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（8）化学反应条件的优化—工业合成氨——高二化学鲁科版（2019）寒假练习
1.下列有关合成氨条件选择的说法正确的是( )
A.适当增加氢气的浓度可提高氮气的平衡转化率
B.温度越高，速率越快，生产效益越好
C.使用铁触媒能提高合成氨反应的平衡转化率
D.将氨及时液化分离不利于提高氨的产率
2.对于工业合成氨的反应，以下分析错误的是( )
A.可以通过改变温度、压强控制合成氨的反应限度
B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
C.左右比室温更有利于合成氨反应，提高氨气的产率
D.合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡时间
3.下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析错误的是( )
A.步骤①中“净化”可以防止杂质对催化剂产生影响
B.步骤②中“加压”可以加快反应速率，因此压强越大越好
C.步骤③一般选择控制反应温度为400～500℃左右
D.步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本
4.合成氨所需要的可由煤和水蒸气反应制得：
a.
b.
工业生产中，欲提高CO的转化率，所采取的下列措施正确的最佳组合是( )
①降低温度
②增大压强
③使用催化剂
④增大CO的浓度
⑤增大的浓度
A.①⑤ B.②③ C.②④⑤ D.③⑤
5.1913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。下图是哈伯法的流程图，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
6.可逆反应，达到平衡后，为了使的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是( )
A.升高温度，减小压强，增加氮气
B.降低温度，增大压强，加入催化剂
C.升高温度，增大压强，增加氮气
D.降低温度，增大压强，分离出部分氨
7.下列关于工业合成氨的叙述正确的是( )
A.工业合成氨温度选择为700K左右，主要是为了提高产率
B.合成氨生产过程中将液化分离，可提高的转化率
C.使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响
D.工业合成氨中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度
8.在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有( )
①增大体积使压强减小
②减小体积使压强增大
③升高温度
④降低温度
⑤恒温恒容，再充入等量的和
⑥恒温恒压，再充入等量的和
⑦液化分离
⑧使用正催化剂
A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧ C.②⑤ D.②③⑤⑧
9.合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。工业合成氨的生产流程如下：
关于合成氨工业的说法中不正确的是( )
A.混合气进行循环利用遵循绿色化学思想
B.合成氨反应须在低温下进行
C.对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率
D.使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动
10.合成氨反应达到平衡时，的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有前途的研究方向是( )
A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔
C.研制低温催化剂 D.探索不用和合成氨的新途径
11.对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是( )
A.升高温度，对正反应的反应速率影响更大
B.增大压强，对正反应的反应速率影响更大
C.减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大
D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大
12.一定条件下，合成氨反应：。图1表示在该反应过程中的能量变化，图2表示在2 L的密闭容器中反应时的物质的量随时间的变化曲线，图3表示在其他条件不变的情况下，改变反应物的物质的量对该反应平衡的影响。下列说法正确的是( )
A.升高温度，正、逆反应速率均加快，的转化率增大
B.由图2信息，10 min末该反应以表示的反应速率为
C.由图2信息，从11 min起其他条件不变，增加的量，则的变化曲线为d
D.图3中温度，三点所处的平衡状态中，反应物的转化率最高的是f点
13.实现氨按照一定方向转化一直是科学领域研究的重要课题，如图为在催化剂的作用下发生的一系列转化示意图：
下列叙述正确的是( )
A.改变两个反应使用的催化剂，其转化率不变
B.两个反应的原子利用率均为
C.合成氨反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D.催化剂b表面反应生成NO时没有电子转移
14.氮是地球上含量丰富的十种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答：
（1）①若在一容积为2L的密闭容器中加入0.2mol的和0.6mol的在一定条件下发生反应：若在5分钟时反应达到平衡，此时测得的物质的量为。则平衡时________平衡时的体积分数为________%。
②平衡后，若欲提高的转化率，可以采取的措施有________。
a.加了催化剂 b.增大容器体积
c.降低反应体系的温度 d.加入一定量
（2）根据化学反应速率和化学平衡理论，联系合成氨的生产实际，你认为下列说法不正确的是________。
A.化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品
B.勒夏特列原理可指导怎样使用有限原料多出产品
C.催化剂的使用是提高产品产率的有效方法
D.正确利用化学反应速率和化学反应限度理论都可以提高化工生产的综合经济效益
15.合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，一种工业合成氨的简易流程图如下：
（1）根据下表中键能写出合成氨的热化学方程式：______________。
化学键
436 465 946 391
（2）步骤Ⅱ中制氢气原理如下：
a.
b.
