可逆反应N$_2$(g)+3H$_2$(g)⇌2NH$_3$(g),△H=-Q kJ/mol(Q>0).有甲、乙两个容积相同且不变的密闭容器,向甲容器中加入1molN$_2$和3molH$_2$,在一定条件下达到平衡时放出热量为Q$_1$kJ;在相同条件下,向乙容器中加入2molNH$_3$达到平衡后吸收热量为Q$_2$kJ,已知Q$_1$=4Q$_2$.下列叙述不正确的是( )
分析:
A、由于1molN$_2$和3molH$_2$完全反应可以生成2molNH$_3$,所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的,即对应气体的浓度完全相同. 对于同一可逆反应,相同条件下,正反应的反应热与逆反应的反应热,数值相等,符号相反,N$_2$和H$_2$完全反应时放热Q,则NH$_3$完全分解时吸热也是Q,
根据三段式利用x表示出平衡时甲容器内反应混合物各组分的物质的量为 N$_2$(1-x )mol、H$_2$(3-3x )mol、NH$_3$2xmol,放出热量Q$_1$=xQkJ;
则乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为 N$_2$(1-x )mol、H$_2$(3-3x )mol、NH$_3$2xmol,所以分解的NH$_3$的物质的量为(2-2x)mol,吸收热量(1-x)QkJ,利用Q1=3Q$_2$,列放出求出x的值,转化的N$_2$为x,利用转化率定义计算.
B、达到的平衡是相同平衡;
C、依据平衡常数和浓度商比较判断;
D、反应热是全部反应时放出的热量.
解答:
解:A、由于1molN$_2$和3molH$_2$完全反应可以生成2molNH$_3$,所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的,即三种气体的浓度完全相同,对于同一可逆反应,相同条件下,正反应的反应热与逆反应的反应热,数值相等,符号相反.N$_2$和H$_2$完全反应时放热Q,则NH$_3$完全分解时吸热也是Q,
假设甲容器中的参加反应的氮气的物质的量为xmol,所以:
对于甲容器: N$_2$(g)+3H$_2$(g)⇌2NH$_3$(g)△H=-QkJ/mol
起始(mol):1 3 0
变化(mol):x 3x 2x
平衡(mol):1-x 3-3x 2x
所以Q$_1$=xQkJ,
乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为N$_2$(1-x )mol、H$_2$(3-3x )mol、NH$_3$2xmol,所以分解的NH$_3$的物质的量为(2-2x)mol,
对于乙容器:2NH$_3$(g)⇌N$_2$(g)+3H$_2$(g)△H=+QkJ/mol,故吸收的热量Q$_2$=$\frac {2-2x}{2}$×QkJ=(1-x)QkJ,
所以4(1-x)Q=xQ,解得x=0.8,所以N$_2$的转化率为$\frac {0.8}{1}$×100%=80%,NH$_3$的转化率为$\frac {2-2x}{2}$=20%,故A正确;
B、甲乙容器中达到的平衡是相同平衡,所以氨气的体积分数相同,故B正确;
C、依据A分析计算得到平衡物质的量N$_2$为0.2mol,H$_2$为0.6mol,NH$_3$为1.6mol,再向乙中加入0.2mol N$_2$(g)、0.6mol H$_2$(g)和1.6mol NH$_3$(g),相当于增大压强,平衡正向进行,故C正确;
D、反应是可逆反应,乙中反应的热化学方程式为2NH$_3$(g)⇌N$_2$(g)+3H$_2$(g)△H>+Q$_2$kJ/mol,故D错误;
故选D.
点评:
本题考查化学平衡的分析判断,平衡状态特征的分析应用,等效平衡的判断转化率计算是解题关键,题目难度较大.
下列事实不能用化学平衡原理解释的是( )
分析:
勒夏特列原理为:如果改变影响平衡的条件之一,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动.使用勒夏特列原理时,该反应必须是可逆反应,否则勒夏特列原理不适用,催化剂能加快反应速率,与化学平衡移无关.
解答:
解:A、工业合成氨时温度控制在500℃能极大加快反应速率,化学平衡逆向移动,不能用勒夏特列原理解释,故A正确;
B、氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,该反应存在溶解平衡,饱和食盐水中含有氯化钠电离出的氯离子,饱和食盐水抑制了氯气的溶解,所以实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气,能用勒夏特列原理解释,故B错误;
C、打开碳酸饮料后,瓶中马上泛起大量泡沫,是压强对其影响导致的,且属于可逆反应,能用勒夏特列原理解释,故C错误;
D、根据平衡:2SO$_2$+O$_2$$\xlongequal[△]{催化剂}$2SO$_3$,过量的氧气可以使化学平衡正向移动,提高SO$_2$的利用率,能用勒夏特列原理解释,故D错误;
故选A.
点评:
本题考查了勒夏特列原理的使用条件,难度不大,注意使用勒夏特列原理的前提必须是可逆反应.
下列事实,不能用勒夏特列原理解释的是( )
分析:
勒夏特列原理为:如果改变影响平衡的条件之一,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动.使用勒夏特列原理时,该反应必须是可逆反应,否则勒夏特列原理不适用.
解答:
A、氨水中加酸,平衡正向移动,NH$_4$_的浓度增大,故A正确;
B、分离出氨气,平衡正向移动,提高反应物的转化率,故B正确;
C、饱和食盐水中氯离子浓度达最大值,使平衡Cl$_2$+H$_2$O⇌H_+Cl_+HClO平衡逆向移动,减少氯气的溶解,故C正确;
D、合成氨正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,不符合勒夏特列原理,故D错误;
故选D.
