第四节化学反应的调控 课后·训练提升 基础巩固 1.合成氨工业中既能增大反应速率，又能提高氨的产率的方法是( )。 ①减小压强②增大压强③升温④降温⑤及时从平衡混合气中分离出 NH3⑥分离出NH3后的N2、H2加压后输入合成塔⑦加催化剂 A.①④⑤⑦ B.③⑤ C.②⑥ D.②③⑥⑦ 答案C 解析：合成氨反应N2(g十3H(g)一2NH3(g)△Ho(a,则a1(a>a(b)。 4.下面是合成氨的简易流程示意图： N2(1体积) 压缩机 热交换器 H2(3体积 液氨 冷凝器 有催化剂的合成塔
第四节 化学反应的调控 课后· 基础巩固 1.合成氨工业中既能增大反应速率,又能提高氨的产率的方法是( )。 ①减小压强 ②增大压强 ③升温 ④降温 ⑤及时从平衡混合气中分离出 NH3 ⑥分离出 NH3 后的 N2、H2加压后输入合成塔 ⑦加催化剂 A.①④⑤⑦ B.③⑤ C.②⑥ D.②③⑥⑦ 答案:C 解析:合成氨反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔHα(a),则 α1(a)>α(b)。 4.下面是合成氨的简易流程示意图:
沿x路线回去的物质是( AN2和H2 B.催化剂 C.N2 D.H2 答案：A 5.德国化学家哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得1918年诺贝尔化学 奖。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 () N2(1体积) 压缩机 热交换器 H2(3体积 液氨 冷凝器 有催化剂的合成塔 A.①②③ B.②④⑤ c.①③⑤ D.②③④ 答案B 解析：②④⑤操作均有利于合成氨的化学平衡向右移动，提高转化率。 6.某温度下，对于反应N2(g十3H(g)一2NH3(g)△H=-92.4kJol。N2的平衡转 化率()与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()。 a(Nz) 30% 20% O P P2 p/MPa 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92.4 kJ B.平衡状态由M变为N时，平衡常数K(0<K(N) C.上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大 D.升高温度，平衡常数K增大 答案：C 解析：该反应为可逆反应，加入的1molN2和3molH2不可能完全反应生成NH3, 所以反应放出的热量小于92.4kJ,A项错误；从状态M到状态N,改变的是压强，温 度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误：该反应是反应前后气体分子数减小 的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C项正确：升高温度，平 衡逆向移动，K减小，D项错误。 7.某条件下合成氨反应达平衡时氨的体积分数为25%，若反应前后条件保持不变 则反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比是()
沿 x 路线回去的物质是( )。 A.N2 和 H2 B.催化剂 C.N2 D.H2 答案:A 5.德国化学家哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得 1918 年诺贝尔化学 奖。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 答案:B 解析:②④⑤操作均有利于合成氨的化学平衡向右移动,提高转化率。 6.某温度下,对于反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。N2 的平衡转 化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )。 A.将 1 mol 氮气、3 mol 氢气,置于 1 L 密闭容器中发生反应,放出的热量为 92.4 kJ B.平衡状态由 M 变为 N 时,平衡常数 K(M)<K(N) C.上述反应在达到平衡后,增大压强,H2 的转化率增大 D.升高温度,平衡常数 K 增大 答案:C 解析:该反应为可逆反应,加入的 1 mol N2 和 3 mol H2 不可能完全反应生成 NH3, 所以反应放出的热量小于 92.4 kJ,A 项错误;从状态 M 到状态 N,改变的是压强,温 度未发生变化,所以平衡常数不变,B 项错误;该反应是反应前后气体分子数减小 的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2 的转化率增大,C 项正确;升高温度,平 衡逆向移动,K 减小,D 项错误。 7.某条件下合成氨反应达平衡时氨的体积分数为 25%,若反应前后条件保持不变, 则反应后缩小的气体体积与原反应物的体积之比是( )
