【全程復(fù)習(xí)方略】高中化學(xué)選修四配套練習(xí)：2.4-化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨(魯科版)

溫馨提示：此套題為Word版，請(qǐng)按住Ctrl,滑動(dòng)鼠標(biāo)滾軸，調(diào)整合適的觀看比例，答案解析附后。課時(shí)提能演練(十一)(30分鐘50分)一、選擇題(本題包括7小題，每小題3分，共21分)1.不能用化學(xué)平衡移動(dòng)原理說明的事實(shí)是()A.合成氨在高壓下進(jìn)行是有利的B.溫度過高對(duì)合成氨不利C.使用催化劑能使合成氨速率加快D.準(zhǔn)時(shí)分別從合成塔中出來的混合氣，有利于合成氨2.(雙選)對(duì)于可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，下列說法中正確的是()A.達(dá)到平衡后加入N2，當(dāng)重新達(dá)到平衡時(shí)，NH3的濃度比原平衡的大，H2的濃度比原平衡的小B.達(dá)到平衡后，上升溫度，既加快了正、逆反應(yīng)速率，又提高了NH3的產(chǎn)率C.達(dá)到平衡后，縮小容器體積，既有利于加快正、逆反應(yīng)速率，又有利于提高氫氣的轉(zhuǎn)化率D.加入催化劑可以縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，是由于正反應(yīng)速率增大了，而逆反應(yīng)速率減小了3.可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，達(dá)到平衡后，為了使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，下列選項(xiàng)中接受的三種方法正確的是()A.上升溫度、降低壓強(qiáng)、增加氮?dú)釨.降低溫度、增大壓強(qiáng)、加入催化劑C.上升溫度、增大壓強(qiáng)、增加氮?dú)釪.降低溫度、增大壓強(qiáng)、分別出部分氨氣4.(2022·衡水高二檢測)在確定溫度下，向一個(gè)2L的真空密閉容器中事先裝入催化劑，通入1molN2和3molH2，經(jīng)過一段時(shí)間后，測得容器內(nèi)壓強(qiáng)為反應(yīng)起始的0.9倍，在此時(shí)間內(nèi)以H2表示的平均速率為0.1mol·L-1·min-1,則所經(jīng)過的時(shí)間是()A.5min B.4min C.3min D.2min5.合成氨工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)進(jìn)展具有重要的意義。對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，673K，30MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間變化的關(guān)系如下圖所示。下列敘述正確的是()A．點(diǎn)a的正反應(yīng)速率比點(diǎn)b的小B．點(diǎn)c處反應(yīng)達(dá)到平衡C．點(diǎn)d(t1時(shí)刻)和點(diǎn)e(t2時(shí)刻)處n(N2)不一樣D．其他條件不變，773K下反應(yīng)至t1時(shí)刻，n(H2)比上圖中d點(diǎn)的值大6.(2022·杭州高二檢測)對(duì)于可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，下列爭辯目的和示意圖相符的是()7.確定溫度下，向密閉容器中充入1.0molN2和3.0molH2,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測得NH3的物質(zhì)的量為0.6mol。若該容器中開頭時(shí)N2的物質(zhì)的量為2.0mol，H2為6.0mol，則平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量為()A.若為定容容器，n(NH3)=1.2molB.若為定容容器，n(NH3)＜1.2molC.若為定壓容器，n(NH3)=1.2molD.若為定壓容器，n(NH3)＞1.2mol二、非選擇題(本題包括3小題，共29分)8.(8分)恒溫下，將amolN2與bmolH2的混合氣體通入一個(gè)固定容積的密閉容器內(nèi)，發(fā)生如下反應(yīng)N2+3H22NH3。(1)若反應(yīng)到某時(shí)刻t時(shí)，n(N2)=13mol，n(NH3)=6mol，a=_______。(2)反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，混合氣體體積為716.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)其中NH3的含量(體積分?jǐn)?shù))為25%，計(jì)算平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量_________。(3)混合氣體中a∶b=_________。(4)平衡混合氣體中n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=________。9．(10分)合成氨的溫度和壓強(qiáng)通常把握在約500℃以及20MPa～50MPa的范圍，當(dāng)進(jìn)入合成塔的N2和H2的體積比為1∶3時(shí)，經(jīng)科學(xué)試驗(yàn)測定，在相應(yīng)條件下N2和H2反應(yīng)所得氨的平衡濃度(體積分?jǐn)?shù))而實(shí)際上從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%。