2022-2023版高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨學案 魯科版選修4學習目標定位1.應用化學反應速率和化學平衡原理，會選擇合成氨的適宜條件。2.體會應用化學原理選擇化工生產條件的思路和方法。一、合成氨反應的限度、速率1.合成氨反應的特點合成氨反應：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。已知298 K時：H92.2 kJ·mol1，S198.2 J·mol1·K1。(1)可逆性：反應為可逆反應。(2)體積變化：正反應是氣體體積縮小的反應。(3)焓變：H<0，熵變S<0。(4)自發(fā)性：常溫(298 K)下，HTS<0，能自發(fā)進行。2.提高合成氨反應速率和平衡轉化率的條件比較條件提高反應速率提高平衡轉化率綜合結果壓強高壓高壓高壓溫度高溫低溫兼顧速率和平衡，且考慮催化劑活性催化劑使用無影響使用濃度增大反應物濃度增大反應物濃度，降低生成物濃度增大反應物濃度，且不斷減少生成物濃度合成氨反應條件和選擇依據(jù)提高H2轉化率的措施有降溫、加壓、增大N2濃度、降低NH3濃度。例1可逆反應3H2(g)N2(g)2NH3(g)H<0，達到平衡后，為了使H2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，分離出部分氨答案D解析要使氫氣的轉化率增大，需使平衡向正反應方向移動，根據(jù)合成氨反應的特點，由于正反應為放熱反應，需降低溫度；正反應為氣體總體積減小的反應，需增大壓強；另外還可通過及時分離出部分氨氣，減小生成物濃度的方法，促使平衡右移，故D項正確?？键c工業(yè)合成氨反應條件的選擇題點外界條件對合成氨平衡移動的影響例2對于合成氨的反應來說，使用催化劑和施加高壓，下列敘述中正確的是()A.都能提高反應速率，都對化學平衡狀態(tài)無影響B(tài).都對化學平衡狀態(tài)有影響，都不影響達到平衡狀態(tài)所用的時間C.都能縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，只有壓強對化學平衡狀態(tài)有影響D.催化劑能縮短反應達到平衡狀態(tài)所用的時間，而壓強無此作用答案C解析對于化學反應N2(g)3H2(g)2NH3(g)，催化劑只能降低反應的活化能，提高反應速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，不能使化學平衡發(fā)生移動。高壓能提高反應速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，也能使化學平衡向生成NH3的方向移動?？键c工業(yè)合成氨反應條件的選擇題點外界條件對合成氨影響的綜合二、工業(yè)合成氨的適宜條件1.工業(yè)合成氨的適宜條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強根據(jù)反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強(1×107Pa1×108Pa)溫度適宜溫度，700 K左右催化劑使用鐵觸媒做催化劑濃度N2和H2的物質的量之比為12.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去2.問題討論(1)壓強：目前我國合成氨廠一般采用的壓強在1×1071×108 Pa，不采用更高壓強的理由是：壓強越大，對設備的要求越高、壓縮H2和N2所需要的動力越大，因此選擇壓強應符合實際科學技術。(2)溫度：升高溫度能提高化學反應速率，但工業(yè)合成氨溫度不能太高的理由是合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率降低。700_K催化劑活性最大，升高溫度，催化劑活性減弱。合成氨反應條件和選擇依據(jù)工業(yè)生產中，必須從反應限度和反應速率兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應速率，提高單位時間內的產量，同時還要考慮設備的要求和技術條件。例3下列有關合成氨工業(yè)的敘述，可用勒·夏特列原理來解釋的是()A.使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨B.高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應C.500 左右比室溫更有利于合成氨的反應D.合成氨時采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率答案B解析催化劑不影響平衡移動；合成氨采用500 是綜合考慮反應速率、轉化率及催化劑的活性溫度；采用循環(huán)操作與平衡移動無關?？键c工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合知識總結合成氨反應中，反應物的轉化率并不高，如果讓N2和H2的混合氣體只一次通過合成塔起反應是很不經濟的，應將分離NH3后的未轉化的合成氣進行循環(huán)使用，并及時補充N2和H2，使反應物保持一定的濃度，有利于合成氨反應的進行。