A号 B联 c D 答案A 解析：设起始时H2为amol、N2为bmol,平衡时NH3为xmol,则 3H2+ N2= 2NH3 起始mol 0 b 0 平衡mol b￥ 2 2 依题意可得a号 -×100%=25% 化简得。=月 解得产。=吉即反应后减小的气体的物质的量与原反应物的总物质的量之比为 atb 根据相同条件下，体积之比等于物质的量之比，反应后缩小的气体体积与原反 应物的体积之比为。 8.在反应N2(g十3H(g)一2NH3(g)△HK C.新平衡体系中NH3的含量增大 DN2的平衡转化率增大 答案D 解析：分离出NH3,使体系中NH3的含量减小，则达到新平衡前Qv是，平衡 向正反应方向移动，故N2的平衡转化率增大。 9.下列说法中，能用勒夏特列原理解释的是()。 A.加入催化剂可以提高单位时间内氨的产量 B.高压有利于合成氨的反应 C.500℃比室温更有利于合成氨的反应 D.恒温恒容下，在合成氨平衡体系中充入H,使压强增大，则平衡正向移动，NH3的 产量增大
A. 1 5 B. 1 4 C. 1 6 D. 1 2 答案:A 解析:设起始时 H2 为 a mol、N2 为 b mol,平衡时 NH3 为 x mol,则 3H2 + N2 2NH3 起始/mol a b 0 平衡/mol a- 3𝑥 2 b- 𝑥 2 x 依题意可得: 𝑥 𝑎- 3𝑥 2 +𝑏- 𝑥 2 +𝑥 ×100%=25% 化简得: 𝑥 𝑎+𝑏-𝑥 = 1 4 解得: 𝑥 𝑎+𝑏 = 1 5 ,即反应后减小的气体的物质的量与原反应物的总物质的量之比为 1 5。根据相同条件下,体积之比等于物质的量之比,反应后缩小的气体体积与原反 应物的体积之比为1 5。 8.在反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔHK C.新平衡体系中 NH3 的含量增大 D.N2 的平衡转化率增大 答案:D 解析:分离出 NH3,使体系中 NH3 的含量减小,则达到新平衡前 Qv 逆,平衡 向正反应方向移动,故 N2 的平衡转化率增大。 9.下列说法中,能用勒夏特列原理解释的是( )。 A.加入催化剂可以提高单位时间内氨的产量 B.高压有利于合成氨的反应 C.500 ℃比室温更有利于合成氨的反应 D.恒温恒容下,在合成氨平衡体系中充入 He,使压强增大,则平衡正向移动,NH3 的 产量增大
答案B 解析：A项，加入催化剂只能增大反应速率，缩短达到平衡的时间，不能使化学平衡 发生移动。B项，合成氨是一个气体体积减小的反应，所以增大压强，使平衡正向 移动，有利于合成氨，符合勒夏特列原理。C项，因为合成氨是一个放热反应，所以 从化学平衡角度分析，应采用较低温度。500℃高温较室温不利于平衡向合成氨 方向移动，但500℃左右催化剂活性最大，故500℃高温比室温更有利于合成氨 的反应。D项，恒温恒容下充入He,惰性气体He不与N2、H2、NH3反应。虽然 总压强增大了，但实际上平衡体系中各组分浓度不变，所以平衡不移动NH3的产 量不变。 10.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义，对我国实现农业现代化起着 重要作用。根据己学知识回答下列问题。 己知N2(g+3H(g)一2NH3(g)△H=-92.4 kJ-mol- (1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 A.采用较高压强(10MPa-30MPa) B.采用400-500℃的高温 C用铁触媒作催化剂 D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来 (2)合成氨工业中采用了较高压强(10MPa~30MPa),而没有采用100MPa或者更 大压强，试解释没有这么做的理由： 答案：(1)BC (2)采用更大压强会要求使用承受更大压强的设备，从而增加生产成本（其他合理 答案也可) 解析(1)N2(g十3H2(g)一2NH3(g),反应后气体体积减小，压强增大，平衡正向移 动：400~500℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动：采用400~500℃既考 虑到温度对速率的影响，更主要的是500℃左右催化剂活性最大。催化剂只改变 反应速率，不能使平衡发生移动：将氨液化并分离出来，减少体系中氨的浓度，平衡 正向移动。(2)采用更大压强，需要使用承受更大压强的设备，增加了生产成本，降 低了综合经济效益。 11.在容积相同的密闭容器中，分别充入等量的氮气和氢气，在不同温度下发生反 应：N2(g十3H2(g)一2NH3(g),并分别在tmin时测定其中NH3的质量分数Gy轴所 表示的)，绘成图像如图所示，请回答下列问题。 OT1T2T3T4T5温度
