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1、考点合成氨条件的选择 - 精品资料高考化学知识点全程讲解作者：日期 :?考点 0 合成氨条件的选择1.复习重点1.如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。2难点聚焦1合成氨条件的选择工业上用 N 2 和 2 合成氨：N 2+3 2NH 3+Q从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率 和降低成本呢？从速率 看 ,温度高、压强大（即 N 、 2浓度大 )都会提高反应速率 ;从化学平衡 看 ,温度低、压强大都有利于提高N 和 H2 的转化率。可见 ,压强增大 ,从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。但从
2、生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。 故一般合成氨厂采用的压强是 2050 P帕斯卡。而温度升高，有利于反应速率但不利于N 2 和 的转化率。如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？选用合适的催化剂能达到这个目的。 那么，较低的温度是低到什么限度呢？不能低于所用催化剂的活性温度。目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂 又称铁触媒。其活性温度为450 55 ,即温度应在 05 0为宜。将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。选择适宜的条件 :根据 N 22N
3、H +Q 这一反应的特点，运用化学反应速率和化学平衡的理论来选择适宜条件。该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。(1)适宜的压强：为何强调适宜?压强越大、有利于NH 3 的合成，但太大，所需动力大，材料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择7 5 10P压强。思考：工业上生产 H2O4: SO2（ g） +O2（）2O3(g)为何不采用加压方法？(因为在常压下 SO2 的转化率已达 91%,不需要再加压 )（）适宜的温度：温度越低越有利于NH 3 的合成，为何还要选择000C 高温？因为温度越低，反应速率越小，达平衡时间长,单位时间产量低 ,另外 5000C 时 ,催化剂活性最大。（）使
4、用催化剂(4)及时分离出 H3，并不断补充 N和 H ( 2 要过量，提高成本较高的H 转化率 )小结 :合成氨的适宜条件：压强 : 050MPa 帕斯卡温度 :50左右催化剂 :铁触媒2合成氨工业简述 . 原料气的制备、净化 制 N2：物理方法 :空气 压 液态空气蒸N2化学方法：空气CO +NN 2制 H2：炭燃（去H2O水蒸气222CO HC+H赤催 化（去反应方程式为：C H O(g） =催CO+HC +H ;CO H2O(g)= =22注意：制得的N2、 需要净化 , 清除杂质 , 以防止催化剂“中毒” 。2合成氨反应的特点化学反应 : 2+3 22NH3; - 2. KJ mol（
5、 1）可逆反应 ; (2 ）正反应是放热反应； (3) 正反应是气体体积缩小的反应。工业合成氨适宜条件的选择在实际生产中 , 需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况以确定最佳的生产条件。,4 图示合成氨的原理3.例题精讲例 1 下列说法 ,能够用勒沙特列原理来解释的是()A. 加入催化剂可以提高单位时间氨的产量B. 高压有利于氨的合成反应C. 00高温比室温更有利于合成氨的反应 .恒温恒容下，在合成氨平衡体系中充入e，使压强增大，则平衡正向移动,NH 增多 解析 A. 加入催化剂只能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，提高“单位时间”的产量不能使化学平衡发生移动。注意：催化