例4已知2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H<0的實驗數(shù)據(jù)如下表：溫度不同壓強下SO2的轉化率(%)1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450 97.598.999.299.699.7550 85.692.994.997.798.3(1)應選擇的溫度是_，理由是_。(2)應采用的壓強是_，理由是_。(3)在合成SO3的過程中，不需要分離出SO3的原因是_。(4)生產中通入過量空氣的目的是_。答案(1)450 該反應是放熱反應，升高溫度，轉化率降低；在450 反應物轉化率較高(2)1×105Pa常壓下SO2的轉化率已經很高，若采用較大的壓強，SO2的轉化率提高很少，但需要動力更大，對設備的要求更高(3)SO2的轉化率比較高，達到平衡后的混合氣體中SO2的余量很少，故不需要分離SO3(4)增大O2濃度、提高SO2的轉化率考點化工生產適宜條件的選擇題點合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用例5CO可用于合成甲醇，化學方程式為CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示。該反應H_(填“>”或“<”)0。實際生產條件控制在250 、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強的理由是_。答案<在250 、1.3×104 kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，經濟效益低解析從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉化率變小，故H<0，綜合溫度、壓強對CO轉化率的影響來看，在壓強1.3×104 kPa下，CO的轉化率已經很大，再增大壓強，CO的轉化率提高不大，但對設備和材料的要求越高，需要的動力更大，會增加投資和能量消耗，不經濟?？键c化工生產適宜條件的選擇題點合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用1.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()增大體積使壓強減小減小體積使壓強增大升高溫度降低溫度恒溫恒容，再充入N2和H2 恒溫恒壓，再充入N2和H2及時分離產生的NH3使用催化劑A. B.C. D.答案C解析根據(jù)題目要求，既要滿足增大速率，又要滿足使化學平衡向右移動。從反應速率角度分析，三種條件下化學反應速率降低；條件下化學反應速率不變。從平衡移動角度分析：條件下化學平衡向右移動；條件下化學平衡不移動。考點工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對合成氨影響的綜合2.下列事實能用勒·夏特列原理解釋的是()A.使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨B.由H2(g)、I2(g)和HI(g)組成的平衡體系加壓后顏色變深C.700 K時比室溫更有利于合成氨的反應D.將混合氣體中的氨液化有利于合成氨反應答案D解析A、B兩項，改變條件平衡均不移動，不能用勒·夏特列原理解釋；C項，根據(jù)勒·夏特列原理，溫度越低，NH3的轉化率越高，采取700 K，主要考慮催化劑的活性和反應速率問題；D項，將混合氣體中的氨液化，相當于減小了生成物的濃度，平衡正向移動，有利于合成氨反應?？键c工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合3.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答案B解析A項，合成氨反應的正反應是放熱反應，升高溫度，正、逆反應的反應速率都增大，但是溫度對吸熱反應的速率影響更大，所以對該反應來說，對逆反應速率影響更大，錯誤；B項，合成氨的正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強，對正反應的反應速率影響更大，正確；C項，減小反應物濃度，使正反應的速率瞬間減小，由于生成物的濃度沒有變化，所以逆反應速率瞬間不變，然后逐漸減小，故減小反應物濃度，對正反應的反應速率影響更大；錯誤；D項，加入催化劑，對正、逆反應的反應速率的影響相同，錯誤。考點工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合4.在密閉容器中，使1 mol N2和3 mol H2混合發(fā)生下列反應：3H2N22NH3H<0(1)合成氨時選擇700 K高溫的目的是_。(2)當反應達到平衡時，N2和H2的濃度比是_。(3)當達到平衡時，充入氬氣，并保持體積不變，平衡將_移動。(4)當達到平衡時，充入氬氣，并保持壓強不變，平衡將_移動，反應速率將_。(5)當達到平衡時，充入N2并保持體積不變，平衡將_移動。(6)當達到平衡時，保持體積不變，升高溫度時，混合氣體的平均相對分子質量_，密度_。