2022版新教材化学鲁科版选择性必修第一册作业：2-4 化学反应条件的优化——工业合成氨 WORD版含解析.docx

1、课时评价作业基础达标练1.（2021河南三门峡高二月考）据报道，在300 、70MPa 下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 。下列叙述错误的是( )A.使用Cu-Zn-Fe 催化剂可大大提高生产效率B.反应需在300 下进行可推测该反应是吸热反应C.充入大量CO2 气体可提高H2 的转化率D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH 和H2O 可提高CO2 和H2 的利用率答案： B解析：B项，加热可以加快化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，故不正确。易错警示（1）化工生产过程中很多原料是可以循环利用的，但是并不是循

2、环利用就是转化率高。（2）催化剂的活性与压强没有关系，只与温度有关系。2.（2021天津滨海高二期末）已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0 ，下列说法不正确的是( )A.升高温度，正、逆反应速率均加快B.增大压强，化学平衡正向移动C.当气体总质量不变时，反应达平衡状态D.充入O2 ，可提高SO2 的转化率答案： C解析：升高温度，正、逆反应速率都加快，A正确；反应物气体分子数大于生成物气体分子数，增大压强，平衡正向移动，B正确；密闭容器中反应物和生成物都是气体，气体总质量始终不变，C不正确；充入O2 ，平衡正向移动，SO2 的转化率增大，D正确。3.下列有关合成氨工业的说法正确的是

3、( )A.N2 的量越多，H2 的转化率越大，因此，充入的N2 越多越有利于NH3 的合成B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3 的合成C.工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在较低温度时可自发进行答案： D解析：A项，投料比为n(N2):n(H2)=1:2.8 时，更有利于NH3 的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C 、D项，H-TS0 时反应自发进行，而合成氨反应的H0 、S0 ，故在较低温度下该反应能自发进行。4.（2021山东新泰高二月考）合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4k

4、Jmol-1 ，在反应过程中，正反应速率的变化如图所示。下列说法正确的是( )A.t1 时升高了温度B.t2 时使用了催化剂C.t3 时增大了压强D.t4 时降低了温度答案： B解析：t1t2 ，v （正）先瞬间增大后逐渐减小，说明平衡向正反应方向移动，根据H0 可知，该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，故t1 时不是升高温度，可能是增大压强或者增大反应物的浓度，故A错误；t2t3 ，正、逆反应速率同等程度增大，可能是使用了催化剂，故B正确；t3t4 ，v （正）先瞬间减小后逐渐增大，而增大压强，正、逆反应速率都会增大，故C错误；t4 后正反应速率逐渐减小，应是减小反应产物（NH

5、3 ）的浓度，若是降低温度，则在t4 时v（正）应陡降，曲线不连接，故D错误。5.合成氨所需要的H2 可由煤和水反应制得：（1）H2O(g)+C(s)CO(g)+H2(g)H0（2）CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H0工业生产中，欲提高CO 的转化率，所采用的下列措施正确的最佳组合是( )降低温度 增大压强 使用催化剂 增大CO 浓度 增大H2O(g) 的浓度A.B.C.D.答案： A解析：反应（2）为反应前后体积不变的放热反应，降温和增大水蒸气的浓度均可使平衡右移，提高CO 的转化率。6.（2021安徽蚌埠高二月考）某工业生产中发生反应：2A(g)+B(g)2M(g)H0 。

6、下列有关该工业生产的说法正确的是( )A.工业上合成M 时，一定采用高压条件，因为高压有利于M 的生成B.若物质B 价廉易得，工业上一般采用加入过量的B 以提高A 和B 的转化率C.工业上一般采用较高温度合成M ，因温度越高，反应物的转化率越高D.工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M 的日产量答案： D解析：工业上合成M 可能采用常压，因为高压条件对设备要求较高，故A错误；加入过量B只能提高A 的转化率，B的转化率降低，故B错误；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，故C错误；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率，故D正确。素养提升练7.（不定项）（2021江苏南京

