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数智分层作业(十六)　化学反应条件的优化——工业合成氨
(选择题每小题只有一个选项符合题目要求，选择题每小题3分，本试卷共35分)
1．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N2和H2　⑥恒温恒压，再充入N2　⑦使用催化剂
A．②④⑤⑦　　　　　 B．②③④⑤⑦
C．②⑤ D．②③⑤
2．合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。欲提高CO的利用率，可采用的方法是(　　)
①降低温度　②增大压强　③使用催化剂
④增大CO的浓度　⑤增大水蒸气的浓度
A．①②③ B．④⑤
C．①⑤ D．⑤
3．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业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N2和H2合成氨的新途径
4．某化学家在合成氨方面的研究促进了人类的发展。合成氨的工业流程如图，下列说法错误的是(　　)
A．增大压强既可以增大反应速率，又可以提高原料转化率
B．升高温度既可以增大反应速率，又可以提高平衡转化率
C．冷却过程中采用热交换有助于节约能源
D．原料循环使用可提高其利用率
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。下列所示是哈伯法的流程图，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．在一定条件下探究CH3OCH3的制备反应为2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，测定结果如图所示。下列判断错误的是(　　)
A．该反应的ΔH<0
B．该反应伴随着副反应的发生
C．工业上选择的较适宜温度为280～290 ℃
D．加入催化剂可以提高CH3OCH3的平衡产率
7．已知合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，当反应器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3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如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．曲线a对应的反应温度最低
B．上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系为K(M)＝K(Q)>K(N)
C．相同压强下，投料相同，达到平衡所需时间关系为tc>tb>ta
D．N点时c(NH3)＝0.2 mol·L-1，则N点的c(N2)∶c(NH3)＝1∶1
8．(14分)甲醇是一种重要的试剂，氢气和二氧化碳在一定条件下可合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，在密闭容器中充入3 mol氢气和1 mol二氧化碳，测得混合气体中甲醇的体积分数与温度的关系如图1所示：
试回答下列问题：
(1)该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。该反应平衡常数的表达式是________________，为了降低合成甲醇的成本可采用的措施是________________(任意写一条合理的建议)。(5分)
(2)解释O～T0内，甲醇的体积分数变化趋势：_____________________________
________________________________________________________________。(3分)
(3)氢气在Q点的转化率________(填“大于”“小于”或“等于”，下同)氢气在W点的转化率；其他条件相同，甲醇在Q点的正反应速率________甲醇在M点的正反应速率。(2分)
(4)图2表示氢气转化率α(H2)与投料比的关系，请在图2中画出两条变化曲线并标出曲线对应的条件，两条曲线对应的条件分别为一条曲线对应的压强是1.01×105 Pa；另一条曲线对应的压强是3.03×105 Pa(其他条件相同)。(4分)
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C C C B B D C
8．(1)放热　K＝　增加CO2的充入量　(2)温度低于T0时，反应未达到平衡，反应正向进行，使甲醇的体积分数逐渐增大　(3)小于　小于
(4)
1．C
2．C　[增大压强，平衡不移动；增大 CO浓度，平衡正向移动，但 CO转化率降低；使用催化剂，平衡不移动，CO转化率不变；降低温度或增大水蒸气浓度，平衡均正向移动，CO转化率增大。 ]
3．C　[由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。]
4．B　[增大压强可以增大合成氨的反应速率，平衡正向移动，可以提高原料转化率，A正确；合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，降低平衡转化率，B错误；冷却过程中采用热交换有助于节约能源，C正确；原料循环使用，可提高其利用率，D正确。]
5．B　[②④⑤操作均有利于合成氨的化学平衡正向移动，提高原料转化率。 ]
6．D　[由题图知，温度高于290 ℃时，随温度升高，CO的转化率、CH3OCH3的产率均降低，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应是放热反应，ΔH＜0，A项正确；从题图中可知，CO的转化率降低的同时，CH3OCH3的产率在不同温度下差别较大，即说明该反应伴随着副反应的发生，B项正确；由题图可知，温度为280～290 ℃时，CH3OCH3的产率较高，C项正确；加入催化剂可以改变反应达到平衡的时间，但不能提高CH3OCH3的产率，D项错误。]
7．C　[ΔH<0，升高温度平衡逆向移动，氨的含量减小，而相同压强下曲线a对应NH3的体积分数最大，所以曲线a对应的反应温度最低，A项正确；K只受温度影响，温度不变平衡常数不变，所以K(M)＝K(Q)，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，M点的温度低于N，所以K(M)>K(N)，B项正确；相同压强下，投料相同，温度越高反应速率越大，达到平衡时的时间越短，曲线c、b、a表示的温度依次降低，所以达到平衡消耗的时间：ta>tb>tc，C项错误；N点时氨的物质的量分数为20%，设N2的平衡转化率是b，N2的起始浓度为a，列三段式：
　　　　N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
起始 a 3a 0
转化 ab 3ab 2ab
平衡 a－ab 3a－3ab 2ab
根据题意有＝20%，2ab＝，所以a＝0.3 mol·L-1，b＝，则N点的c(N2)∶c(NH3)＝(0.3 mol·L-1－0.3 mol·L-1×)∶0.2 mol·L-1＝1∶1，D项正确。]
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