点评:
本题考查了勒夏特列原理的使用条件,难度不大,注意把握影响平衡移动的因素以及使用勒夏特列原理的前提.
工业上合成氨的反应,除了用铁触媒作催化剂外,对温度和压强的选择正确的是( )
分析:
根据影响化学反应速率的因素:温度、浓度、压强、催化剂、接触面积;影响化学平衡移动的因素:温度、浓度、压强等知识结合实际工业生产来回答.
解答:
解:工业上合成氨的生产中采用400~500℃的高温,原因之一是考虑催化剂的活性,其二是为了提高反应速率,缩短达到平衡的时间;采用30~50MPa的压强,是为了保证较高的反应速率和较高的产率以及设备的耐压程度来考虑的.
故选B.
点评:
本题考查学生影响化学反应速率、以及化学平衡移动的因素,结合工业合成氨知识来考查,使得化学和实际联系更密切,难度不大.
(多选)从勒夏特列原理分析,有利于 N$_2$和H$_2$化合生成NH$_3$ 的条件( )
分析:
勒夏特列原理为:如果改变影响平衡的条件之一,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动,据此分析.
解答:
解:合成氨反应为N$_2$+3H$_2$⇌2NH$_3$,该反应为放热反应,所以增大压强平衡正移,降低温度平衡正移,有利于生成氨气,
故选AC.
点评:
本题考查了勒夏特列原理应用,难度不大.
下列事实不能用勒夏特列原理来解释的是( )
分析:
首先明确勒夏特列原理是判断影响平衡移动的因素的改变对平衡移动的影响,如果条件改变不影响平衡移动就不能用其解释.
解答:
解:A、加压能够使二氧化硫的催化氧化向条件减小的正反应方向移动,故A正确;
B、过量空气能够使反应物更多的转化为生成物,故B正确;
C、催化剂不影响平衡移动,故C错误;
D、合成氨是吸热反应,温度过高使平衡向吸热的逆向移动,故D正确;
故选C.
点评:
本题考查了勒夏特列原理的利用,注意影响平衡移动的因素只有温度、浓度、压强.
下列有关工业合成氨的说法不能用平衡移动原理解释的是( )
分析:
平衡移动原理为:如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动,平衡移动原理适用的对象应存在可逆过程,如与可逆过程无关,则不能用平衡移动原理解释,平衡移动原理对所有的动态平衡都适用,据此进行判断.
解答:
解:A.增大氮气和氢气的浓度,反应物浓度增大,化学平衡向着正向移动,所以可以用平衡移动原理解释,故A错误;
B.N$_2$+3H$_2$⇌2NH$_3$是一个反应前后气体体积减小的可逆反应,增大压强,平衡正向移动,所以可以用平衡移动原理解释,故B错误;
C.将氨液化分离,降低生成物浓度,平衡正向移动,所以可以用平衡移动原理解释,故C错误;
D.催化剂只改变化学反应速率,不改变平衡移动,使用铁触媒不能用平衡移动原理解释;且该反应为放热反应,温度越低越有利于平衡向着正向移动,所以该条件不能用平衡移动原理解释,故D正确;
故选D.
点评:
本题考查化学平衡移动原理,为高频考点,题目难度中等,明确化学平衡移动原理内涵及适用范围是解本题关键,注意平衡移动原理只适用于“改变条件时能引起平衡移动的化学反应”.
下列关于工业合成氨的叙述正确的是( )
分析:
A、合成氨反应为放热反应;
B、正反应是气体体积缩小的反应,所以增大压强平衡正移;
C、减少生成物的浓度平衡正向移动;
D、增加一种反应物的浓度提高另一种物质的转化率,而本身转化率降低.
解答:
解:A、合成氨反应为放热反应,温度较高不利于提高原料利用率,故A错误;
B、催化剂和高压能加快反应速率,增大压强平衡正移,催化剂对平衡无响应,故B错误;
C、减少生成物的浓度平衡正向移动,所以将NH$_3$液化分离,可提高N$_2$、H$_2$的转化率,故C正确;
D、增加一种反应物的浓度提高另一种物质的转化率,而本身转化率降低,所以合成氨工业中为了提高氢气的利用率,可增加氮气的浓度,故D错误;
故选C.
点评:
本题考查了合成氨条件的选择,侧重于催化剂和压强对速率和平衡的影响,题目较简单.
工业上合成氨时一般采用700K左右的温度,其原因是( )
①提高合成氨的速率 ②提高氢气的转化率③提高氨的产率 ④催化剂在700K时活性最大.
分析:
N$_2$+3H$_2$⇌2NH$_3$ △H<0,该反应是放热的可逆反应,要使平衡向正反应方向移动,应降低温度,但温度过低反应速率过小,不利于工业生成效益;温度越高,反应速率越大,所以应适当升高温度,使反应速率增大;使用催化剂也能增大反应速率,但在700℃左右时催化剂的活性最大,所以选择采用700℃左右的温度,以此解答.
解答:
解:合成氨发生:N$_2$+3H$_2$⇌2NH$_3$ △H<0,
升高温度可增大反应速率,提高产量,故①正确;
该反应的正反应为放热反应,升高温度不是提高氢气的转化率,或氨气的产率,故②③错误;
该温度时,催化剂的活性最大,有利于增大反应速率,提高产量,故④正确.
故选D.
点评:
本题考查化学平衡知识,侧重于化学与生产的关系的考查,有利于培养学生的良好科学素养和提高学习的积极性,难度不大.