第三节-化学反应条件的优化——工业合成氨

第三节 化学反应条件的优化-工业合成氨1在一真空密闭的定容容器中放入N2O4晶体并使之气化，当反应N2O42NO2建立平衡 后，再通入一些N2O4气体(温度不变)，待反应再次达到新的平衡，则平衡混合气体中的比值，新平衡与旧平衡相比() A新平衡时大 B新平衡时小 C不变 D无法确定解析：平衡后，再通入一些N2O4气体，相当于增大压强，平衡向体积减小的方向即逆反应方向移动。答案：B2. 在容积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应2AB(g)C(s)，且达到化学平衡。当升高温度时容器内气体的密度增大。则下列判断正确的是()A若正反应是吸热反应，则A为非气态B若正反应是放热反应，则A为气态C若在平衡体系中加入少量C，该平衡向逆反应方向移动D压强对该平衡的移动无影响解析：升高温度时其容器内气体的密度增大，如A为非气态，则平衡必向正反应方向移动，正反应为吸热反应；如A为气态，平衡必向逆反应方向移动，正反应为放热反应。所以A、B正确。答案：AB3已知反应：X(g)2Y(g) 2Z(g)。现将X和Y气体按体积比12混合于一密闭容器中，并加压到3107 Pa时达到平衡状态。此时反应物、生成物的物质的量之比为61，则此时对应于图中的温度应为()A100 B200 C300 D400解析：本题目通过求出X或Y的转化率，然后查图像就可以确定其相应温度。设达到平衡时，X转化的物质的量为x，则：X(g)2Y(g) 2Z(g)起始/mol 1 2 0转化/mol x 2x 2x平衡/mol 1x 22x 2x所以有，x0.2 mol。故X和Y的转化率均为20%，对应温度为100。答案：A4氯气溶于水达到平衡后，若其他条件不变，只改变某一条件，下列叙述正确的是()A再通入少量氯气，减小B通入少量SO2，溶液漂白性增强C加入少量固体NaOH，一定有c(Na)c(Cl)c(ClO)D加入少量水，水的电离平衡向正反应方向移动解析：Cl2溶于水后，存在如下平衡Cl2H2OHClHClO，HClOHClO，再通入少量Cl2，上述平衡右移前者程度大，后者程度小，c(H)增大的多，c(ClO)增大的少，增大；SO2Cl22H2O=2HClH2SO4，溶液漂白性减弱；加入少量NaOH固体后，可能HCl与HClO都有剩余，溶液不一定呈中性，故c(Na)c(Cl)c(ClO)不一定成立。答案：D5(2008四川理综，8)在密闭容器中进行如下反应：H2(g)I2(g) 2HI(g)。在温度T1和T2时，产物的量与反应时间的关系如图所示。符合图示的正确判断是()AT1T2，H0 BT1T2，H0CT10 DT1T2，HT1。随温度升高，HI的含量降低，因此该反应正反应为放热反应，即Hz。(2) 如果都是气体，则平衡不移动；如果A、B至少一种为非气体，则平衡向逆反应方向移动。(3)A是非气态物质，如液态或固态。(4)加热平衡向吸热方向移动，则逆反应是吸热反应，正反应是放热反应。答案：(1)xyz(2)逆反应(3)固或液(4)放9(2008海南，15)反应A(g)B(g) C(g)D(g)过程中的能量变化如下图所示，回答下列问题。(1)该反应是_反应(填“吸热”或“放热”)；(2)当反应达到平衡时，升高温度，A的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)，原因是_。(3)反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响？_，原因是_；(4)在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1和E2的变化是：E1_，E2_(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)从图像上可以看出，反应物的总能量比生成物的总能量高，因此该反应为放热反应。(2)升高温度，平衡左移，因此A的转化率减小。(3)加入催化剂，对反应热无影响，因为催化剂不改变反应进行的程度，反应物参加反应的量不变，所以反应热也不变。(4)催化剂改变了反应的历程，降低了反应所需要的活化能，使E1减小，E2也减小。答案：(1)放热(2)减小根据勒夏特列原理，升高温度反应向吸热方向移动，因而该反应中A的转化率减小(3)没有催化剂只能改变化学反应的速率和途径，不能改变化学反应始态和终态的能量，因此对反应热没有影响(4)减小减小10将各2a mol的P、Q、R、S在一密闭容器中混合，发生如下反应：xPyQzRwS。达到平衡后，测得n(P)a mol，n(Q) mol，n(R) mol，n(S)3a mol，已知四种物质中只有R是固体。(1)若该反应中物质的化学计量数x2，则z_，w_。(2)达到平衡时，P的转化率是_。(3)如果只改变压强，化学反应速率发生变化，但化学平衡不移动。则该反应中各物质的聚集状态分别是：Q_，S_。(4)如果只升高温度，反应一段时间后，各物质的物质的量均变为2a mol，则该反应的正反应为_热反应。