答案(1)加快反應速率，工業(yè)上用的催化劑在該溫度時活性最大(2)13(3)不(4)逆向變小(5)正向(6)減小不變解析合成氨時選擇700 K高溫可以加快反應速率，而且工業(yè)上用的催化劑在該溫度時活性最大；因為初始和轉化的N2和H2的濃度比都是13，所以當反應達到平衡時，N2和H2的濃度比是13；平衡時保持體積不變，充入氬氣平衡不移動；保持壓強不變充入氬氣，容器體積變大，反應速率將變小，平衡逆向移動；充入N2并保持體積不變，平衡將正向移動；保持體積不變，升高溫度時，平衡逆向移動，混合氣體的質量不變，總物質的量變大，平均相對分子質量變小，密度不變?？键c工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合5.合成氨工業(yè)的原料氣中含有少量CO，CO會使催化劑失去催化能力(催化劑中毒)，因此，在進入合成塔前必須將其除去。一般用醋酸二氨合銅溶液來吸收原料氣中的CO，其反應為Cu(NH3)2AcCONH3Cu(NH3)3COAc(正反應為放熱反應)(1)醋酸二氨合銅吸收CO的生產適宜條件是_。(2)吸收CO后的醋酸銅氨溶液經過處理后可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，醋酸銅氨液再生的生產適宜條件是_。答案(1)低溫、高壓(2)高溫、低壓解析(1)醋酸二氨合銅吸收CO反應為氣體體積減小的放熱反應，降低溫度或增大壓強平衡向吸收CO的方向移動，故應采用低溫、高壓作為生產條件。(2)放出CO的反應正好和吸收CO的反應相反，應采用高溫、低壓作為生產條件?？键c化工生產適宜條件的選擇題點工業(yè)合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用6.一密封體系中發(fā)生反應：N23H22NH3(正反應為放熱反應)下圖為某一段時間段反應速率與反應進程的曲線關系圖：回答下列問題：(1)處于平衡狀態(tài)的時間段是_。(2)t1、t3、t4時刻，體系中分別是什么條件發(fā)生了改變？_、_、_。(3)下列時間段中，氨的百分含量最高的是_。A.0t1 B.t2t3 C.t3t4 D.t5t6答案(1)0t1，t2t3，t3t4，t5t6(2)溫度升高加入催化劑壓強減小(3)A解析本題主要是學會看圖，圖表達的是速率與時間的關系，只要速率不隨時間變化而變化，說明在這條件下反應已經達到平衡了。所以處于平衡狀態(tài)的時間段是0t1，t2t3，t3t4，t5t6。從圖中可得t1時刻正、逆反應速率都增大，而且v逆>v正，N23H22NH3(正反應為放熱反應)，故溫度升高，v逆>v正。圖中t3時刻比原來的速率大，而且變化過程中v逆v正，說明平衡未被打破，所以應該是催化劑導致的。圖中t4時刻的變化，v逆、v正都減小且v逆>v正，所以不可能是溫度的影響，應該是壓強減小了，使平衡向逆反應方向移動了?？键c工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合對點訓練題組1合成氨反應適宜條件的選擇1.1913年德國化學家哈伯發(fā)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。下列所示是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉化率而采取的措施是()A. B. C. D.答案B解析操作均有利于合成氨的化學平衡向右移動，提高轉化率。考點工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對合成氨平衡移動的影響2.在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產量，實施下列目的的變化過程中與平衡移動無關的是()A.不斷將氨分離出來B.使用催化劑C.采用500 左右的高溫而不是700 的高溫D.采用2×1075×107Pa的壓強答案B解析把氨分離出來是減小生成物濃度，有利于平衡右移；合成氨反應是放熱反應，相對較低溫度(700 K)利于反應向右進行，同時該反應是氣體物質的量減小的反應，盡可能采取高壓利于正反應，A、C、D都符合平衡移動原理，而使用催化劑僅是為增大反應速率，與平衡無關。考點工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對合成氨平衡移動的影響3.下列有關合成氨工業(yè)的說法中，正確的是()A.從合成塔出來的混合氣體中，其中NH3只占15%，所以合成氨廠的產率都很低B.由于氨易液化，N2、H2在實際生產中可循環(huán)使用，所以總體來說合成氨的產率很高C.合成氨工業(yè)的反應溫度控制在700 K左右，目的是使化學平衡向正反應方向移動D.合成氨廠采用的壓強越大，產率越高，無需考慮設備、條件答案B解析合成氨的反應在適宜的生產條件下達到平衡時，原料的轉化率并不高，但生成的NH3分離出后，再將未反應的N2、H2循環(huán)利用，這樣處理后，可使氨的產率較高，A項錯誤，B項正確；合成氨工業(yè)選擇700 K左右的溫度，主要從反應速率和催化劑活性兩方面考慮，合成氨的反應是放熱反應，低溫才有利于平衡向正反應方向移動，C項錯誤；不論從反應速率還是化學平衡考慮，高壓更有利于合成氨，但壓強太大，對設備、動力的要求更高，因此選擇2050 MPa，D項錯誤?？