答案:B 解析:A 项,加入催化剂只能增大反应速率,缩短达到平衡的时间,不能使化学平衡 发生移动。B 项,合成氨是一个气体体积减小的反应,所以增大压强,使平衡正向 移动,有利于合成氨,符合勒夏特列原理。C 项,因为合成氨是一个放热反应,所以 从化学平衡角度分析,应采用较低温度。500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨 方向移动,但 500 ℃左右催化剂活性最大,故 500 ℃高温比室温更有利于合成氨 的反应。D 项,恒温恒容下充入 He,惰性气体 He 不与 N2、H2、NH3反应。虽然 总压强增大了,但实际上平衡体系中各组分浓度不变,所以平衡不移动,NH3 的产 量不变。 10.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化起着 重要作用。根据已学知识回答下列问题。 已知 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 (1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 。 A.采用较高压强(10 MPa~30 MPa) B.采用 400~500 ℃的高温 C.用铁触媒作催化剂 D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来 (2)合成氨工业中采用了较高压强(10 MPa~30 MPa),而没有采用 100 MPa 或者更 大压强,试解释没有这么做的理由: 。 答案:(1)BC (2)采用更大压强会要求使用承受更大压强的设备,从而增加生产成本(其他合理 答案也可) 解析:(1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应后气体体积减小,压强增大,平衡正向移 动;400~500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动;采用 400~500 ℃既考 虑到温度对速率的影响,更主要的是 500 ℃左右催化剂活性最大。催化剂只改变 反应速率,不能使平衡发生移动;将氨液化并分离出来,减少体系中氨的浓度,平衡 正向移动。(2)采用更大压强,需要使用承受更大压强的设备,增加了生产成本,降 低了综合经济效益。 11.在容积相同的密闭容器中,分别充入等量的氮气和氢气,在不同温度下发生反 应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),并分别在 t min 时测定其中 NH3 的质量分数(y 轴所 表示的),绘成图像如图所示,请回答下列问题
(I)A、B、C、D、E五点中，肯定未达平衡的点是 (2)此可逆反应的正反应是 热反应。 (3)4C曲线是增函数曲线，CE曲线是减函数曲线，试从化学反应速率和化学平衡 的角度分析，并说明理由： 答案：(1)AB (2)放 (3)4C曲线是增函数曲线，温度升高，反应速率增大，生成物NH3的质量分数增 多：CE曲线是减函数曲线，此反应的正反应是放热反应，达到平衡后，温度升高，平 衡向逆反应方向移动，NH3的质量分数降低 解析：(I)从图像中看出C点时，NH3的质量分数最大，说明A、B两点均未达到平 衡。 (2)达到平衡(C点)后，升高温度，NH3的质量分数降低，说明此反应的正反应放热。 拓展提高 1.(双选)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)一2NH3(g),在400℃、30MPa下，nNH3)和nH)随时间变化 的关系如图所示。据图推测下列叙述正确的是()。 n A.正反应速率：MN B.点P处反应达到平衡 C.点Q(时刻)和点R(h时刻)处nN2)不一样 D.其他条件不变时，500℃下反应至1时刻，nH2)比图中Q点的n(H2)大 答案：AD 解析：由图可以看出，N2与H2反应生成NH3,点M处的n(H2)比点N处大，点M处 的正反应速率大，A项正确：P点处nNH3)=nH2),还没有达到平衡，B项错误；h时 已经达到平衡，点Q(1时刻)处和点R(2时刻)处nN2)相同，C项错误；500℃高于 400℃，升温，平衡逆向移动，1时刻n(H2)在500℃时比在400℃时的大。 2.在一定条件下，将N2和H2按体积比1：3充入恒容密闭容器中发生反应 N2(g十3H2(g)一2NH3(g)△H<0,下列说法正确的是( ) A.达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等 B.达到平衡后，其他条件不变再充入氨气，新平衡时氨气的体积分数比原平衡时大
