度有:反应速率,反应限度,气体的量,气体毒 性,即。 答案 B 9.已知合成氨反应 N2(g) 3H2(g)2NH3(g) H0
6、,当反应器中按 n(N2) n(H2)13 投料后,在不同温度下,反应达到平衡时,得到混合物中 NH3的物 质的量分数随压强的变化曲线 a、b、c 如下图所示。下列说法正确的是( ) A.曲线 a 对应的反应温度最高 B.上图中 M、N、Q 点平衡常数 K 的大小关系为 K(M)K(Q)ba D.N 点时 c(NH3)0.2 mol/L,则 N 点的 c(N2)c(NH3)11 解析 A.正反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,氨气的含量减小,而 a 点 氨的体积分数最大,所以曲线 a 对应的反应温度最低,故 A 错误;B.K 只受温度 影响,温度不变平衡常数不变,所以 K(M)K(Q),正反
7、应为放热反应,升高温 度平衡逆向移动,平衡常数减小,Q 点的温度低于 N,所以 K(Q)K(N),故 B 错误;C.相同压强下,投料相同,温度越高反应速率越快,达到平衡消耗时间越 短, c、 b、 a 的温度依次降低, 所以达到平衡消耗时间关系为 abc, 故 C 错误; D.N 点时氨的物质的量的分数为 20%,利用三段式,设 N2转化率是 b,N2的起始 浓度为 a,根据反应 根据题意有 2ab (aab)(3a3ab)2ab20%,2ab0.2 mol L 1,所以 a 0.3 mol L 1,b1 3,则 N 点的 c(N2)c(NH3)(0.30.3 1 3 )20.3 1 3 0.
8、20.211,故 D 正确;故选 D。 答案 D 10.工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应:N2(g)3H2(g)2NH3(g) H 92.4 kJ moL 1,其部分工艺流程如图所示: 反应体系中各组分的部分性质见下表: 气体 氮气 氢气 氨 熔点/ 210.01 252.77 77.74 沸点/ 195.79 259.23 33.42 回答下列问题: (1)写出该反应的化学平衡常数表达式:K_。随着温度升高,K 值 _(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)K 值越大,表明_(填字母)。 A.其他条件相同时 N2的转化率越高 B.其他条件相同时 NH3的产率越大 C.原料中 N2的含
9、量越高 D.化学反应速率越快 (3)在工业上采取气体循环的流程,即反应后通过把混合气体的温度降低到 _使_分离出来;继续循环的气体是_。 解 析 (1) 由 化 学 方 程 式N2(g) 3H2(g)2NH3(g) 可 写 出 : K c2(NH3) c(N2) c3(H2) ,此反应 H0,说明正反应为放热反应,升高温度,平衡向 吸热的方向移动,即向左移动,c(NH3)减小,c(N2)和 c(H2)增大,故 K 减小。 (2)K 值越大,说明 c(NH3)越大,c(N2)和 c(H2)就越小,反应进行的程度越大,故 其他条件相同时 N2的转化率越高,NH3的产率越大。 (3)根据气体的熔、沸
10、点可知,氨气容易液化,使其分离可使平衡正向移动,剩余 N2和 H2循环使用,以提高产率。 答案 (1) c2(NH3) c(N2) c3(H2) 减小 (2)AB (3)33.42 NH3 N2和 H2 能力提升 11.1913 年, 德国化学家哈伯实现了合成氨的工业化生产, 被称作解救世界粮食危 机的化学天才,现将 1 mol N2和 3 mol H2投入 1 L 的密闭容器,在一定条件下, 利用如下反应模拟哈伯合成氨的工业化生产: N2(g)3H2(g)2NH3(g) H0。 当改变某一外界条件(温度或压强)时, NH3的体积分数 (NH3)变化趋势如图所示。 回答下列问题: (1)已知:
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