請(qǐng)回答下列問題：(1)298K下合成氨時(shí)，每生成1mol氨氣，同時(shí)放出46.2kJ的熱量，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________________________________________。在該溫度下，取1molN2和3molH2放在一密閉容器中，在催化劑存在的條件下進(jìn)行反應(yīng)，測得反應(yīng)放出的熱量總小于92.4kJ，其緣由是______________。(2)實(shí)際上從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)小于理論值的根本緣由是_______________。A.表中所測數(shù)據(jù)有明顯誤差B.生產(chǎn)條件把握不當(dāng)C.氨的分解速率大于猜想值D.合成塔中的反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)(3)若工業(yè)生產(chǎn)中N2和H2按投料比1∶2.8的比例進(jìn)入合成塔，那么轉(zhuǎn)化率較大的應(yīng)當(dāng)是_________，接受此投料比的緣由是______________，若從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)仍為15%，則N2和H2的轉(zhuǎn)化率之比是__________。10.(11分)(2022·長沙高二檢測)在一容積為2L的密閉容器中，加入0.2molN2和0.6molH2，在確定條件下發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0反應(yīng)中NH3的物質(zhì)的量濃度的變化狀況如下圖所示，請(qǐng)回答下列問題：(1)依據(jù)上圖，計(jì)算從反應(yīng)開頭到平衡時(shí)，平均反應(yīng)速率v(NH3)為_________。(2)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率________。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡后，第5分鐘末，保持其他條件不變，若轉(zhuǎn)變反應(yīng)溫度，達(dá)到新平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量濃度不行能為___________。(填序號(hào))A.0.20mol·L-1 B.0.12mol·L-1C.0.10mol·L-1 D.0.08mol·L-1(4)在第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，若在第8分鐘末達(dá)到新的平衡(此時(shí)NH3的濃度約為0.25mol·L-1)，請(qǐng)?jiān)谏蠄D中畫出第5分鐘末到此平衡時(shí)NH3濃度的變化曲線。(5)若該反應(yīng)在298K、398K時(shí)的化學(xué)平衡常數(shù)分別為K1、K2，則K1______K2(填“＞”“=”或“＜”)。答案解析1.【解析】選C。合成氨的反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是氣態(tài)物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)減小的可逆反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡右移，故A可用平衡移動(dòng)原理解釋。該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，上升溫度，對(duì)合成氨不利，B可用平衡移動(dòng)原理解釋。使用催化劑，可加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不影響化學(xué)平衡，C不能用平衡移動(dòng)原理解釋。分別出反應(yīng)生成的NH3，減小生成物的濃度，平衡右移，D可用平衡移動(dòng)原理解釋。2.【解析】選A、C。A項(xiàng)，達(dá)到平衡后加入N2,平衡正移，NH3的濃度增大，H2濃度減小；B項(xiàng)，上升溫度，正、逆反應(yīng)速率加快，平衡逆移，NH3的產(chǎn)率降低；C項(xiàng)，縮小體積，壓強(qiáng)增大，正、逆反應(yīng)速率加快，平衡正移，N2,H2轉(zhuǎn)化率提高；D項(xiàng)，催化劑能同等程度地加快正、逆反應(yīng)速率。3.【解析】選D。要使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，需使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，依據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以需降低溫度；正反應(yīng)為氣體總體積減小的反應(yīng)，所以需增大壓強(qiáng)；另外還可通過準(zhǔn)時(shí)分別出部分氨氣，減小生成物濃度的方法，促使平衡右移，故選D?！净?dòng)探究】(1)實(shí)行哪些措施可使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)？提示：降低溫度、增大壓強(qiáng)、增大N2和H2的濃度、分別出部分氨氣等都可使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。(2)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率就確定增大嗎？