键c工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合4.下列有關合成氨工業(yè)的說法中正確的是()A.鐵做催化劑可加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動B.升高溫度可以加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動C.增大壓強能縮短到達平衡狀態(tài)所用的時間D.合成氨采用的壓強是2×1075×107Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高答案C解析催化劑可以改變反應速率，但不能使平衡移動，只能縮短反應達到平衡所需的時間，A項錯誤；升高溫度可以加快反應速率，但合成氨反應是放熱反應，因此升高溫度不利于化學平衡向合成氨的方向移動，B項錯誤；增大壓強加快反應速率，C項正確；催化劑的活性取決于溫度的高低，而非取決于壓強的大小，D項錯誤?？键c工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對工業(yè)合成氨影響的綜合題組2合成氨反應的圖像題5.某密閉容器中發(fā)生如下反應：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0。下圖表示該反應的速率(v)隨時間(t)變化的關系，t2、t3、t5時刻外界條件有所改變，但都沒有改變各物質的初始加入量。下列說法中正確的是()A.t2時加入催化劑 B.t3時降低了溫度C.t5時增大了壓強D.t4t5時間內轉化率一定最低答案A解析合成氨反應前后氣體系數(shù)減小，t2后反應速率增大，但平衡沒有移動，說明t2時刻改變的條件是加入了催化劑，化學平衡不移動； t3時刻應是減小壓強，化學平衡向左移動；t5時刻應是升高溫度，化學平衡向左移動；所以t6以后轉化率最低。考點化學反應速率和化學平衡圖像題點速率時間(vt)圖像6.合成氨工業(yè)對國民經濟和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0,673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時間的變化關系如圖所示。下列說法正確的是()A.c點處反應達到平衡B.d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)不同C.其他條件不變，773 K下反應至t1時刻，n(H2)比圖中的d點的值要大D.a點的正反應速率比b點的小答案C解析A項，c點是氫氣和氨氣物質的量相等的點，該點以后，氫氣的量還在減少，氨氣的量還在增加，故c點沒有達到平衡，A項錯誤；B項，t1和t2兩個時刻反應均處于平衡狀態(tài)，體系中各物質的物質的量不再變化，故d、e兩點氮氣的物質的量相等，B項錯誤；C項，773 K>673 K，工業(yè)合成氨為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，氫氣的物質的量增大，C項正確；D項，反應達到平衡前，a點反應物濃度大于b點，因此a點的正反應速率比b點的大，D項錯誤?？键c化學反應速率和化學平衡圖像題點物質的量時間圖像7.在N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0的平衡體系中，當分離出NH3時，下列說法正確的是 ()A.改變條件后速率時間圖像如上圖B.此過程中Q>KC.平衡體系中NH3的含量增大D.N2的轉化率增大答案D 解析分離出NH3，Q<K，v正>v逆，使平衡向正反應方向移動，N2的轉化率增大，由于分離出NH3，使體系中NH3的含量減小?？键c化學反應速率和化學平衡圖像題點速率時間(vt)圖像8.某溫度下，對于反應N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJ·mol1。N2的平衡轉化率()與體系總壓強(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是()A.將1 mol氮氣、3 mol氫氣，置于1 L密閉容器中發(fā)生反應，放出的熱量為92.4 kJB.平衡狀態(tài)由A變?yōu)锽時，平衡常數(shù)K(A)<K(B)C.上述反應在達到平衡后，增大壓強，H2的轉化率增大D.升高溫度，平衡常數(shù)K增大答案C解析該反應為可逆反應，加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反應生成NH3，所以反應放出的熱量小于92.4 kJ，A項錯誤；從狀態(tài)A到狀態(tài)B，改變的是壓強，溫度未發(fā)生變化，所以平衡常數(shù)不變，B項錯誤；該反應是反應前后氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，H2的轉化率增大，C項正確；升高溫度，平衡逆向移動，K減小，D項錯誤。考點化學反應速率和化學平衡圖像題點轉化率壓強圖像題組3化工生產適宜條件的選擇9.