2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學(xué)案 魯科版選修4

《2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學(xué)案 魯科版選修4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學(xué)案 魯科版選修4（16頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨學(xué)案 魯科版選修4學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，會選擇合成氨的適宜條件。2.體會應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。一、合成氨反應(yīng)的限度、速率1.合成氨反應(yīng)的特點合成氨反應(yīng)：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。已知298 K時：H92.2 kJmol1，S198.2 Jmol1K1。(1)可逆性：反應(yīng)為可逆反應(yīng)。(2)體積變化：正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。(3)焓變：H0，熵變S0。(4)自發(fā)性：常溫(298 K)下，HTS0，能自發(fā)進(jìn)行。2.提高合成氨反應(yīng)速率和平衡

2、轉(zhuǎn)化率的條件比較條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率綜合結(jié)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(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度，降低生成物濃度增大反應(yīng)物濃度，且不斷減少生成物濃度合成氨反應(yīng)條件和選擇依據(jù)提高H2轉(zhuǎn)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(yīng)3H2(g)N2(g)2NH3(g)H0，達(dá)到平衡后，為了使H2的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率增大，

3、需使平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，需降低溫度；正反應(yīng)為氣體總體積減小的反應(yīng)，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。考點工業(yè)合成氨反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速率，都對化學(xué)平衡狀態(tài)無影響B(tài).都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時間C.都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時間，只有壓強對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響D.催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)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(xué)反應(yīng)N2(g)3H2(

4、g)2NH3(g)，催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動。高壓能提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時間，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動?？键c工業(yè)合成氨反應(yīng)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(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(1107Pa1108Pa)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(zhì)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1107

5、1108 Pa，不采用更高壓強的理由是：壓強越大，對設(shè)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(yīng)符合實際科學(xué)技術(shù)。(2)溫度：升高溫度能提高化學(xué)反應(yīng)速率，但工業(yè)合成氨溫度不能太高的理由是合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)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(yīng)條件和選擇依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應(yīng)限度和反應(yīng)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(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應(yīng)速率，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量，同時還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。例3下列有關(guān)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

6、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(yīng)C.500 左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)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(yīng)速率、轉(zhuǎn)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(guān)?？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(jié)合成氨反應(yīng)中，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)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(yīng)是很不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)將分離NH3后的未轉(zhuǎn)化的合成氣進(jìn)行循環(huán)使用，并及時補充N2和H2，使反應(yīng)物保持一定的濃度，有利于合成氨反應(yīng)的進(jìn)行。例4已知2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H

7、”或“”)0。實際生產(chǎn)條件控制在250 、1.3104 kPa左右，選擇此壓強的理由是_。答案在250 、1.3104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益低解析從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率變小，故H0，綜合溫度、壓強對CO轉(zhuǎn)化率的影響來看，在壓強1.3104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，但對設(shè)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(jīng)濟(jì)。考點化工生產(chǎn)適宜條件的選擇題點合成氨適宜條件選擇依據(jù)的應(yīng)用1.在合成氨時，要使氨的產(chǎn)率增大，又要使化學(xué)反應(yīng)速率增大，可以采取的措施有()增

8、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(chǎn)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(xué)平衡向右移動。從反應(yīng)速率角度分析，三種條件下化學(xué)反應(yīng)速率降低；條件下化學(xué)反應(yīng)速率不變。從平衡移動角度分析：條件下化學(xué)平衡向右移動；條件下化學(xué)平衡不移動?？键c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

9、于合成氨的反應(yīng)D.將混合氣體中的氨液化有利于合成氨反應(yīng)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(zhuǎn)化率越高，采取700 K，主要考慮催化劑的活性和反應(yīng)速率問題；D項，將混合氣體中的氨液化，相當(dāng)于減小了生成物的濃度，平衡正向移動，有利于合成氨反應(yīng)?？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(yīng)，達(dá)到平衡后，以下分析正確的是()A.升高溫度，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大B.增大壓強，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大C.減小反應(yīng)物濃度，對逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大D.加入催化劑，對逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大答案B解

10、析A項，合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，正、逆反應(yīng)的反應(yīng)速率都增大，但是溫度對吸熱反應(yīng)的速率影響更大，所以對該反應(yīng)來說，對逆反應(yīng)速率影響更大，錯誤；B項，合成氨的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大，正確；C項，減小反應(yīng)物濃度，使正反應(yīng)的速率瞬間減小，由于生成物的濃度沒有變化，所以逆反應(yīng)速率瞬間不變，然后逐漸減小，故減小反應(yīng)物濃度，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大；錯誤；D項，加入催化劑，對正、逆反應(yīng)的反應(yīng)速率的影響相同，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.在密閉容器中，使1 mol N2和3 mol H2混合發(fā)生下列反應(yīng)：3H2N