7、高二月考）一定条件下，利用CO2 合成CH3OH 的反应如下：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1 ，研究发现，反应过程中会有副反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2 ，温度对CH3OH 、CO 产率的影响如图所示。下列说法错误的是( )A.H10 ，H20B.减小压强（扩大容器体积）有利于提高合成CH3OH 的反应速率C.生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH 的产率D.合成CH3OH 反应的平衡常数K=c平(H2O)c平(CH3OH)c平(CO2)c平3(H2)答案：B ; C解析：A项，根据题图可知，升高温度CH3OH 的产率降低，反应CO

8、2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 向逆反应方向移动，H10 ，升高温度CO 的产率增大，反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 向正反应方向移动，H20 ，正确； B项，增大压强（缩小容器体积）有利于提高合成CH3OH 的反应速率，错误；C项，温度越高CH3OH 的产率越低，错误；D项，根据化学平衡常数的概念，合成CH3OH 反应的平衡常数K=c平(H2O)c平(CH3OH)c平(CO2)c平3(H2) ，正确。8.（不定项）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673K 、30MPa 下

9、，n(NH3) 和n(H2) 随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )A.c 点处反应未达到平衡B.d 点（t1 时刻）和e 点（t2 时刻）处n(N2) 不同C.其他条件不变，773K 下反应至t1 时刻，n(H2) 比图中的d 点的值要大D.a 点的正反应速率比b 点的小答案： A ; C解析： c 点是氢气和氨气物质的量相等的点，该点以后，氢气的量还在减少，氨气的量还在增加，故c点没有达到平衡，A项正确。t1 和t2 两个时刻反应均处于平衡状态，体系中各物质的物质的量不再变化，故d、e 两点氮气的物质的量相等，B项错误。773K673K ，工业合成氨为放热反应，升高温度，平衡向逆

10、反应方向移动，氢气的物质的量增大，C项正确。在反应达到平衡前，a点反应物浓度大于b 点，因此a 点的正反应速率比b 点的大，D项错误。9.（2021山东泰安高二联考）电催化N2 还原制NH3 的一种反应机理如图所示，其中吸附在催化剂表面的微粒用* 表示，下列说法不正确的是( )A.N2 生成NH3 是通过多步还原反应实现的B.两个氮原子上的加氢过程同时进行C.析氢反应（H*+H*H2 ）会影响NH3 的生成D.NH3 的及时脱附有利于提高催化剂活性答案： B解析：由题图可知，N2 生成NH3 是通过N2*N2*NNHNH3 多步还原反应实现的，故A不符合题意；加氢过程是分步进行的（*N2*NN

11、H*NHNH ），故B符合题意；析氢反应（H*+H*H2 ）会导致NH3 中H 不足，从而影响NH3 的生成，故C不符合题意；NH3 的及时脱附，能够增加催化剂与反应物的接触面积，即有利于增加催化剂活性，故D不符合题意。10.利用水煤气合成二甲醚（CH3OCH3 ）所涉及的反应如下：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ，平衡常数K12CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ，平衡常数K2CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ，平衡常数K3（1）总反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) 的平衡常数K= （用K1 、K2 、K3 表示）。（2

12、）一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO 的转化率，可以采取的措施有 （填字母）。a.加压 b.加入催化剂 c.增大H2 的浓度 d.增大CO 的浓度 e.分离出二甲醚（3）已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) 在某温度下的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH ，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：物质CH3OHCH3OCH3H2O浓度/(molL-1)0.440.60.6若再经10min 反应达到平衡，则平衡时c(CH3OH)= 。答案：（1）K12K2K3 （2）ace （3）0.04molL-1解析：（1）由题意可知，总反应可由2+得

13、到，即K=K12K2K3 。（2）总反应是气体体积减小的反应，所以加压，平衡右移；增大反应物H2 的浓度、减小产物的浓度，都会使CO 的转化率提高。（3）初始时CH3OH 的浓度为0.44molL-1+20.6molL-1=1.64molL-1 ，设平衡时CH3OCH3 的浓度为xmolL-1 ，则： 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)mathrm初始浓度/(molL-1)1.6400mathrm转化浓度/(molL-1)2xxxmathrm平衡浓度(molL-1)1.64-2xxx则平衡常数K=x2(1.64-2x)2=400 ，x=0.8 ，平衡时CH3OH 的浓度为1.