合成氨廠所需H2可由焦炭與水反應制得，其中有一步反應為CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H<0。欲提高CO的利用率，可采用的方法是()降低溫度增大壓強使用催化劑增大CO的濃度增大水蒸氣的濃度A. B. C. D.答案C解析增大壓強，平衡不移動；增大CO濃度，平衡向右移動，但CO轉化率降低；使用催化劑，平衡不移動，CO轉化率不變；降低溫度或增大水蒸氣濃度，平衡均向右移動，CO轉化率增大。考點化工生產適宜條件的選擇題點合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用10.據(jù)報道，在300 、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實：2CO2(g)6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g)下列敘述錯誤的是()A.使用Cu­Zn­Fe催化劑可大大提高生產效率B.反應需在300 下進行可推測該反應是吸熱反應C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率答案B解析B項，加熱可以加快化學反應速率，放熱反應也可能在加熱條件下進行，故不正確?？键c化工生產適宜條件的選擇題點合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應用 綜合強化11.(2017·福州高二質檢)一定溫度下，在恒壓容器a和恒容容器b中，分別充入體積比13的N2和H2。開始時兩容器的體積相同，則達到平衡時兩容器中N2的轉化率()A.a中大 B.b中大C.a、b中一樣大 D.無法判斷答案A解析由題給信息可知，容器a中的反應與容器b中的反應相比，相當于增大壓強，則平衡正向移動，因此平衡時容器a中N2的轉化率大于容器b中N2的轉化率?？键c化學平衡的綜合題點恒溫恒壓與恒容恒壓條件下平衡的比較12.(2017·青島高二檢測)相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分別進行合成氨反應。下列敘述中錯誤的是()A.化學反應速率：乙>甲B.平衡后N2的濃度：乙>甲C.H2的平衡轉化率：乙>甲D.平衡混合氣體中H2的體積分數(shù)：乙>甲答案D解析因為乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A項正確；假設開始時乙容器的體積是甲的2倍(如圖甲、虛擬乙)，再將虛擬乙容器的體積壓縮至與甲相等(如圖乙)，則在此過程中化學平衡要向正反應方向移動，即N2、H2的平衡轉化率增大，它們在平衡混合氣體中的體積分數(shù)減小，故C項正確，D項錯誤；平衡時，乙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3濃度大，但乙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，而乙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，故B項正確?？键c化學平衡的綜合題點恒溫恒容下的平衡比較13.在容積相同的密閉容器中，分別充入等量的氮氣和氫氣，在不同溫度下發(fā)生反應：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，并分別在不同的時間內測定其中NH3的質量分數(shù)(y軸所表示的)，繪成圖像如圖所示，請回答下列問題：(1)A、B、C、D、E五點中，肯定未達平衡的點是_。(2)此可逆反應的正反應是_熱反應。(3)AC曲線是增函數(shù)曲線，CE曲線是減函數(shù)曲線，試從化學反應速率和化學平衡的角度分析，并說明理由：_。答案(1)A點、B點(2)放(3)AC曲線是增函數(shù)曲線，溫度升高，反應速率加快，生成NH3的質量分數(shù)增多；CE曲線是減函數(shù)曲線，此反應的正反應是放熱反應，達到平衡后，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，NH3的質量分數(shù)降低解析(1)從圖像中看出C點時，NH3的質量分數(shù)最高，說明A、B兩點均未達到平衡。(2)達到平衡(C點)后，升高溫度，NH3的質量分數(shù)降低，說明此反應的正反應放熱?？键c化學平衡的圖像題點百分含量(或質量分數(shù))溫度圖像14.如圖表示298.15 K時，N2、H2與NH3的平均能量與合成氨反應的活化能的曲線圖，據(jù)圖回答下列問題：(1)若反應中生成2 mol氨，則反應_(填“吸熱”或“放熱”)_kJ。(2)在圖中曲線_(填“a”或“b”)表示加入鐵觸媒的能量變化曲線，鐵觸媒能加快反應速率的原理是_。(3)合成氨反應中平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與壓強、溫度的關系如圖所示。若曲線a對應的溫度為500 ，則曲線b對應的溫度可能是_(填字母)。A.600 B.550 C.500 D.450 (4)合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應制備。