11、22NH3Hv正，N23H22NH3(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，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(yīng)該是催化劑導(dǎo)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(yīng)該是壓強減小了，使平衡向逆反應(yīng)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(xùn)練題組1合成氨反應(yīng)適宜條件的選擇1.1913年德國化學(xué)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(dāng)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(zhuǎn)化率而采取的措施是()A. B. C. D.答案B解析操作均有利于

12、合成氨的化學(xué)平衡向右移動，提高轉(zhuǎn)化率?？键c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(chǎn)量，實施下列目的的變化過程中與平衡移動無關(guān)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21075107Pa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(yīng)是放熱反應(yīng)，相對較低溫度(700 K)利于反應(yīng)向右進(jìn)行，同時該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，盡可能采取高壓利于正反應(yīng)，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(yīng)速率，與平衡無關(guān)?？键c工業(yè)合成氨條件的選擇題點外界條件對合成氨

13、平衡移動的影響3.下列有關(guān)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(chǎn)率都很低B.由于氨易液化，N2、H2在實際生產(chǎn)中可循環(huán)使用，所以總體來說合成氨的產(chǎn)率很高C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在700 K左右，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動D.合成氨廠采用的壓強越大，產(chǎn)率越高，無需考慮設(shè)備、條件答案B解析合成氨的反應(yīng)在適宜的生產(chǎn)條件下達(dá)到平衡時，原料的轉(zhuǎn)化率并不高，但生成的NH3分離出后，再將未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)利用，這樣處理后，可使氨的產(chǎn)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(yīng)速率和催化劑活性兩方面考慮，

14、合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低溫才有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，C項錯誤；不論從反應(yīng)速率還是化學(xué)平衡考慮，高壓更有利于合成氨，但壓強太大，對設(shè)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(guān)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(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動B.升高溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動C.增大壓強能縮短到達(dá)平衡狀態(tài)所用的時間D.合成氨采用的壓強是21075107Pa，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(yīng)速率，但不能使平衡移動，只能縮短反應(yīng)達(dá)到

15、平衡所需的時間，A項錯誤；升高溫度可以加快反應(yīng)速率，但合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此升高溫度不利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動，B項錯誤；增大壓強加快反應(yīng)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(yīng)的圖像題5.某密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0。下圖表示該反應(yīng)的速率(v)隨時間(t)變化的關(guān)系，t2、t3、t5時刻外界條件有所改變，但都沒有改變各物質(zhì)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

16、內(nèi)轉(zhuǎn)化率一定最低答案A解析合成氨反應(yīng)前后氣體系數(shù)減小，t2后反應(yīng)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(xué)平衡不移動； t3時刻應(yīng)是減小壓強，化學(xué)平衡向左移動；t5時刻應(yīng)是升高溫度，化學(xué)平衡向左移動；所以t6以后轉(zhuǎn)化率最低?？键c化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像題點速率時間(vt)圖像6.合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H673 K，工業(yè)合成氨為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，氫氣的物質(zhì)的量增大，C項正確；D項，反應(yīng)達(dá)到平衡前，a點反應(yīng)物濃度大于b點，因此a點的正反應(yīng)速率比b點的大，D項錯誤?？键c化學(xué)反應(yīng)

17、速率和化學(xué)平衡圖像題點物質(zhì)的量時間圖像7.在N2(g)3H2(g)2NH3(g)HKC.平衡體系中NH3的含量增大D.N2的轉(zhuǎn)化率增大答案D 解析分離出NH3，Qv逆，使平衡向正反應(yīng)方向移動，N2的轉(zhuǎn)化率增大，由于分離出NH3，使體系中NH3的含量減小?？键c化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像題點速率時間(vt)圖像8.某溫度下，對于反應(yīng)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1。N2的平衡轉(zhuǎn)化率()與體系總壓強(p)的關(guān)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(yīng)，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

18、)K(B)C.上述反應(yīng)在達(dá)到平衡后，增大壓強，H2的轉(zhuǎn)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(yīng)為可逆反應(yīng)，加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反應(yīng)生成NH3，所以反應(yīng)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(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，H2的轉(zhuǎn)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?？键c化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像題點轉(zhuǎn)化率壓強圖像題組3化工生產(chǎn)適宜條件的選擇9.合成氨廠所需H2可由焦炭與水反應(yīng)制得，其中有一步反應(yīng)為CO(g)H2O(g

19、)CO2(g)H2(g)H甲B.平衡后N2的濃度：乙甲C.H2的平衡轉(zhuǎn)化率：乙甲D.平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?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(shè)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(xué)平衡要向正反應(yīng)方向移動，即N2、H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，它們在平衡混合氣體中的體積分?jǐn)?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。考點化

