高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 化学反应的方向复习练习题

第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨

1.（2021河南三门峡高二月考）据报道，在 、 下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。 。下列叙述错误的是(      )

A.使用 催化剂可大大提高生产效率

B.反应需在 下进行可推测该反应是吸热反应

C.充入大量 气体可提高 的转化率

D.从平衡混合气体中分离出 和 可提高 和 的利用率

答案：

解析：B项，加热可以加快化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，故不正确。

易错警示

（1）化工生产过程中很多原料是可以循环利用的，但是并不是循环利用就是转化率高。

（2）催化剂的活性与压强没有关系，只与温度有关系。

2.（2021天津滨海高二期末）已知 ，下列说法不正确的是(      )

A.升高温度，正、逆反应速率均加快

B.增大压强，化学平衡正向移动

C.当气体总质量不变时，反应达平衡状态

D.充入 ，可提高 的转化率

答案：

解析：升高温度，正、逆反应速率都加快，A正确；反应物气体分子数大于生成物气体分子数，增大压强，平衡正向移动，B正确；密闭容器中反应物和生成物都是气体，气体总质量始终不变，C不正确；充入 ，平衡正向移动， 的转化率增大，D正确。

3.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，在较低温度时可自发进行

答案：

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； 、D项， 时反应自发进行，而合成氨反应的 、 ，故在较低温度下该反应能自发进行。

4.（2021山东新泰高二月考）合成氨反应： ，在反应过程中，正反应速率的变化如图所示。

下列说法正确的是(     )

A. 时升高了温度B. 时使用了催化剂

C. 时增大了压强D. 时降低了温度

答案：

解析： ， （正）先瞬间增大后逐渐减小，说明平衡向正反应方向移动，根据 可知，该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，故 时不是升高温度，可能是增大压强或者增大反应物的浓度，故A错误； ，正、逆反应速率同等程度增大，可能是使用了催化剂，故B正确； ， （正）先瞬间减小后逐渐增大，而增大压强，正、逆反应速率都会增大，故C错误； 后正反应速率逐渐减小，应是减小反应产物（ ）的浓度，若是降低温度，则在 时v（正）应陡降，曲线不连接，故D错误。

5.合成氨所需要的 可由煤和水反应制得：

（1）

（2）

工业生产中，欲提高 的转化率，所采用的下列措施正确的最佳组合是(     )

①降低温度  ②增大压强  ③使用催化剂  ④增大 浓度  ⑤增大 的浓度

A.①⑤B.②③C.②④⑤D.③⑤

答案：

解析：反应（2）为反应前后体积不变的放热反应，降温和增大水蒸气的浓度均可使平衡右移，提高 的转化率。

6.（2021安徽蚌埠高二月考）某工业生产中发生反应： 。下列有关该工业生产的说法正确的是(      )

A.工业上合成 时，一定采用高压条件，因为高压有利于 的生成

B.若物质 价廉易得，工业上一般采用加入过量的 以提高 和 的转化率

C.工业上一般采用较高温度合成 ，因温度越高，反应物的转化率越高

D.工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高 的日产量

答案：

解析：工业上合成 可能采用常压，因为高压条件对设备要求较高，故A错误；加入过量B只能提高 的转化率，B的转化率降低，故B错误；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，故C错误；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率，故D正确。

素养提升练

7.（不定项）（2021江苏南京高二月考）一定条件下，利用 合成 的反应如下： ，研究发现，反应过程中会有副反应： ，温度对 、 产率的影响如图所示。下列说法错误的是(      )

A. ，

B.减小压强（扩大容器体积）有利于提高合成 的反应速率

C.生产过程中，温度越高越有利于提高 的产率

D.合成 反应的平衡常数

答案： ;

解析：A项，根据题图可知，升高温度 的产率降低，反应 向逆反应方向移动， ，升高温度 的产率增大，反应 向正反应方向移动， ，正确； B项，增大压强（缩小容器体积）有利于提高合成 的反应速率，错误；C项，温度越高 的产率越低，错误；D项，根据化学平衡常数的概念，合成 反应的平衡常数 ，正确。

8.（不定项）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 ，在 、 下， 和 随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(     )

