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（8）化學反應條件的優化—工業合成氨——高二化學魯科版（2019）寒假練習
1.下列有關合成氨條件選擇的說法正確的是( )
A.適當增加氫氣的濃度可提高氮氣的平衡轉化率
B.溫度越高，速率越快，生產效益越好
C.使用鐵觸媒能提高合成氨反應的平衡轉化率
D.將氨及時液化分離不利于提高氨的產率
2.對于工業合成氨的反應，以下分析錯誤的是( )
A.可以通過改變溫度、壓強控制合成氨的反應限度
B.高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應，提高氨氣的產率
C.左右比室溫更有利于合成氨反應，提高氨氣的產率
D.合成氨工業采用高壓，不僅能提高轉化率，還能縮短到達平衡時間
3.下圖所示為工業合成氨的流程圖。下列有關生產條件的調控作用分析錯誤的是( )
A.步驟①中“凈化”可以防止雜質對催化劑產生影響
B.步驟②中“加壓”可以加快反應速率，因此壓強越大越好
C.步驟③一般選擇控制反應溫度為400～500℃左右
D.步驟④⑤有利于提高原料的利用率，能節約生產成本
4.合成氨所需要的可由煤和水蒸氣反應制得：
a.
b.
工業生產中，欲提高CO的轉化率，所采取的下列措施正確的最佳組合是( )
①降低溫度
②增大壓強
③使用催化劑
④增大CO的濃度
⑤增大的濃度
A.①⑤ B.②③ C.②④⑤ D.③⑤
5.1913年德國化學家哈伯發明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當時日益增長的人口對糧食的需求。下圖是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉化率而采取的措施是( )
A.①②③ B.②④⑤ C.①③⑤ D.②③④
6.可逆反應，達到平衡后，為了使的轉化率增大，下列選項中采用的三種方法都正確的是( )
A.升高溫度，減小壓強，增加氮氣
B.降低溫度，增大壓強，加入催化劑
C.升高溫度，增大壓強，增加氮氣
D.降低溫度，增大壓強，分離出部分氨
7.下列關于工業合成氨的敘述正確的是( )
A.工業合成氨溫度選擇為700K左右，主要是為了提高產率
B.合成氨生產過程中將液化分離，可提高的轉化率
C.使用催化劑和施加高壓，都能提高反應速率，但對化學平衡狀態無影響
D.工業合成氨中為了提高氫氣的利用率，可適當增加氫氣濃度
8.在合成氨時，要使氨的產率增大，又要使化學反應速率增大，可以采取的措施有( )
①增大體積使壓強減小
②減小體積使壓強增大
③升高溫度
④降低溫度
⑤恒溫恒容，再充入等量的和
⑥恒溫恒壓，再充入等量的和
⑦液化分離
⑧使用正催化劑
A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧ C.②⑤ D.②③⑤⑧
9.合成氨反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應。工業合成氨的生產流程如下：
關于合成氨工業的說法中不正確的是( )
A.混合氣進行循環利用遵循綠色化學思想
B.合成氨反應須在低溫下進行
C.對原料氣進行壓縮是為了增大原料氣的轉化率
D.使用催化劑可以提高反應的速率，但是不能使平衡向正反應方向移動
10.合成氨反應達到平衡時，的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示，據此分析合成氨工業中最有前途的研究方向是( )
A.提高分離技術 B.研制耐高壓的合成塔
C.研制低溫催化劑 D.探索不用和合成氨的新途徑
11.對于合成氨反應，達到平衡后，以下分析正確的是( )
A.升高溫度，對正反應的反應速率影響更大
B.增大壓強，對正反應的反應速率影響更大
C.減小反應物濃度，對逆反應的反應速率影響更大
D.加入催化劑，對逆反應的反應速率影響更大
