第四节 化学反应的调控
于正题组一 合成氨反应适宜条件的选择
1.1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。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
2.在合成氨工业中,为增加NH3的日产量,实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是( )
A.不断将氨分离出来
B.使用催化剂
C.采用700 K左右的高温而不是900 K的高温
D.采用1×107~3×107 Pa的压强
答案 B
解析 把氨分离出来是减小生成物浓度,有利于平衡右移;合成氨反应是放热反应,相对较低温度(700 K)利于反应向右进行,同时该反应是气体物质的量减小的反应,尽可能采取
高压利于正反应的进行,A、C、D都符合平衡移动原理,而使用催化剂仅是为增大反应速率,与平衡移动无关。
3.下列有关合成氨工业的说法中,正确的是( )
A.从合成塔出来的混合气体中,其中NH3只占15%,所以合成氨厂的产率都很低
B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说合成氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动
D.合成氨厂采用的压强越大,产率越高,无需考虑设备、条件
答案 B
解析 合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时,原料的转化率并不高,但生成的NH3分离,再将未反应的N2、H2循环利用,这样处理后,可使氨的产率较高,A项错误、B项正确;合成氨工业选择400~500 ℃的温度,主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑,合成氨的反应是放热反应,低温才有利于平衡向正反应方向移动,C项错误;不论从反应速
率还是化学平衡考虑,高压更有利于合成氨,但压强太大,对设备、动力的要求更高,因此选择10~30 MPa,D项错误。
4.下列有关合成氨工业的说法中正确的是( )
A.铁作催化剂可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
B.升高温度可以加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
C.增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间
D.合成氨采用的压强是1×107~3×107 Pa,因为该压强下铁触媒的活性最高
答案 C
解析 催化剂可以改变反应速率,但不能使平衡移动,只能缩短反应达到平衡所需的时间,A项错误;升高温度可以加快反应速率,但合成氨反应是放热反应,因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动,B项错误;增大压强反应速率加快,C项正确;催化剂的活性取决于温度的高低,而非取决于压强的大小,D项错误。
题组二 化工生产适宜条件的选择
5.合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得,其中有一步反应为CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0。欲提高CO的利用率,可采用的方法是( )
①降低温度 ②增大压强 ③使用催化剂 ④增大CO的浓度 ⑤增大水蒸气的浓度
A.①②③ B.④⑤ C.①⑤ D.②⑤
答案 C
解析 增大压强,平衡不移动;增大CO的浓度,平衡向右移动,但CO的转化率降低;使用催化剂,平衡不移动,CO的转化率不变;降低温度或增大水蒸气的浓度,平衡均向右移动,CO的转化率增大。
6.据报道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实:2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列叙述错误的是( )
A.使用CuZnFe催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
答案 B
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。
题组三 合成氨反应的图像题
7.某密闭容器中发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是( )
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