6、剂能相同倍数地改变正、逆反应速率,故而不改变化学平衡状态。, . 合成氨是一个气体体积减小的反应，所以增大压强 ,使平衡正方向移动，有利于合成氨，符合勒沙特列原理。C 因为合成氨是一个放热反应,所以从化学平衡移动角度分析,应采用较低温度。 50高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动。采用500既考虑到温度对速率的影响，更主要的是 00左右催化剂活性最大。 . 恒温恒容下充 He，惰性气体 He 不与 N 、 2、 H3 反应。虽总压强增大了，实际上平衡体系各成分浓度不变（即分压不变)所以平衡不移动 , 3 的产量不变。答案 B点评 勒沙特列原理是说改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变
7、的方法移动。不要混淆影响速率的条件和影响平衡的条件。例 2：合成氨工业中，原料气（ N ， 及少量的 O,NH3 的混合气 ) 在进入合成塔前常用乙酸二氨合铜 ( ）溶液来吸收原料气中 CO,其反应为：C （ H3) 2Ac+CO+NH3Cu(NH3） 3 Ac CO; H(1) 必须除去原料气中 C的原因是什么？(2) 吸收 CO的生产适宜条件是什么 ?(3) 吸收 O后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生, 恢复其吸收CO的能力以供循环使用，再生的适宜条件是什么?解析 合成氨工业中要使用催化剂, 某些物质会使催化剂的活性降低甚至消失，从而发生催化剂中毒。故必须除去原料气中CO。根据吸收原料气
8、中O的反应方程式: u(NH ) 2Ac CO+NHCu(NH3) 3Ac CO； H可知 , 加压和采取较低的温度可使平衡向正反应方向移动, 有利于 C的吸收。 要使吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生, 恢复其吸收CO的能力以供循环使用, 只要使平衡向逆反应方向移动即可。答案 :(1 ）防止催化剂中毒;(2) 低温、高压；( ) 高温、低压。 点评 在实际工业生产过程中，适宜生产条件的选择需要考虑反应速率、化学平衡、 原料选择、产量和设备等多方面因素。例 3 温度、催化剂不变，向某一固定体积的密闭容器内按下列各组物质的量加入 H2、 N 、NH ，反应达平衡时 ; 氨气浓度最大的一
9、组是 ( ）BCDH 2613.5N 201 . H 3025 分析 2 H2+3 2根据反应“一边倒”换算?B026+1 7?C23 3. =6.5D021. 5 .5由此可知，符合题意的是 解答 B 小结 可逆反应 , 在条件相同时 ( 等温等容） , 若达到等同平衡 , 其初始状态必须能互变，从极限角度看 , 就是各物质的物质的量要相当. 因此可以采用一边倒的原则来处理以下问题： ?(1 ）化学平衡等同条件（等温等容） A（ ) bB(g ）cC(g)始b0平衡态?始00平衡态始 x为了使平衡根据“一边倒”原则, 即可得z平衡态x+az ax + z=1cacyb z=bcnbzc=1例
10、 4 合成氨工厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮的转化率。 某工厂测得合成塔中 N2、 H2 混合气体的密度为 0.553 L( 标准状况），从合成塔中出来的混合气体在相同条件下密度为 9 L( 标准状况 ) 。求该合成氨厂 N2 的转化率。 解析 由于题目中没有告诉起始物质的量，也没有说明 N2、 H 2 是按化学方程式中物质的计量数投放物料， 因此部分学生就假设 N 为 1mo H2 为 mol, 进行解题 ,依据是不足的。 故本题解答时只能设反应前混合气体中氮气的物质的量分数为x,氢气物质的量分数为(1-x) ，依题意得 :28x 2(1 x)=0 5 3 2. 设起始有氮气2m
11、ol ,氢气为 3m l ，氮气转化的物质的量为，2+3H2 NH3起始物质的量转化物质的量平衡物质的量n 总 =(2-y)mo mol3ol0 lymol ymo2 l2 ymol-3ym +(3 )mol+2 l (5-2y ） ol2ym l根据反应前后气体质量守恒可知解得y 0 5m 答案 % 点评本题是一道化学平衡综合计算题 , 考查学生综合计算的解题能力。正确的计算方法应是先由两种混合气体的密度 ,分别计算出反应前后两种混合气体的平均式量，由氢氨混合气的平均式量求出反应气体中氢气、氮气的体积比,再按合成氨化学反应中有关起始，转化、平衡物质的量的关系及平衡时混合气体的平均式量,从而求