(1)A、B、C、D、E 五点中,肯定未达平衡的点是 。 (2)此可逆反应的正反应是 热反应。 (3)AC 曲线是增函数曲线,CE 曲线是减函数曲线,试从化学反应速率和化学平衡 的角度分析,并说明理由: 。 答案:(1)AB (2)放 (3)AC 曲线是增函数曲线,温度升高,反应速率增大,生成物 NH3 的质量分数增 多;CE 曲线是减函数曲线,此反应的正反应是放热反应,达到平衡后,温度升高,平 衡向逆反应方向移动,NH3 的质量分数降低 解析:(1)从图像中看出 C 点时,NH3 的质量分数最大,说明 A、B 两点均未达到平 衡。 (2)达到平衡(C 点)后,升高温度,NH3 的质量分数降低,说明此反应的正反应放热。 拓展提高 1.(双选)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),在 400 ℃、30 MPa 下,n(NH3)和 n(H2)随时间变化 的关系如图所示。据图推测下列叙述正确的是( )。 A.正反应速率:M>N B.点 P 处反应达到平衡 C.点 Q(t1 时刻)和点 R(t2 时刻)处 n(N2)不一样 D.其他条件不变时,500 ℃下反应至 t1 时刻,n(H2)比图中 Q 点的 n(H2)大 答案:AD 解析:由图可以看出, N2 与 H2 反应生成 NH3,点 M 处的 n(H2)比点 N 处大,点 M 处 的正反应速率大,A 项正确;P 点处 n(NH3)=n(H2),还没有达到平衡,B 项错误;t1 时 已经达到平衡,点 Q(t1 时刻)处和点 R(t2 时刻)处 n(N2)相同,C 项错误;500 ℃高于 400 ℃,升温,平衡逆向移动,t1 时刻 n(H2)在 500 ℃时比在 400 ℃时的大。 2.在一定条件下,将 N2 和 H2 按体积比 1∶3 充入恒容密闭容器中发生反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )。 A.达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等 B.达到平衡后,其他条件不变再充入氨气,新平衡时氨气的体积分数比原平衡时大
C达到平衡时，升高温度加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以平 衡向逆反应方向移动 D加入催化剂可以缩短到达平衡的时间，这是因为增大了正反应的速率，而减小了 逆反应的速率 答案B 解析：反应物和生成物浓度是否相等与反应是否达到平衡状态无关，A项错误：升 高温度，不论放热反应还是吸热反应的反应速率都增大，C项错误；催化剂可以同 等程度地改变正、逆反应的反应速率，D项错误：B项正确。 3.对于合成氨反应中使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是( A.都能增大反应速率，都对化学平衡无影响 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，只有增大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，而增大压强无此作用 答案：C 解析：对化学反应N2(g十3H2(g)一2NH3(g),催化剂只能增大反应速率使反应达到 平衡状态所用的时间缩短，不能使化学平衡发生移动。施以高压能增大反应速率 使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的反应方向移 动。 4.在一定温度和压强下，在密闭容器中充入H2、N2、NH3,开始时其物质的量之比 为3：1：1，反应达平衡后，H2、N2、NH3的物质的量之比为9：3：4，则此时氮气 的转化率为( A.10% B.20% C.15% D.30% 答案：A 解析：由题意设H2、N2、NH3的物质的量分别为3mol、1mol、1mol。达到平 衡时N2转化了amol。 N2(g)+ 3H2(g,一2NH3(g) 初始物质的量/mol 1 3 转化物质的量mol 3a 2a 平衡物质的量/mol 1-a 3-3a 1+2a 则。=解得01 N2的转化率为aN2)-1moLx100%=10%。 1mol