12.一定條件下，合成氨反應：。圖1表示在該反應過程中的能量變化，圖2表示在2 L的密閉容器中反應時的物質的量隨時間的變化曲線，圖3表示在其他條件不變的情況下，改變反應物的物質的量對該反應平衡的影響。下列說法正確的是( )
A.升高溫度，正、逆反應速率均加快，的轉化率增大
B.由圖2信息，10 min末該反應以表示的反應速率為
C.由圖2信息，從11 min起其他條件不變，增加的量，則的變化曲線為d
D.圖3中溫度，三點所處的平衡狀態中，反應物的轉化率最高的是f點
13.實現氨按照一定方向轉化一直是科學領域研究的重要課題，如圖為在催化劑的作用下發生的一系列轉化示意圖：
下列敘述正確的是( )
A.改變兩個反應使用的催化劑，其轉化率不變
B.兩個反應的原子利用率均為
C.合成氨反應，降低溫度將縮短反應達到平衡的時間
D.催化劑b表面反應生成NO時沒有電子轉移
14.氮是地球上含量豐富的十種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用，合成氨工業在國民生產中有重要意義。以下是關于合成氨的有關問題，請回答：
（1）①若在一容積為2L的密閉容器中加入0.2mol的和0.6mol的在一定條件下發生反應：若在5分鐘時反應達到平衡，此時測得的物質的量為。則平衡時________平衡時的體積分數為________%。
②平衡后，若欲提高的轉化率，可以采取的措施有________。
a.加了催化劑 b.增大容器體積
c.降低反應體系的溫度 d.加入一定量
（2）根據化學反應速率和化學平衡理論，聯系合成氨的生產實際，你認為下列說法不正確的是________。
A.化學反應速率理論可指導怎樣在一定時間內快出產品
B.勒夏特列原理可指導怎樣使用有限原料多出產品
C.催化劑的使用是提高產品產率的有效方法
D.正確利用化學反應速率和化學反應限度理論都可以提高化工生產的綜合經濟效益
15.合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，一種工業合成氨的簡易流程圖如下：
（1）根據下表中鍵能寫出合成氨的熱化學方程式：______________。
化學鍵
436 465 946 391
（2）步驟Ⅱ中制氫氣原理如下：
a.
b.
利用反應b將CO進一步轉化，可提高產量。反應b化學平衡常數和溫度的關系如表：
700 800 830 1000 1200
K 2.6 1.7 1.0 0.9 0.6
①該反應為__________反應（填“吸熱”或“放熱”）；某溫度下，體系中各物質的平衡濃度符合下式：，試判斷此時的溫度為__________。
②恒溫恒容密閉容器中，能說明反應a達到平衡狀態的是__________。
A.混合氣體的壓強不再發生變化 B.混合氣體的密度不再發生變化
C.與相等 D.
（3）下圖表示條件下，合成氨反應原料氣投料比與平衡時體積分數的關系。根據圖中a點數據計算的平衡轉化率為_______%（結果保留一位小數）。
（4）科研小組模擬不同條件下的合成氨反應，向容器中充入和，不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分數與總壓強的關系如圖。
（1）由大到小的排序為_______。
（2）在條件下，A點_____（填“大于”“小于”或“等于”），理由是______________________。
答案以及解析
1.答案：A
解析：適當增加氫氣的濃度，促使反應正向進行，可提高氮氣的平衡轉化率，A正確；合成氨是有氣體參與的放熱反應，溫度升高，反應速率加快，但合成氨的轉化率降低，B錯誤；鐵觸媒是催化劑，能使氨氣和氫氣在較低溫度下反應，提高化學反應速率，但是催化劑不能改變平衡轉化率，C錯誤；將氨及時液化分離，使得平衡正向移動，有利于提高氨的產率，D錯誤。
2.答案：C