20、學(xué)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(yīng)：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，并分別在不同的時間內(nèi)測定其中NH3的質(zhì)量分?jǐn)?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(dá)平衡的點是_。(2)此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是_熱反應(yīng)。(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(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)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(yīng)速率加快，生成NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增多；CE曲線是減函數(shù)曲線，此反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，達(dá)到

21、平衡后，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動，NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低解析(1)從圖像中看出C點時，NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，說明A、B兩點均未達(dá)到平衡。(2)達(dá)到平衡(C點)后，升高溫度，NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，說明此反應(yīng)的正反應(yīng)放熱?？键c化學(xué)平衡的圖像題點百分含量(或質(zhì)量分?jǐn)?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(yīng)的活化能的曲線圖，據(jù)圖回答下列問題：(1)若反應(yīng)中生成2 mol氨，則反應(yīng)_(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(yīng)速率的原理是_。(3)合成氨反應(yīng)中平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)

22、與壓強、溫度的關(guān)系如圖所示。若曲線a對應(yīng)的溫度為500 ，則曲線b對應(yīng)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(yīng)制備。發(fā)生反應(yīng)為CH4(g)H2O (g)CO(g)3H2(g)H0。一定溫度下，在1 L容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度變化如下表：t/minCH4/molL1H2O/molL1CO/molL1H2/molL100.20.3002n1n2n30.33n1n2n30.340.090.19x0.33表中x_molL1；前2 min內(nèi)CH4的平均反應(yīng)速率為_。反應(yīng)在34 min之間，氫氣的物質(zhì)的量增多的原因可能

23、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(yīng)的歷程，降低了合成氨反應(yīng)的活化能(3)D(4)0.110.05 molL1 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(yīng)為放熱反應(yīng)，并且反應(yīng)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(yīng)中，加入鐵觸媒后，由于改變了反應(yīng)歷程，使反應(yīng)的活化能降低，從而加快了反應(yīng)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(yīng)，當(dāng)其他條件不變時，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方

24、向移動，平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)降低。圖像中，當(dāng)壓強不變時，曲線b對應(yīng)的溫度下平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)大于曲線a對應(yīng)的NH3的體積分?jǐn)?shù)，所以b曲線對應(yīng)的溫度低于a曲線對應(yīng)的溫度。(4) 前2 min內(nèi)CH4的反應(yīng)速率為v(CH4)v(H2)0.05 molL1 min1。由表分析23分鐘時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時生成H2的濃度為0.3 molL1。 CH4(g)H2O (g)CO(g)3H2(g)起始濃度( molL1) 0.2 0.3 0 0 轉(zhuǎn)化濃度( molL1) 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

25、.19 0.11 0.33所以x0.11 molL1。3 min時，若充入水蒸氣，平衡向右移動，4 min時，水蒸氣濃度應(yīng)多于0.2 molL1 ；若升高溫度，平衡向右移動，反應(yīng)物均減小，生成物均增加，而且變化量正好等于化學(xué)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(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的綜合題點相關(guān)概念、規(guī)律、計算的綜合應(yīng)用15.科學(xué)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(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH3。進(jìn)一步研究

26、NH3生成量與溫度的關(guān)系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、N2壓強1.0105 Pa、反應(yīng)時間3 h)：T/K303313323353NH3生成量/106 mol4.85.96.02.0相應(yīng)的熱化學(xué)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(yīng)速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH3生成量的建議： _。(2)工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)3H2(g)2NH3(g)。設(shè)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(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時，

27、NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(NH3的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比)為。計算：該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率_。該條件下反應(yīng)2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常數(shù)為_。根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點分析，當(dāng)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(chǎn)c.研制耐低溫復(fù)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%5.0103 mol2L2c解析(2)設(shè)反應(yīng)過程消耗x mol N2(g)。N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始物質(zhì)的量(mol) 0.60 1.60 0平衡物質(zhì)的量(mol) 0.60x 1.603x 2x平衡時反應(yīng)體系總物質(zhì)的量(0.60x)(1.603x)2x mol(2.202x) molNH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為2x(2.202x)解得，x0.40，N2的平衡轉(zhuǎn)化率為100%66.7%。設(shè)此時反應(yīng)2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常數(shù)為K。平衡時，NH320.40 mol2.0 L0.40 molL1 ，N2(0.600.40) mol2.0 L0.10 molL1，H2(1.6030.40) mol2.0 L0.20 molL1，K5.0103 mol2L2?？键c化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合題點相關(guān)概念、規(guī)律、計算的綜合應(yīng)用