利用反应b将CO进一步转化，可提高产量。反应b化学平衡常数和温度的关系如表：
700 800 830 1000 1200
K 2.6 1.7 1.0 0.9 0.6
①该反应为__________反应（填“吸热”或“放热”）；某温度下，体系中各物质的平衡浓度符合下式：，试判断此时的温度为__________。
②恒温恒容密闭容器中，能说明反应a达到平衡状态的是__________。
A.混合气体的压强不再发生变化 B.混合气体的密度不再发生变化
C.与相等 D.
（3）下图表示条件下，合成氨反应原料气投料比与平衡时体积分数的关系。根据图中a点数据计算的平衡转化率为_______%（结果保留一位小数）。
（4）科研小组模拟不同条件下的合成氨反应，向容器中充入和，不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强的关系如图。
（1）由大到小的排序为_______。
（2）在条件下，A点_____（填“大于”“小于”或“等于”），理由是______________________。
答案以及解析
1.答案：A
解析：适当增加氢气的浓度，促使反应正向进行，可提高氮气的平衡转化率，A正确；合成氨是有气体参与的放热反应，温度升高，反应速率加快，但合成氨的转化率降低，B错误；铁触媒是催化剂，能使氨气和氢气在较低温度下反应，提高化学反应速率，但是催化剂不能改变平衡转化率，C错误；将氨及时液化分离，使得平衡正向移动，有利于提高氨的产率，D错误。
2.答案：C
解析：A.改变温度、压强，可使平衡发生移动，可改变反应的限度，故A正确；B.增大压强，反应速率增大，且平衡正向移动，提高产率，故B正确；C.正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高氨气的产率，故C错误；D.增大压强，反应速率增大，且平衡正向移动，可提高反应的转化率和氨气的产率，故D正确；故选：C。
3.答案：B
解析：A．步骤①中“净化”可除去杂质，防止催化剂中毒，故A正确；
B．加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率和氨的产率，也可以提高反应速率，但压强越大对动力和生产设备的要求也越高，因此压强不是越大越好，故B错误；
C．400~500℃时催化剂的活性最大，催化效果最佳，因此步骤③一般选择控制反应温度为400~500℃，故C正确；
D．液化分离出以及的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本，故D正确；
故选B。
4.答案：A
解析：①降低温度，b反应的化学平衡向右移动，则CO的转化率提高；②图反应前后气体的总体积不变，故增大压强，平衡不移动，则CO的转化率不变；③催化剂不能使平衡移动，故CO的转化率不变；④增大CO的浓度，则CO的转化率降低；⑤增大水蒸气的浓度，平衡向右移动，CO的转化率提高。
5.答案：B
解析：②④操作均有利于合成氨的化学平衡正向移动，⑤原料循环利用能提高原料转化率。
6.答案：D
解析：因合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，故A、C项错误；加入催化剂可加快反应速率，但对平衡移动无影响，B项错误；因合成氨的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强会使平衡向正反应方向移动，增加反应物浓度或减小生成物浓度会使平衡向正反应方向移动，D项正确。
7.答案：B
解析：A.合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高原料利用率，选择700K，可使氨的合成速率较快，且催化剂活性最大，故A错误：B.液化分离生成物平衡正向移动，所以将液化分离，可提高、的转化率，故B正确；C.催化剂和高压能加快反应速率，增大压强平衡正向移动，催化剂对平衡无影响，故C错误；D增加-一种反应物的浓度提高另一种物质的转化率，而本身转化率降低，所以工业合成氨中为了提高氢气的利用率，可增加氮气的浓度，故D错误。
8.答案：C
解析：①合成氨是气体体积减小的反应，增大体积使压强减小，化学反应速率减小，平衡向逆反应方向移动，氨的产率减小，①不符合题意；②合成氨是气体体积减小的反应，减小体积使压强增大，化学反应速率增大，平衡向正反应方向移动，氨的产率增大，②符合题意；③合成氨是放热反应，升高温度，化学反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，氨的产率减小，③不符合题意；④合成氨是放热反应，降低温度，化学反应速率减小，平衡向正反应方向移动，氨的产率增大，④不符合题意；⑤恒温恒容，再充入等量和，反应物浓度增大，化学反应速率增大，平衡向正反应方向移动，氨的产率增大，⑤符合题意：⑥恒温恒压，再充入等量和，反应物浓度不变，化学反应速率不变，化学平衡不移动，氨的产率不变，⑥不符合题意；⑦及时分离产生的，生成物的浓度减小，化学反应速率减小，平衡向正反应方向移动，氨的产率增大，⑦不符合题意；⑧使用催化剂，化学反应速率增大，化学平衡不移动，氨的产率不变，⑧不符合题意。