C.达到平衡时,升高温度加快了吸热反应的速率,降低了放热反应的速率,所以平 衡向逆反应方向移动 D.加入催化剂可以缩短到达平衡的时间,这是因为增大了正反应的速率,而减小了 逆反应的速率 答案:B 解析:反应物和生成物浓度是否相等与反应是否达到平衡状态无关,A 项错误;升 高温度,不论放热反应还是吸热反应的反应速率都增大,C 项错误; 催化剂可以同 等程度地改变正、逆反应的反应速率,D 项错误;B 项正确。 3.对于合成氨反应中使用催化剂和施以高压,下列叙述中正确的是( )。 A.都能增大反应速率,都对化学平衡无影响 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,只有增大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,而增大压强无此作用 答案:C 解析:对化学反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),催化剂只能增大反应速率使反应达到 平衡状态所用的时间缩短,不能使化学平衡发生移动。施以高压能增大反应速率, 使反应达到平衡状态所用的时间缩短,也能使化学平衡向生成 NH3 的反应方向移 动。 4.在一定温度和压强下,在密闭容器中充入 H2、N2、NH3,开始时其物质的量之比 为 3∶1∶1,反应达平衡后,H2、N2、NH3的物质的量之比为 9∶3∶4,则此时氮气 的转化率为( )。 A.10% B.20% C.15% D.30% 答案:A 解析:由题意设 H2、N2、NH3的物质的量分别为 3 mol、1 mol、1 mol。达到平 衡时 N2 转化了 a mol。 N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) 初始物质的量/mol 1 3 1 转化物质的量/mol a 3a 2a 平衡物质的量/mol 1-a 3-3a 1+2a 则 1-𝑎 1+2𝑎 = 3 4 ,解得 a=0.1 N2 的转化率为 α(N2)=0.1mol 1mol ×100%=10%
5.己知工业合成氨的反应为N2(g+3H2(g一2NH3(g)△H=-92.4 kJ-mol-1。改变 反应条件，会使平衡发生移动。下图表示随条件改变氨气的百分含量的变化趋 势。 ↑氨气含量% 当横坐标为压强时，变化趋势正确的是 (填字母，后同)，当横坐标为温度 时，变化趋势正确的是 答案：ba 解析：增大压强，平衡正向移动，b正确：升高温度，平衡逆向移动，α正确。 6.工业合成氨是在一定条件下进行的可逆反应N2(g十3H2(g)一2NH3(g),其部分 工艺流程如下图所示 ③ 氨气 ①净化 ②催化剂 氢气 压缩 N2、H2 混合气产品 回答下列问题。 (1)第②步除需要催化剂这个条件外，还需要的条件是 (2)第①步操作中的原料气的“净化”目的是 第③步操作 的目的是 (3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分 离物质的方法的原理类似于下列中的 A.过滤 B.蒸馏 C.分液 D萃取 你作出这个判断的理由是 答案：(1)400-500℃，10MPa-30MPa (2)防止催化剂中毒”提高原料利用率（或提高经济效益等） (3)B通过温度的改变而改变物质的状态，达到分离的目的 解析：(1)工业上通常采用铁触媒，在400-500℃和10MPa30MPa的条件下合成 氨。 (2)原料气中往往含有使催化剂“中毒”的物质，所以在进行原料气的反应前，需要除 掉其中的杂质；工业合成氨反应后的混合气体中既有氦气，也有未反应的氢气、氮 气，为了提高原料气的利用率，将未反应的原料气进行重新利用，这样可以提高经 济效益
5.已知工业合成氨的反应为 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。改变 反应条件,会使平衡发生移动。下图表示随条件改变氨气的百分含量的变化趋 势。 当横坐标为压强时,变化趋势正确的是 (填字母,后同),当横坐标为温度 时,变化趋势正确的是 。 答案:b a 解析:增大压强,平衡正向移动,b 正确;升高温度,平衡逆向移动,a 正确。 6.工业合成氨是在一定条件下进行的可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),其部分 工艺流程如下图所示: 回答下列问题。 (1)第②步除需要催化剂这个条件外,还需要的条件是 。 (2)第①步操作中的原料气的“净化”目的是 ,第③步操作 的目的是 。 (3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分 离物质的方法的原理类似于下列中的 。 A.过滤 B.蒸馏 C.分液 D.萃取 你作出这个判断的理由是 。 答案:(1)400~500 ℃,10 MPa~30 MPa (2)防止催化剂“中毒” 提高原料利用率(或提高经济效益等) (3)B 通过温度的改变而改变物质的状态,达到分离的目的 解析:(1)工业上通常采用铁触媒,在 400~500 ℃和 10 MPa~30 MPa 的条件下合成 氨。 (2)原料气中往往含有使催化剂“中毒”的物质,所以在进行原料气的反应前,需要除 掉其中的杂质;工业合成氨反应后的混合气体中既有氨气,也有未反应的氢气、氮 气,为了提高原料气的利用率,将未反应的原料气进行重新利用,这样可以提高经 济效益