解析：A.改變溫度、壓強，可使平衡發生移動，可改變反應的限度，故A正確；B.增大壓強，反應速率增大，且平衡正向移動，提高產率，故B正確；C.正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，不利于提高氨氣的產率，故C錯誤；D.增大壓強，反應速率增大，且平衡正向移動，可提高反應的轉化率和氨氣的產率，故D正確；故選：C。
3.答案：B
解析：A．步驟①中“凈化”可除去雜質，防止催化劑中毒，故A正確；
B．加壓有利于平衡正向移動，提高原料轉化率和氨的產率，也可以提高反應速率，但壓強越大對動力和生產設備的要求也越高，因此壓強不是越大越好，故B錯誤；
C．400~500℃時催化劑的活性最大，催化效果最佳，因此步驟③一般選擇控制反應溫度為400~500℃，故C正確；
D．液化分離出以及的循環再利用均可以使平衡正向移動，所以步驟④、⑤有利于提高原料的利用率，能節約生產成本，故D正確；
故選B。
4.答案：A
解析：①降低溫度，b反應的化學平衡向右移動，則CO的轉化率提高；②圖反應前后氣體的總體積不變，故增大壓強，平衡不移動，則CO的轉化率不變；③催化劑不能使平衡移動，故CO的轉化率不變；④增大CO的濃度，則CO的轉化率降低；⑤增大水蒸氣的濃度，平衡向右移動，CO的轉化率提高。
5.答案：B
解析：②④操作均有利于合成氨的化學平衡正向移動，⑤原料循環利用能提高原料轉化率。
6.答案：D
解析：因合成氨是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，降低溫度平衡正向移動，故A、C項錯誤；加入催化劑可加快反應速率，但對平衡移動無影響，B項錯誤；因合成氨的正反應是氣體體積減小的反應，所以增大壓強會使平衡向正反應方向移動，增加反應物濃度或減小生成物濃度會使平衡向正反應方向移動，D項正確。
7.答案：B
解析：A.合成氨反應為放熱反應，溫度較高不利于提高原料利用率，選擇700K，可使氨的合成速率較快，且催化劑活性最大，故A錯誤：B.液化分離生成物平衡正向移動，所以將液化分離，可提高、的轉化率，故B正確；C.催化劑和高壓能加快反應速率，增大壓強平衡正向移動，催化劑對平衡無影響，故C錯誤；D增加-一種反應物的濃度提高另一種物質的轉化率，而本身轉化率降低，所以工業合成氨中為了提高氫氣的利用率，可增加氮氣的濃度，故D錯誤。
8.答案：C
解析：①合成氨是氣體體積減小的反應，增大體積使壓強減小，化學反應速率減小，平衡向逆反應方向移動，氨的產率減小，①不符合題意；②合成氨是氣體體積減小的反應，減小體積使壓強增大，化學反應速率增大，平衡向正反應方向移動，氨的產率增大，②符合題意；③合成氨是放熱反應，升高溫度，化學反應速率增大，平衡向逆反應方向移動，氨的產率減小，③不符合題意；④合成氨是放熱反應，降低溫度，化學反應速率減小，平衡向正反應方向移動，氨的產率增大，④不符合題意；⑤恒溫恒容，再充入等量和，反應物濃度增大，化學反應速率增大，平衡向正反應方向移動，氨的產率增大，⑤符合題意：⑥恒溫恒壓，再充入等量和，反應物濃度不變，化學反應速率不變，化學平衡不移動，氨的產率不變，⑥不符合題意；⑦及時分離產生的，生成物的濃度減小，化學反應速率減小，平衡向正反應方向移動，氨的產率增大，⑦不符合題意；⑧使用催化劑，化學反應速率增大，化學平衡不移動，氨的產率不變，⑧不符合題意。
9.答案：B
解析：A.對混合氣進行循環利用可以節約能源、提高原料的利用率，這遵循綠色化學思想，選項A正確；B.降低溫度，反應速率減慢，為保證反應速率較快，催化劑的活性較高，產物的產率又不低，則不能在低溫下進行，選項B錯誤；C.對原料氣進行壓縮，即增大壓強，化學平衡正向移動，可以增大原料氣的轉化率，選項C正確；D.催化劑的特點：提高反應的速率，但是不能使平衡移動，使用催化劑可以提高反應的速率，但是不能使平衡向正反應方向移動，選項D正確。
10.答案：C
解析：由圖可知，的體積分數隨著溫度的升高而顯著下降，即在低溫條件下，的體積分數較高，但目前所用的催化劑為鐵觸媒，其活性最大時的溫度在500℃左右，故最有前途的研究方向是研制低溫催化劑。
