第三节化学反应条件的优化工业合成氨

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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[NO2][N2O4]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1∶2混合于一密闭容器中,并加压到3×107Pa时达到平衡状态。此时反应物、生成物的物质的量之比为6∶1,则此时对应于图中的温度应为()A.100℃B.200℃C.300℃D.400℃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/mol120转化/molx2x2x平衡/mol1-x2-2x2x所以有2x3-3x=16,x=0.2mol。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,c(H+)c(ClO-)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Cl2+H2OH++Cl-+HClO,HClOH++ClO-,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,c(H+)c(ClO-)增大;SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4,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()A.T1T2,ΔH0B.T1T2,ΔH0C.T1T2,ΔH0D.T1T2,ΔH0解析:从图像上可以看出,T2达到平衡所用的时间短,因此T2的温度高,即T2T1。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ΔH0。答案:D6.在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合气体中氨的体积分数为25%,若反应前后条件不变,则反应后缩小的体积与原反应物体积的比值为()A.1/5B.1/4C.1/3D.1/2解析:由合成氨的反应N2(g)+3H2(g)2NH3可知:反应过程中缩小的体积等于生成的氨的体积,若设反应前气体的总体积为V,达到平衡后有x体积的N2转化,则生成氨的体积为2x,气体的总体积为V-2x,据题意知:2xV-2x×100%=25%,解得:2xV=15。答案:A7.(2009·广东单科,7,有改动)难挥发性二硫化钽(TaS2)可采用如下图所示装置提纯。将不纯的TaS2粉末装入石英管一端,抽真空后引入适量碘并封管,置于加热炉中。反应如下:TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g)下列说法正确的是()A.在不同温度区域,TaI4的量保持不变B.在提纯过程中,I2的量不断减少C.在提纯过程中,I2的作用是将TaS2从高温区转移到低温区D.该反应的平衡常数与TaI4和S2的浓度乘积成反比解析:A项,TaI4主要存在于高温区;B项,在提纯过程中,I2的量应基本保持不变;D项,该反应的平衡常数为:K=[TaI4]·[S2][I2]2。答案:C8.在一定条件下,xA+yBzC的可逆反应达到平衡:(1)已知A、B、C都是气体,在减压后平衡向逆反应方向移动,则x、y、z的关系是:____________。(2)已知C是气体,且x+y=z,在加压时,如果平衡发生移动,则平衡必向________方向移动。(3)已知B、C是气体,现增加A物质的量(其他条件不变),平衡不移动,则A是______态。(4)加热后C的质量分数减少,则正反应是________热反应。解析:(1)减压平衡向化学计量数增大的方向移动,则x+yz。(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)x+yz(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2amol的P、Q、R、S在一密闭容器中混合,发生如下反应:xP+yQzR+wS。达到平衡后,测得n(P)=amol,n(Q)=3a2mol,n(R)=7a2mol,n(S)=3amol,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x=2,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2amol,则该反应的正反应为________热反应。解析:(1)xP+yQzR+wS始/mol:2a2a2a2a平/mol:a32a72a3a变/mol:aa232aax∶y∶z∶w=a∶a2∶32a∶a=2∶1∶3∶2,由x=2得z=3,w=2。(2)P的转化率为a2a×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5∶2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:αA=________,αB=________。(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520变化量2xx3x平衡量5-2x2-x3x由已知得3x5-2x+2-x+3x×100%=60%x=1.4,所以αA=2×1.45×100%=56%αB=1.42×100%=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)+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)M=5MA+2MB7(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()①生成物的质量分数一定增加②生成物产量一定增加③反应物的转化率一定增大④反应物的浓度一定降低⑤正反应速率一定大于逆反应速率⑥一定使用催化剂A.①②③B.③④⑤C.②⑤D.④⑥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Ⅰ,11)已知:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g);ΔH=-1025kJ/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);ΔH=-51.16kJ·mol-1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2nmolS2Cl2,同时生成nmolSCl2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nmolCl2被还原,同时氧化生成nmolCl2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;nmolCl2被还原,同时nmolCl2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()A.CaCl2溶于水时放出热量B.烧瓶(1)中气体的压强不变C.NH4Cl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);ΔH0,(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(

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