14、64molL-1-0.8molL-12=0.04molL-1 。创新拓展练11.合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮最重要的途径。N2 和H2 生成NH3 的反应为12N2(g)+32H2(g)NH3(g)H(298K)=-46.2kJmol-1, 在Fe 作催化剂作用下的反应历程为（* 表示吸附态）：化学吸附：N2(g)2N* ；H2(g)2H* ；表面反应：N*+H*NH* ；NH*+H*NH2* ；NH2*+H*NH3* ；脱附：NH3*NH3(g)。其中，N2 的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：（1）利于提高合成氨平衡产率的条件有 （填字母）。A.低温

15、 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂（2）标准平衡常数K=p(NH3)pp(N2)p0.5p(H2)p1.5 ，其中p 为标准压强(1105Pa),p(NH3) 、p(N2) 和p(H2) 为各组分的平衡分压，如p(NH3)=x(NH3)p ，p 为平衡总压，x(NH3) 为平衡体系中NH3 的物质的量分数。N2 和H2 起始物质的量之比为1:3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3 的平衡产率为w ，则标准平衡常数K= （用含w 的最简式表示）。下图中可以示意标准平衡常数K 随温度T 变化趋势的是 。（3）实际生产中，常用工艺条件：Fe 作催化剂，控制温度为773K 、压强为3.01

16、05Pa ，原料气中N2 和H2 物质的量之比为1:2.8。分析说明原料气中N2 过量的理由： 。关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 （填字母）。A . 合成氨反应在不同温度下的H 和S 都小于零B . 控制温度（773K ）远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率C .当温度、压强一定时，在原料气（N2 和H2 的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率D .基于NH3 有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行E .分离空气可得N2 ，通过天然气和水蒸气转化可得H2 ，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 答案：（1）A ;

17、D（2）4w(2-w)33(1-w)2 ; A（3）原料气中N2 相对易得，适度过量有利于提高H2 的转化率；N2 在Fe 催化剂上的吸附是决定整体反应速率的主要步骤，N2 适度过量有利于提高整体反应速率 ; ADE解析： （1）合成氨反应是气体分子数减小的放热反应，所以低温、高压有利于提高合成氨的平衡产率，A 、D正确。（2）K=p(NH3)pp(N2)p0.5p(H2)p1.5=px(NH3)ppx(N2)p0.5px(H2)p1.5=x(NH3)x(N2)0.5x(H2)1.5 ，设N2 、H2 的起始物质的量分别为a2mol 、3a2mol ，NH3 的平衡产率为w ，则生成的n(NH

18、3)=awmol ，列“三段式”有：12N2(g)+32H2(g)NH3(g)mathrm初始物质的量/mola23a2mathrm转化物质的量/mola2w3a2wawmathrm平衡物质的量/mola2(1-w)3a2(1-w)aw平衡混合气体总物质的量=a(2-w)mol ，根据平衡常数K=x(NH3)x(N2)0.5x(H2)1.5=awa(2-w)a(1-w)2a(2-w)0.53a(1-w)2a(2-w)1.5=w(2-w)1433(1-w)2=4w(2-w)33(1-w)2 。; 温度升高，平衡左移，标准平衡常数减小，应选A。（3）N2 在空气中大量存在，容易得到，所以N2 可适度过量，以便提高H2 的转化率；N2 的吸附分解反应决定了合成氨的整体反应速率。; 根据合成氨反应的特点及平衡移动原理分析可知，A 、D 、E 正确。