化学反应条件的优化——工业合成氨(40分钟70分)一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)1.(2020·顺义区高二检测)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.①②③B.②④⑤C.①③⑤D.②③④【解析】选B。合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,加压、降温、减小NH3的浓度均有利于平衡向正反应方向移动,②④正确;将原料气循环利用也可提高原料的转化率,⑤正确。2.(2020·黄山高二检测)将N2和H2的混合气体通入合成塔中,反应1小时达到平衡以后,N2、H2、NH3的浓度分别为3mol·L-1、7mol·L-1、4mol·L-1,则下列结果不正确的是()A.v(H2)始=7mol·L-1·h-1B.c0(H2)=13mol·L-1C.c0(N2)=5mol·L-1D.H2的转化率为46.2%【解析】选A。由题知,起始NH3浓度为0,达到平衡后为4mol·L-1,说明转化了4mol·L-1,则由化学计量数关系知N2消耗了2mol·L-1,H2消耗了6mol·L-1,所以c0(H2)=13mol·L-1,c0(N2)=5mol·L-1,H2的转化率为×100%≈46.2%。3.(2020·泰安高二检测)在合成氨工业中,为增加NH3的日产量,实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是()A.不断将氨分离出来B.使用催化剂C.采用700K左右的高温而不是900K的高温D.采用2×107～5×107Pa的压强【解析】选B。把氨分离出来是减小生成物浓度,有利于平衡右移;合成氨反应是放热反应,相对较低温度(700K)利于反应向右进行,同时该反应是气体物质的量减小的反应,尽可能采取高压利于正反应的进行,A、C、D都符合平衡移动原理,而使用催化剂仅是为增大反应速率,与平衡无关。4.对于合成氨的反应来说,使用催化剂或施加高压,下列叙述中正确的是()A.都能提高反应速率,都对化学平衡状态无影响B.都对化学平衡状态有影响,都不影响达到平衡状态所用的时间C.都能缩短达到平衡状态所用的时间,只有压强对化学平衡状态有影响D.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而压强无此作用【解析】选C。对于化学反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),催化剂只能降低反应所需活化能,增大反应速率,缩短达到平衡状态所用时间,不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率,使反应达到平衡状态所用时间缩短,也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。5.(2020·哈尔滨高二检测)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.①②③B.④⑤C.①⑤D.⑤【解析】选C。增大压强,平衡不移动;增大CO浓度,平衡向右移动,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,平衡均向右移动,CO转化率增大。【补偿训练】(2020·苏州高二检测)对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,下列研究结果和示意图相符的是()选项ABCD研究结果压强对反应的影响温度对反应的影响平衡体系增加N2对反应的影响催化剂对反应的影响图示【解析】选C。A项,由于p1条件先达到平衡,故p1>p2,由p1→p2,减小压强,化学平衡左移,NH3的体积分数应降低,错误;B项,由于此反应ΔH<0,故升温平衡左移,N2的转化率降低,错误;C项,增大N2的量,会使正反应速率增大,使化学平衡右移,正确;D项,使用催化剂,能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,错误。6.(2020·青岛高二检测)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)ΔH<0,673K、30MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是世纪金榜导学号()A.c点处反应达到平衡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【解析】选C。A项,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,错误;B项,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,错误;C项,773K>673K,工