(3)降低温度，氨变为液态，从而进行分离，所以跟工业上利用的蒸馏类似，都是通过 改变温度，使物质的状态发生变化而分离。 挑战创新 下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量（体积分数）的变 化情况。[投料N2):H2=1:3] 温度 氨的含量% ℃ 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 192.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 3.1 31.4 (1)比较200℃和300 ℃时的数据，可判断升高温度，平衡向 (填“正反应” 或“逆反应)方向移动，正反应方向为 (填吸热”或“放热”)反应。 (2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是 A.高温高压 B.高温低压 C.低温高压 D.低温低压 (3)500℃和30MPa时N2的转化率为 (4)实际工业生产氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，及500℃对反应速率的影响， 还采取了一些措施。请分别写出其中的一个措施： 答案(1)逆反应放热 (2)C(3)41.77% (4)加过量N2或及时从平衡体系中移走NH3,选择合适的催化剂（如铁触媒） 解析：(1)表中数据表明：恒压时，升高温度，NH3的体积分数减小，说明平衡逆向移 动，则正反应为放热反应。 (2)由反应N2(g十3H2(g)一2NH3(g)△H<0,合成氦适宜条件是低温、高压，这样 有利于平衡正向移动，反应物转化率大。 (3)假设N2的用量为1mol,H2的用量为3mol,N2的消耗量为xmol,则： N2(g+ 3H2(g)一2NH3(g) 初始量mol 1 3 0 转化量mol 3x 2x 平衡量/mol 1-x 3-3x 2x
(3)降低温度,氨变为液态,从而进行分离,所以跟工业上利用的蒸馏类似,都是通过 改变温度,使物质的状态发生变化而分离。 挑战创新 下表的实验数据是在不同温度和压强下,平衡混合物中 NH3 含量(体积分数)的变 化情况。[投料 V(N2)∶V(H2)=1∶3] 温度 ℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 (1)比较 200 ℃和 300 ℃时的数据,可判断升高温度,平衡向 (填“正反应” 或“逆反应”)方向移动,正反应方向为 (填“吸热”或“放热”)反应。 (2)根据平衡移动原理,合成氨适宜的条件是 。 A.高温高压 B.高温低压 C.低温高压 D.低温低压 (3)500 ℃和 30 MPa 时 N2 的转化率为 。 (4)实际工业生产氨时,考虑浓度对化学平衡的影响,及 500 ℃对反应速率的影响, 还采取了一些措施。请分别写出其中的一个措施: 。 答案:(1)逆反应 放热 (2)C (3)41.77% (4)加过量 N2 或及时从平衡体系中移走 NH3,选择合适的催化剂(如铁触媒) 解析:(1)表中数据表明:恒压时,升高温度,NH3 的体积分数减小,说明平衡逆向移 动,则正反应为放热反应。 (2)由反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,合成氨适宜条件是低温、高压,这样 有利于平衡正向移动,反应物转化率大。 (3)假设 N2 的用量为 1 mol,H2 的用量为 3 mol,N2 的消耗量为 x mol,则: N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) 初始量/mol 1 3 0 转化量/mol x 3x 2x 平衡量/mol 1-x 3-3x 2x
得 2x -×100%=26.4% 2x+(1-x)+(3-3x) x0.4177 cN2）04177m0x100%-41.77%。 1mol (4)增大反应物浓度或减小产物浓度有利于平衡正向移动：低温时虽然有利于化学 反应正向进行，但速率较小，为增大化学反应速率，500℃时加入合适的催化剂（如 铁触媒)，既增大化学反应速率，又使铁的催化剂性能最好
得: 2𝑥 2𝑥+(1-𝑥)+(3-3𝑥) ×100%=26.4% x≈0.417 7 α(N2)=0.417 7mol 1mol ×100%=41.77%。 (4)增大反应物浓度或减小产物浓度有利于平衡正向移动;低温时虽然有利于化学 反应正向进行,但速率较小,为增大化学反应速率,500 ℃时加入合适的催化剂 (如 铁触媒),既增大化学反应速率,又使铁的催化剂性能最好