解析：(1)xPyQzRwS始/mol: 2a 2a 2a 2a平/mol: a a a 3a变/mol: a a axyzwaaa2132，由x2得z3，w2。(2)P的转化率为100%50%。(3)若改变压强，化学反应速率发生变化，但化学平衡不移动，则该反应为气体体积不变的反应。Q为液态(因已知只有R为固态，故Q不能为固态)，S为气态。(4)由题设条件可推知，升温平衡向逆反应方向移动，因此正反应为放热反应。答案：(1)32(2)50% (3)液态气态(4)放11反应2A(g)B(g) 3C(g)，起始时按52的体积比将A、B两气体混合后，充入一体积不变的密闭容器中，在恒定温度下使其反应，达到平衡时混合气体中C的体积分数为60%。求：(1)A、B的转化率分别为：A_，B_。(2)平衡混合气体的平均相对分子质量(设A的相对分子质量为MA，B的相对分子质量为MB)：_。(3)平衡时压强与起始相比，有何变化？_(填“增大”“不变”或“减小”)。解析：(1)2A(g)B(g) 3C(g)起始量 5 2 0变化量 2x x 3x平衡量 52x 2x 3x由已知得100%60%x1.4，所以A100%56%B100%70%。(2)总质量、总体积保持不变，则恒温下，平衡后的混合气体平均相对分子质量即为A、B两气体混合时的平均相对分子质量。(3)反应2A(g)B(g)3C(g)中两边气体总系数相等，反应前后气体的总的物质的量不变，则在恒温恒容条件下，压强不变。答案：(1)56%70%(2)(3)不变1已建立化学平衡的某可逆反应，当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时，下列叙述正确的是()生成物的质量分数一定增加生成物产量一定增加反应物的转化率一定增大反应物的浓度一定降低正反应速率一定大于逆反应速率一定使用催化剂A B C D解析：当增加某反应物的浓度平衡正向移动，生成物的质量分数可能减小，该反应物的浓度增大；当多种物质作反应物时增加一种反应物浓度，平衡正向移动，该反应物的转化率降低，其余反应物的转化率增大；使用催化剂不改变化学平衡移动的方向。答案：C2 (2008全国理综 ，11)已知：4NH3(g)5O2(g) 4NO(g)6H2O(g)；H1 025 kJ/mol，该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是()解析：由于该反应为放热反应，升高温度平衡左移，NO的含量降低，因此A正确、C错；又由于该反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡左移，因此压强越大，NO的含量越低，故B正确；而催化剂只能提高反应速率，不会引起平衡的移动，因此D正确。答案：C3一定条件下，在可变容积的密闭容器中进行下列可逆反应：S2Cl2(l)Cl2(g) 2SCl2(l)；H51.16 kJmol1浅黄色 鲜红色下列说法正确的是()A达到平衡时，抽出少量氯气，反应混合液颜色变深B单位时间内生成2n mol S2Cl2，同时生成n mol SCl2时，平衡向逆反应方向移动C达平衡时，降低温度，混合液的颜色将变浅D单位时间内有n mol Cl2被还原，同时氧化生成n mol Cl2时，平衡向正反应方向移动解析：抽出Cl2，平衡不移动，混合液颜色不变，A项错误；B项正确；降温，平衡正移，混合液颜色变深，C项错误；n mol Cl2被还原，同时n mol Cl2被氧化，即v正v逆，平衡不移动，故D项错误。答案：B4如下图所示，三个烧瓶中分别充满NO2气体并分别放置在盛有下列物质的烧杯(烧杯内有水)中：在(1)中加入无水CaCl2，在(3)中加入NH4Cl晶体，(2)中不加其他任何物质，发现(1)中红棕色变深，(3)中红棕色变浅，下列叙述正确的是() ACaCl2溶于水时放出热量B烧瓶(1)中气体的压强不变CNH4Cl溶于水时放出热量D烧瓶(3)中气体的压强增大解析：三个烧瓶中都存在如下平衡：2NO2(g) N2O4(g)；H0，(1)中红棕色变深，平衡左移，所以CaCl2溶于水放热，(3)中变浅，平衡右移，说明NH4Cl溶于水时吸热答案：A5. 在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)H0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是()A图研究的是t0时刻增大O2的物质的量浓度对反应速率的影响B图研究的是t0时刻通入氦气增大体系压强对反应速率的影响C图研究的是催化剂对化学平衡的影响，且甲的催化效率比乙高D图研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高思路分析：题目中可以应用的信息主要有：SO2和O2反应生成SO3，Hv(逆)，应是增大体系的压强所致，A项错；图中图像显示v(正)v(逆)都高于原平衡体系，而体系中通入氦气只能增大体系的总压，并未改变各组分的分压，故不影响v(正)、v(逆)，B项错；催化剂只能改变化学反应速率，对化学平衡无影响，因而加入催化剂后，甲、乙能达到同一平衡状态，C项错；图中乙比甲到达平衡所需时间短，其他条件不变时，T(乙)T(甲)，且此反应是Hcd B平衡向右移动C重新达平衡时，A气体浓度增大 D重新达平衡时，D的体积分数减小解析：本题考查平衡移动规律以及浓度概念等知识，同时考查综合分析问题和解决问题的能力以及逆向思维能力。