11.答案：B
解析：A.該反應是放熱反應，升高溫度正逆反應速率都增大，但平衡向逆反應方向移動，說明溫度對逆反應速率影響較大，故A錯誤；B.該反應是反應前后氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，則增大壓強對正反應速率影響較大，故B正確；C.減小反應物濃度瞬間，生成物濃度不變，則逆反應速率不變，故C錯誤；D加入催化劑，對正逆反應速率影響相同，故D錯誤。
12.答案：C
解析：A.由圖1知，氮氣和氫氣的總能量大于氨氣的能量，所以由氮氣和氫氣生成氨氣是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向進行，該反應的平衡常數減小，的轉化率減小，故A錯誤；B.10 min末是瞬時速率無法計算，故B錯誤；C.從11 min起其他條件不變，增加的量，則突變增大，接著平衡正向移動，減小，的變化曲線為d，故C正確；D.相同溫度下，一定量的氮氣，氫氣的濃度越大，平衡向正反應方向移動導致氮氣的轉化率越大，所以圖3中e、f、g三點所處的平衡狀態中，反應物的轉化率最高的點是g點，故D錯誤。
13.答案：A
解析：A.催化劑只能改變反應速率，不能改變轉化率，正確；B.合成氨為化合反應，原子利用率為100%，氨的催化氧化反應產物不唯一，原子利用率不是100%，錯誤；C.降低溫度化學反應速率減慢，延長反應達到平衡的時間，錯誤；D.催化劑b表面與氧原子反應生成NO，N和O的化合價均發生變化，故有電子轉移，D項錯誤。
14.答案：（1）①
②cd
（2）C
解析：（1）①若在一容積為2L的密閉容器中加入0.2mol的和0.6mol的在一定條件下發生反應：若在5分鐘時反應達到平衡，此時測得的物質的量為0.2mol，反應消耗，則平衡時；平衡時的體積分數為。
②a.加入催化劑，平衡不移動，的轉化率不變，故不選a；b.增大容器體積，壓強減小，平衡逆向移動，的轉化率減小，故不選b；c.降低反應體系的溫度，平衡正向移動，的轉化率增大，故選c；d.加入一定量，平衡正向移動，的轉化率增大，故選d。
（2）A.化學反應速率越快，單位時間內生產的產品越多，化學反應速率理論可指導怎樣在一定時間內快出產品，故A正確；B.勒夏特列原理即平衡移動原理，可指導怎樣使用有限原料多出產品，故B正確；C.加入催化劑，平衡不移動，催化劑不能提高產品產率，故C錯誤；D.正確利用化學反應速率和化學反應限度理論都可以提高化工生產的綜合經濟效益，故D正確。
15.答案：（1）
（2）①放熱；
②AD
（3）59.2。
（4）①
②大于；在時A點的體積分數未達到平衡時的體積分數，反應正向進行
解析：（1）的鍵能是，的鍵能為，的鍵能為，則，該熱化學方程式為。
（2）①由表中數據可知，溫度越高化學平衡常數越小，升高溫度平衡向逆反應方向移動，逆反應是吸熱反應，正反應為放熱反應；由，可得平衡常數，故此時反應溫度為。
②A.該反應前后氣體分子數不相等，即當各物質的物質的量不再發生變化時，混合氣體的壓強也不再發生變化，說明反應達到平衡，故A正確；B.混合氣體的總質量不變，容器的體積不變，混合氣體的密度始終不變，故B錯誤；C.反應達到平衡時各物質的濃度與起始濃度及轉化率有關，平衡時可能等于化學計量數之比，也可能不等于，即與相等不能說明反應達到平衡，故C錯誤；D.即正逆反應速率相等，能說明反應達到平衡，故D正確。
（3）a點時物質的量之比為3，設起始投入，到平衡時轉化的為，列三段式：
平衡時體積分數等于物質的量分數，即，解得，則的平衡轉化率為。
（4）①，相同壓強下，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的體積分數減小，根據圖知，溫度由大到小的順序為；
②根據圖像，在條件下，A點未達到平衡狀態，要達到平衡，反應需要繼續正向進行，因此。

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