A. 点处反应未达到平衡

B. 点（ 时刻）和 点（ 时刻）处 不同

C.其他条件不变， 下反应至 时刻， 比图中的 点的值要大

D. 点的正反应速率比 点的小

答案： ;

解析： 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，A项正确。 和 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、 两点氮气的物质的量相等，B项错误。 ，工业合成氨为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氢气的物质的量增大，C项正确。在反应达到平衡前，a点反应物浓度大于 点，因此 点的正反应速率比 点的大，D项错误。

9.（2021山东泰安高二联考）电催化 还原制 的一种反应机理如图所示，其中吸附在催化剂表面的微粒用 表示，下列说法不正确的是(     )

A. 生成 是通过多步还原反应实现的

B.两个氮原子上的加氢过程同时进行

C.析氢反应（ ）会影响 的生成

D. 的及时脱附有利于提高催化剂活性

答案：

解析：由题图可知， 生成 是通过 多步还原反应实现的，故A不符合题意；加氢过程是分步进行的（ ），故B符合题意；析氢反应（ ）会导致 中 不足，从而影响 的生成，故C不符合题意； 的及时脱附，能够增加催化剂与反应物的接触面积，即有利于增加催化剂活性，故D不符合题意。

10.利用水煤气合成二甲醚（ ）所涉及的反应如下：

① ，平衡常数

② ，平衡常数

③ ，平衡常数

（1）总反应 的平衡常数 （用 、 、 表示）。

（2）一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高 的转化率，可以采取的措施有  （填字母）。

a.加压 b.加入催化剂 c.增大 的浓度 d.增大 的浓度 e.分离出二甲醚

（3）已知反应② 在某温度下的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入 ，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

若再经 反应达到平衡，则平衡时 。

答案：（1） （2） （3）

解析：（1）由题意可知，总反应可由①×2+②+③得到，即 。

（2）总反应是气体体积减小的反应，所以加压，平衡右移；增大反应物 的浓度、减小产物的浓度，都会使 的转化率提高。

（3）初始时 的浓度为 ，设平衡时 的浓度为 ，则：

则平衡常数 ， ，平衡时 的浓度为 。

创新拓展练

11.合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮最重要的途径。

和 生成 的反应为 在 作催化剂作用下的反应历程为（ 表示吸附态）：

化学吸附： ； ；

表面反应： ； ； ；

脱附：

其中， 的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：

（1）利于提高合成氨平衡产率的条件有  （填字母）。

A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂

（2）标准平衡常数 ，其中 为标准压强 、 和 为各组分的平衡分压，如 ， 为平衡总压， 为平衡体系中 的物质的量分数。

① 和 起始物质的量之比为1:3，反应在恒定温度和标准压强下进行， 的平衡产率为 ，则标准平衡常数 （用含 的最简式表示）。

②下图中可以示意标准平衡常数 随温度 变化趋势的是  。

（3）实际生产中，常用工艺条件： 作催化剂，控制温度为 、压强为 ，原料气中 和 物质的量之比为1:2.8。

①分析说明原料气中 过量的理由：  。

②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是  （填字母）。

. 合成氨反应在不同温度下的 和 都小于零

. 控制温度（ ）远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率

.当温度、压强一定时，在原料气（ 和 的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率

.基于 有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行

.分离空气可得 ，通过天然气和水蒸气转化可得 ，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生

答案：（1） ;

（2）①   ; ②

（3）①原料气中 相对易得，适度过量有利于提高 的转化率； 在 催化剂上的吸附是决定整体反应速率的主要步骤， 适度过量有利于提高整体反应速率  ;

②

解析： （1）合成氨反应是气体分子数减小的放热反应，所以低温、高压有利于提高合成氨的平衡产率， 、D正确。

（2）

① ，设 、 的起始物质的量分别为  、 ， 的平衡产率为 ，则生成的  ，列“三段式”有：

平衡混合气体总物质的量 ，根据平衡常数 。;

②温度升高，平衡左移，标准平衡常数减小，应选A。

（3）

① 在空气中大量存在，容易得到，所以 可适度过量，以便提高 的转化率； 的吸附分解反应决定了合成氨的整体反应速率。;

②根据合成氨反应的特点及平衡移动原理分析可知， 、 、 正确。