12、出氮气的转化率。4实战演练一、选择题1下列有关合成氨工业的叙述 ,可用勒夏特列原理来解释的是()使用铁触媒 ,使 N 2 和混合气体有利于合成氨B.高压比低压条件更有利于合成氨的反应C.5 0左右比室温更有利于合成氨的反应D.合成氨时采用循环操作,可提高原料的利用率2对于可逆反应： N ( ) + 3H （ g）2NH(） (正反应为放热反应）。下列说22法中正确的是（)A 达到平衡时，3 的生成速率等于H3 的分解速率B达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等C达到平衡时， 若加入 N2,在重新达平衡时 ,N 3 的浓度比原平衡时增大， H2 的浓度比原平衡时减小D.达到平衡时，若升高温度
13、,加快了吸热反应的速率 ,降低了放热反应的速率，所以平衡向逆反应方向移动3.工业上合成氨时一般采用0左右的温度，其原因是()适当提高氨的合成速率提高 H2的转化率提高氨的产率催化剂在 5 0时活性最大A 只有CD4将22的混合气体通入合成塔中,经过 1 个小时达到平衡 ,此时 N23的浓度和 N、 、NH分别为3、7、（单位均为mol L），则以下叙述正确的()N 的反应速率为l/(L h) H的反应速率为7 mol ( )H 的起始浓度为13mol/L 2 起始浓度为2 m l/ 2 的转化率为4 .2%.B. CD.5有平衡体系： O(） +2H 2(g)CH (g)( 正反应为放热反应)
14、,为了增加甲醇的产量，工厂应采取的正确措施是(）高温、高压B 适宜温度、高压、催化剂.低温、低压低温、高压、催化剂6.二氧化氮存在下列平衡 :2NO 2（ g)N2O4(g）（正反应为放热反应）。在测定NO 2 的相对分子质量时，下列条件中较为适宜的是(）、温度1、压强 3.03 105PaB、温度 25、压强 . 1 105 aC、温度130、压强 5.05 104D 、温度 0、压强 5.05 04Pa7 在 N2 +3H 22N 3 的平衡体系中,当分离出 NH 时，下列说法中正确的是（）正反应速率增大平衡向逆反应方向移动正反应速率大于逆反应速率 .逆反应速率先变小后变大8合成氨所需的氢
15、气由煤和水发生反应制得，其中一步反应为：CO + H 2O(g)CO 2 + H 2(正反应为放热反应)。要使 C转化率提高 ,（)A 增大 (）的浓度增大 CO 的浓度C.降低温度D增大压强二、填空题1一定温度下某密闭容器中进行反应：N 2 +H2N 3 ,达平衡后保持容器体积一定,通入 N2,平衡移动。保持容器体积一定,通入 Ar, 平衡移动。保持容器压强一定，通入Ar, 平衡移动。保持容器体积一定， 通入、 3，使浓度都变为原来的2 倍，平衡移、H动。在一定条件下，1mo N2 和 3m l 2 混合后反应 ,达到平衡时测得平衡混合物的密度是同温同压下氢气的5 倍，则氮气的转化率是。若在
16、同一个容器中，在相同的温度下，向容器中充入N 3,为使达到平衡时各成分的百分含量与上述平衡时相同，则起始时充入的NH 的物质的量为。三、计算题恒温下 ,将 amol 2 与 bmo H 2 的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中,发生如下反应： N 2（ g） 3 2(g)2NH (g)（ 1) 若反应进行到某时刻时， nt(N ) mol， t( H ） =6mo ,计算 a 的值。（ 2）反应达平衡时 ,混合气体的体积为 768L(标准状况下 )，其中 NH 3 的含量（体积分数）为 25。计算平衡时 N 的物质的量。（ )原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比（写出最简整数比,下同 ),n（始） n(平）。(4）原混合气体中,a b。(5) 达到平衡时 ,N和 H2 的转化率之比，(N 2） (H 2） =。（6）平衡混合气体中 , ( )n(H 2） n（ NH 3)=。参考答案一、选择题 . BD 2. A3. 4 C5 B6 C 7. CD8. AC二、填空题1.向右、不、向左、向右 .30 、 2 ol三、计算题（ 1） a（ 2)8 ol(3） 5：4（） 2： 3