高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨综合训练题

2.4化学反应条件的优化——工业合成氨

【练概念】

1.下列有关合成氨工业的说法正确的是(   )

A.的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成

B.恒容条件下充入稀有气体有利于的合成

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，在常温时可自发进行

2.下列条件的改变对反应的影响说法不正确的是(   )

A.升高温度能加快化学反应速率

B.增大的浓度能加快化学反应速率

C.达到化学平衡状态时,能全部转化为

D.增大压强可加快该反应的化学反应速率

3.工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是(   )

①适当提高合成氨的速率         ②提高的转化率       ③提高氨的产率     ④催化剂在700 K时活性最大

A.①③ B.①② C.②③④ D.①④

4.化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是(   )

A. 硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好

B. 工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强

C. 工业合成氨，考虑催化剂的活性选择400~500℃的反应温度

D. 炼铁高炉的进风口设置在下端有利于燃料充分利用

【练能力】

5.对于合成氨反应，下列研究内容和图示相符的是(   )

A.A B.B C.C D.D

6.相同温度下，有体积相同的甲、乙两个容器，甲容器中充入1g和1g，乙容器中充入2g和2g，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是(   )

A.化学反应速率：乙>甲                                  B.平衡后的浓度：乙>甲

C.的平衡转化率：乙>甲                             D.平衡混合气体中的体积分数：乙>甲

7.西博格评价合成氨工业“无论从经济的发展还是人类的进步而言，这项发明都是20世纪科学领域中最辉煌的成就之一。”如图1是不同时间的世界人口数。图2是用、、表示在催化剂表面合成氨的不同过程。以下说法不正确的是(   )

A.西博格的评价与图1说明合成氨反应在1900年后有较大突破，成为人工固氮最主要的途径

B.哈伯等科学家在合成氨实验中积极研发催化剂以提高反应在单位时间内的转化率

C.图2显示的合成氨反应过程顺序为⑤④①②③

D.合成氨反应中选择500℃高温主要是该反应为吸热反应与催化剂最佳活性两项原因

8.某温度下，对于反应，的平衡转化率与体系总压强的关系如图所示。下列说法正确的是(   )

A.将1mol氮气、3mol氢气，置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ

B.平衡状态由A到B时，平衡常数

C.上述反应在达到平衡后，增大压强，的转化率增大

D.升高温度，平衡常数增大

9.氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。

下列说法不正确的是(   )

A．控制原料气=2.7~2.9，是因为相对易得，适度过量利于提高转化率

B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高

C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离

D．中国科学家研制的新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗

10.工业常用铁钼氧化物作催化剂，用甲醇空气氧化法制甲醛，反应过程涉及如下反应：

（有关数据均在298K时测定）

反应Ⅰ：

反应Ⅱ：

反应Ⅲ：

反应温度对甲醇氧化反应的影响如图所示。

（1）用反应Ⅲ制甲醛要比直接用反应Ⅰ制甲醛优越，原因是___________。

（2）生产时，要控制为0.4左右，目的是_________。（试从反应热和反应适宜的温度思考）

（3）下列说法错误的是_________。

A.甲醇的转化率接近100%的原因是反应Ⅲ属于完全反应

B.氢气的摩尔燃烧焓为

C.600K以后甲醛产率下降的原因可能是温度升高导致甲醛发生热分解反应

答案以及解析

1.答案：D

解析：A项，投料比为时，更有利于的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，时反应自发进行，而合成氨反应的，故在常温条件下该反应能自发进行。

2.答案：C

解析：A.升高温度时，物质的内能增加，分子之间有效碰撞次数增加，能加快化学反应速率, A正确;B.增大的浓度，会使单位体积内分子总数增加，单位体积内活化分子数之间，分子之间的有效碰撞次数增加，因而能加快化学反应速率，B正确;C.该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，因此达到化学平衡状态时，达到该条件下的最大转化率,但也不能全部转化为, C错误;D.增大压强可使物质的浓度增大，单位体积内活化分子数增加，分子之间的有效碰撞次数增加，因而加快该反应的化学反应速率, D正确;故合理选项是C.

3.答案：D

解析：从影响化学反应速率和催化剂的活性两方面考虑。

4.答案：A

解析：A.为提高的转化率，不是通入的空气越多越好，通入空气越多，导致体系温度下降，需要更多的能量，故A错误;

B.压强越大，对设备的要求越高，故工业合成氨，从生产实际条件考虑，故B正确;C.升高温度可加快反应速率，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，且催化剂的活性与温度有关，则反应温度选择400～ 500°C是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果，故C正确;

D.炼铁高炉的进风口设置在下端，气流往上走，有利于燃料充分利用，故D正确;故选: A。

5.答案：C

解析： A项，由于条件下先达到平衡，故，减小压强，化学平衡向左移动，的体积分数应降低，错误；B项，由于此反应的，故升温平衡向左移动，的转化率应降低，错误；C项，增大的量，会使正反应速率瞬时增大，化学平衡右移，正确；D项，使用催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，错误。

6.答案：D

解析：因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A项正确。假设开始时乙容器的体积是甲的2倍（如图所示），则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的体积压缩至与甲相等（如图中丙），则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动，即、的平衡转化率增大，它们在平衡混合气体中的体积分数减小，故C项正确，D项错误。此时，丙中、、的浓度分别比甲中、、浓度大，但丙中、浓度要分别小于甲中、浓度的2倍，而丙中的浓度要大于甲中浓度的2倍，B项正确。

7.答案：D

解析：A.根据图1中信息和西博格的评价，说明合成氨反应在1900年后有较大突破，也是人工固氮，故A正确；

B.催化剂能提高反应速率即提高反应在单位时间内的转化率，故B正确；

C.氢气和氮气先被催化剂吸附，在催化剂表面断键，再形成新的化学键生成新物质，再脱离催化剂表面，因此图2显示的合成氨反应过程顺序为⑤④①②③，故C正确；

D.该反应为放热反应，选择该温度主要是催化剂在该温度下催化活性最强，故D错误。

综上所述，答案为D。

8.答案：C

解析：因为该反应为可逆反应，在1L密闭容器中加入1mol、3mol，两者不可能完全反应生成，所以放出的热量小于92.4kJ，A错误；从状态A到状态B的过程中，改变的是压强，温度没有改变，所以平衡常数不变，B错误；因为该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，的转化率增大，C正确；升高温度，平衡逆向移动，减小，D错误。

9.答案：B

解析：B.合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误。

10.答案：（1）氧气能与反应Ⅰ生成的氢气反应生成水，促进可逆反应Ⅰ正向移动，提高甲醇的转化率和甲醛的产率，同时除去

（2）使反应放出的热量稍大于吸收的热量，有利于控制反应温度在600K左右

（3）B

解析：（1）氧气能与反应Ⅰ生成的氢气反应生成水，促进可逆反应Ⅰ正向移动，提高甲醇的转化率和甲醛的产率，同时除去。另外反应Ⅲ是熵增大的放热反应，是自发进行的。反应Ⅲ的平衡常数比反应Ⅰ大得多，即反应Ⅲ进行的程度大。

（2）适当通入，以发生反应Ⅲ，放出热量，从题图知，温度在600K左右时，甲醛产率最大。

（3）根据盖斯定律，将反应Ⅰ和反应Ⅱ叠加后得反应Ⅲ，由此得出反应Ⅱ的，但表示摩尔燃烧焓的热化学方程式中生成的水应为液态，故B项错误。