發(fā)生反應為CH4(g)H2O (g)CO(g)3H2(g)H>0。一定溫度下，在1 L容器中發(fā)生上述反應，各物質的物質的量濃度變化如下表：t/minCH4/mol·L1H2O/mol·L1CO/mol·L1H2/mol·L100.20.3002n1n2n30.33n1n2n30.340.090.19x0.33表中x_mol·L1；前2 min內CH4的平均反應速率為_。反應在34 min之間，氫氣的物質的量增多的原因可能是_(填字母)。A.充入水蒸氣 B.升高溫度C.使用催化劑 D.充入氫氣答案(1)放熱92(2)b改變了反應的歷程，降低了合成氨反應的活化能(3)D(4)0.110.05 mol·L1· min1B解析(1)由圖中能量狀態(tài)可知N2與3H2具有的總能量高于2NH3所具有的能量，故該反應為放熱反應，并且反應N2(g)3H2(g)2NH3(g)，每生成2 mol NH3放出(600508) kJ92 kJ熱量。(2)合成氨反應中，加入鐵觸媒后，由于改變了反應歷程，使反應的活化能降低，從而加快了反應速率，故曲線b代表加催化劑后的能量變化曲線。(3)對于合成氨反應，當其他條件不變時，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡混合物中NH3的體積分數(shù)降低。圖像中，當壓強不變時，曲線b對應的溫度下平衡混合物中NH3的體積分數(shù)大于曲線a對應的NH3的體積分數(shù)，所以b曲線對應的溫度低于a曲線對應的溫度。(4) 前2 min內CH4的反應速率為v(CH4)v(H2)×0.05 mol·L1· min1。由表分析23分鐘時，反應達到平衡狀態(tài)，此時生成H2的濃度為0.3 mol·L1。 CH4(g)H2O (g)CO(g)3H2(g)起始濃度( mol·L1) 0.2 0.3 0 0 轉化濃度( mol·L1) 0.1 0.1 0.1 0.3 0.1 0.2 0.1 0.3 0.01 0.01 0.01 0.03 0.09 0.19 0.11 0.33所以x0.11 mol·L1。3 min時，若充入水蒸氣，平衡向右移動，4 min時，水蒸氣濃度應多于0.2 mol·L1 ；若升高溫度，平衡向右移動，反應物均減小，生成物均增加，而且變化量正好等于化學方程式系數(shù)比，該條件符合要求；使用催化劑，平衡不移動；充入H2，平衡向左移動，生成物濃度均多于2 min時的濃度?？键c化學反應速率與化學平衡的綜合題點相關概念、規(guī)律、計算的綜合應用15.科學家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生反應，生成的主要產物為NH3。進一步研究NH3生成量與溫度的關系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、N2壓強1.0×105 Pa、反應時間3 h)：T/K303313323353NH3生成量/106 mol4.85.96.02.0相應的熱化學方程式如下：N2(g)3H2O(l)2NH3(g)O2(g)H765.2 kJ· mol1回答下列問題：(1)與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻俾是以龃驨H3生成量的建議： _。(2)工業(yè)合成氨的反應為N2(g)3H2(g)2NH3(g)。設在容積為2.0 L的密閉容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反應在一定條件下達到平衡時，NH3的物質的量分數(shù)(NH3的物質的量與反應體系中總的物質的量之比)為。計算：該條件下N2的平衡轉化率_。該條件下反應2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常數(shù)為_。根據(jù)合成氨反應的特點分析，當前最有前途的研究發(fā)展方向是_(填字母)。a.研制耐高壓的合成塔b.采用超大規(guī)模的工業(yè)生產c.研制耐低溫復合催化劑d.探索不用H2和N2合成氨的新途徑答案(1)升溫、增大N2濃度、不斷移出生成物 (2)66.7%5.0×103 mol2·L2c解析(2)設反應過程消耗x mol N2(g)。N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始物質的量(mol) 0.60 1.60 0平衡物質的量(mol) 0.60x 1.603x 2x平衡時反應體系總物質的量(0.60x)(1.603x)2x mol(2.202x) molNH3(g)的物質的量分數(shù)為2x÷(2.202x)解得，x0.40，N2的平衡轉化率為×100%66.7%。設此時反應2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常數(shù)為K。平衡時，NH32×0.40 mol÷2.0 L0.40 mol·L1 ，N2(0.600.40) mol÷2.0 L0.10 mol·L1，H2(1.603×0.40) mol÷2.0 L0.20 mol·L1，K5.0×103 mol2·L2。考點化學反應速率和化學平衡的綜合題點相關概念、規(guī)律、計算的綜合應用