提示：不愿定增大，例如本題中增加氫氣的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但氫氣的轉(zhuǎn)化率降低。4.【解析】選C。設(shè)平衡時(shí)氣體總物質(zhì)的量為x，反應(yīng)時(shí)間為t，由于在等溫等容條件下，壓強(qiáng)比等于物質(zhì)的量的比，所以x/(1+3)=0.9x=3.6(mol)所以Δx=4－3.6=0.4(mol)N2+3H22NH3Δn1322n0.4n=0.6mol所以H2的濃度變化值為0.6mol/2L=0.3mol·L-1v(H2)=Δc(H2)/t=0.3/tt=3min5.【解析】選D。a點(diǎn)的反應(yīng)物濃度大于b點(diǎn)，所以反應(yīng)速率a更快；c點(diǎn)的時(shí)候各種物質(zhì)的濃度仍在變化，并沒有達(dá)到平衡；而d、e兩點(diǎn)時(shí)達(dá)到平衡，濃度不再變化；上升溫度，平衡逆向移動(dòng)，氫氣的濃度變大。6.【解析】選C。A項(xiàng)，p1達(dá)平衡時(shí)間短，所以p1>p2，壓強(qiáng)增大時(shí)，平衡正向移動(dòng)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，不符合；B項(xiàng)，合成氨反應(yīng)正向放熱，溫度上升平衡逆向移動(dòng)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率變小，不符合；C項(xiàng)，向平衡體系中加氮?dú)?，反?yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，符合；D項(xiàng)，催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間，不符合。7.【解析】選C。若為定壓容器，由等效平衡原理可知C正確；若為定容容器，可假定讓后者在前者2倍體積的容器中反應(yīng)，建立平衡時(shí)，n(NH3)=1.2mol，再縮小容積跟前者的相同，此時(shí)平衡正移，n(NH3)增大，即n(NH3)＞1.2mol。【方法技巧】常見的等效平衡題的解題方法(1)先推斷條件，依據(jù)條件確定等效平衡的性質(zhì)。(2)再依據(jù)條件選擇投料比。(3)依據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算的三段式的計(jì)算方法進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。(4)給出最終答案或選項(xiàng)。8.【解析】(1)t時(shí)刻時(shí)，NH3生成6molN2+3H22NH3初始：ab0t時(shí)刻：1396轉(zhuǎn)化：a-13b-96所以：a-13=3,a=16(2)平衡時(shí)n(NH3)=(716.8×25%)/22.4=8(mol)。(3)由化學(xué)方程式知生成8molNH3需消耗N24mol，H212mol最終剩余N2∶16-4=12(mol)剩余H2為716.8/22.4－8－12=12(mol)則開頭通入H2為：b=12+12=24(mol)所以a∶b=16∶24=2∶3(4)平衡時(shí)：n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=12∶12∶8=3∶3∶2。答案：(1)16 (2)8mol (3)2∶3 (4)3∶3∶29．【解析】(1)依據(jù)題意，生成2molNH3所放出的熱量為46.2kJ×2=92.4kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1。由于合成氨的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，1molN2和3molH2反應(yīng)不行能完全轉(zhuǎn)化為NH3，所以放出的熱量總小于92.4kJ。(2)從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)小于理論值，其根本緣由是反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)。(3)若投料比為1∶2.8，相當(dāng)于增加了N2的用量，可以提高H2的轉(zhuǎn)化率。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量12.80變化量x3x2x平衡量1-x2.8-3x2x依據(jù)題意：解得x≈0.248。N2、H2的轉(zhuǎn)化率之比答案：(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1合成氨的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，1molN2和3molH2反應(yīng)不行能完全轉(zhuǎn)化為NH3(2)D (3)H2 增加相對(duì)廉價(jià)原料N2的用量，提高相對(duì)貴重原料H2的轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本 1∶1.0710.【思路點(diǎn)撥】解答本題留意以下兩點(diǎn)：(1)分析新平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量濃度的取值范圍時(shí)留意溫度與圖中溫度不同；(2)畫第5分鐘末到新平衡時(shí)NH3濃度的變化曲線時(shí)留意5分鐘時(shí)NH3的濃度。【解析】從反應(yīng)開頭到平衡時(shí)用時(shí)4分鐘，NH3的物質(zhì)的量濃度變化了0.1mol·L-1，v(NH3)為0.025mol·L-1·min-1；此時(shí)氫氣反應(yīng)了0.3mol，轉(zhuǎn)化率為50%；初始N2和H2的物質(zhì)的量分別是0