在恒温下密闭容器的容积扩大1倍，则容器的各种气体物质的量浓度各减半，此刻B气体的浓度应为0.3 mol/L，但其实际浓度为0.4 mol/L，说明当容器容积扩大一倍，相当于压强减小化学平衡向气体体积增大的方向移动，B气体的浓度由0.3 mol/L增加到0.4 mol/L，所以化学计量数关系为：abcd，即减小气体压强，平衡向气体体积增大的方向移动。由于在容积扩大一倍时，A气体的浓度将减小，故C项不符合题意。选项D中，由于平衡向逆反应方向移动，D气体的物质的量减小，所以其体积分数也减小。答案：AD9 对可逆反应4NH3(g)5O2(g) 4NO(g)6H2O(g)，下列叙述正确的是()A反应达到平衡时，若两种反应物的转化率相等，则起始投入的n(NH3)n(O2)45B反应达到平衡后，对体系一直进行加压，平衡总是向逆向移动C反应达到平衡时，若向压强固定的密闭容器中充入稀有气体，平衡不移动D当v正(NH3)v正(NO)11时，说明该化学反应已经达到平衡解析：平衡时，反应物的转化率相等，则起始投入量之比应该等于化学计量数之比，故A正确；当加压到一定压强时，气态水变为非气态水，平衡会向正向移动，故B错；充入稀有气体而压强不变，相当于增大容积，平衡向体积增大的方向移动，C错；NH3、NO的正反应速率都是向右方向的速率，平衡与否其反应速率之比都等于化学计量数之比，故D错。答案：A10对于平衡体系：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，下列判断正确的是()A若温度不变将容器的容积增大1倍，达到新平衡时A的浓度变为原来的0.45倍，则mnpqB若平衡时，A、B的转化率相等，说明反应开始时，A、B的物质的量之比为mnC若升高平衡体系的温度，达到新平衡时A的浓度变为原来的0.55倍，说明该反应Hbc，A的转化率增大，相当于题给反应，.若abc，A的转化率减小，相当于反应。本题也可这样理解：在恒温恒容条件下，对反应物只有一种的可逆反应来说，增大反应物浓度，同时反应体系的压强也增大了(这是一个隐含条件)，讨论如下：若压强增大能使平衡移动，且移动方向与增大反应物浓度使平衡移动方向一致，则反应物转化率增大，若方向不一致，则反应物转化率减小。若压强增大不能使平衡移动，则反应物的转化率不变。再结合题目的反应即可判断。答案：D15. 在实验室进行工业合成氨的模拟实验：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H2，则平衡时H2的物质的量小于6 mol，若3a2，则平衡时H2的物质的量等于6 mol，若3a0，请回答下列问题：(1)某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)1 mol/L，c(N)2.4 mol/L；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_；(2)若反应温度升高，M的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)；(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M)4 mol/L，c(N)a mol/L；达到平衡后，c(P)2 mol/L，a_；(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c(M)c(N)b mol/L，达到平衡后，M的转化率为_。解析：(1)M(g)N(g)P(g)Q(g)始态 1 mol/L 2.4 mol/L 0 0变化量 1 mol/L60% 1 mol/L60%因此N的转化率为：100%25%(2)由于该反应的H0，即正反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。(3)根据(1)可求出各平衡浓度：c(M)0.4 mol/Lc(N)1.8 mol/L，c(P)0.6 mol/Lc(Q)0.6 mol/L因此化学平衡常数K由于温度不变，因此K不变，达到平衡后c(P)2 mol/Lc(Q)2 mol/L，c(M)2 mol/Lc(N)(a2)molL1k解得a6(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为：c(M)b(1x)mol/Lc(N)b(1x)mol/L，c(P)bx mol/Lc(Q)bx mol/LK，解得x41%答案：(1)25%(2)增大(3)6(4)41%