9.答案：B
解析：A.对混合气进行循环利用可以节约能源、提高原料的利用率，这遵循绿色化学思想，选项A正确；B.降低温度，反应速率减慢，为保证反应速率较快，催化剂的活性较高，产物的产率又不低，则不能在低温下进行，选项B错误；C.对原料气进行压缩，即增大压强，化学平衡正向移动，可以增大原料气的转化率，选项C正确；D.催化剂的特点：提高反应的速率，但是不能使平衡移动，使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动，选项D正确。
10.答案：C
解析：由图可知，的体积分数随着温度的升高而显著下降，即在低温条件下，的体积分数较高，但目前所用的催化剂为铁触媒，其活性最大时的温度在500℃左右，故最有前途的研究方向是研制低温催化剂。
11.答案：B
解析：A.该反应是放热反应，升高温度正逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，说明温度对逆反应速率影响较大，故A错误；B.该反应是反应前后气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，则增大压强对正反应速率影响较大，故B正确；C.减小反应物浓度瞬间，生成物浓度不变，则逆反应速率不变，故C错误；D加入催化剂，对正逆反应速率影响相同，故D错误。
12.答案：C
解析：A.由图1知，氮气和氢气的总能量大于氨气的能量，所以由氮气和氢气生成氨气是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，该反应的平衡常数减小，的转化率减小，故A错误；B.10 min末是瞬时速率无法计算，故B错误；C.从11 min起其他条件不变，增加的量，则突变增大，接着平衡正向移动，减小，的变化曲线为d，故C正确；D.相同温度下，一定量的氮气，氢气的浓度越大，平衡向正反应方向移动导致氮气的转化率越大，所以图3中e、f、g三点所处的平衡状态中，反应物的转化率最高的点是g点，故D错误。
13.答案：A
解析：A.催化剂只能改变反应速率，不能改变转化率，正确；B.合成氨为化合反应，原子利用率为100%，氨的催化氧化反应产物不唯一，原子利用率不是100%，错误；C.降低温度化学反应速率减慢，延长反应达到平衡的时间，错误；D.催化剂b表面与氧原子反应生成NO，N和O的化合价均发生变化，故有电子转移，D项错误。
14.答案：（1）①
②cd
（2）C
解析：（1）①若在一容积为2L的密闭容器中加入0.2mol的和0.6mol的在一定条件下发生反应：若在5分钟时反应达到平衡，此时测得的物质的量为0.2mol，反应消耗，则平衡时；平衡时的体积分数为。
②a.加入催化剂，平衡不移动，的转化率不变，故不选a；b.增大容器体积，压强减小，平衡逆向移动，的转化率减小，故不选b；c.降低反应体系的温度，平衡正向移动，的转化率增大，故选c；d.加入一定量，平衡正向移动，的转化率增大，故选d。
（2）A.化学反应速率越快，单位时间内生产的产品越多，化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品，故A正确；B.勒夏特列原理即平衡移动原理，可指导怎样使用有限原料多出产品，故B正确；C.加入催化剂，平衡不移动，催化剂不能提高产品产率，故C错误；D.正确利用化学反应速率和化学反应限度理论都可以提高化工生产的综合经济效益，故D正确。
15.答案：（1）
（2）①放热；
②AD
（3）59.2。
（4）①
②大于；在时A点的体积分数未达到平衡时的体积分数，反应正向进行
解析：（1）的键能是，的键能为，的键能为，则，该热化学方程式为。
（2）①由表中数据可知，温度越高化学平衡常数越小，升高温度平衡向逆反应方向移动，逆反应是吸热反应，正反应为放热反应；由，可得平衡常数，故此时反应温度为。
②A.该反应前后气体分子数不相等，即当各物质的物质的量不再发生变化时，混合气体的压强也不再发生变化，说明反应达到平衡，故A正确；B.混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度始终不变，故B错误；C.反应达到平衡时各物质的浓度与起始浓度及转化率有关，平衡时可能等于化学计量数之比，也可能不等于，即与相等不能说明反应达到平衡，故C错误；D.即正逆反应速率相等，能说明反应达到平衡，故D正确。
（3）a点时物质的量之比为3，设起始投入，到平衡时转化的为，列三段式：
平衡时体积分数等于物质的量分数，即，解得，则的平衡转化率为。
（4）①，相同压强下，升高温度平衡逆向移动，氨气的体积分数减小，根据图知，温度由大到小的顺序为；
②根据图像，在条件下，A点未达到平衡状态，要达到平衡，反应需要继续正向进行，因此。

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