考点30合成氨条件的选择--高考化学知识点全程讲解

1、450知识点大全考点 30 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。2. 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 H2 合成氨：N2+3H 22NH 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N2、 H2 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 2 和 H 2 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。但从生产实际考虑，压强越大， 需要的动力越大，对材料

2、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2050MPa 帕斯卡。而温度升高，有利于反应速率但不利于N2和 H2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550，即温度应在 450550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 N2+3H 2 2NH 3+Q 这一反应的特点，运用化学反应速率

3、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2× 1075× 107Pa 压强。思考：工业上生产H 2SO4： 2SO2(g)+O 2(g)2SO3(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）（ 2）适宜的温度：温度越低越有利于NH3 的合成，为何还要选择5000C 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

4、大。（ 3）使用催化剂（ 4）及时分离出NH 3，并不断补充N2 和 H2（ N2 要过量，提高成本较高的H2 转化率）小结：合成氨的适宜条件：压强： 2050MPa 帕斯卡温度： 500左右催化剂：铁触媒2合成氨工业简述1原料气的制备、净化 制N：压缩蒸发2物理方法：空气液态空气N2化学方法：空气CO 2 +N2N2炭（去 CO2）制 H2：燃烧H2O水蒸气 CO+H+HH2CO222赤热炭（去 CO2）催化剂知识点大全反应方程式为：催化剂CO+HC+HO（ g） =CO+H ； CO+HO（g） =22222注意：制得的N2、 H2 需要净化，清除杂质，以防止催化剂“中毒”。2. 合成氨反

5、应的特点化学反应： N2+3H22NH3 ; H=-92.4KJ/mol（ 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。3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. 500高温比室温更有利于合成氨的反应D. 恒温恒容下，在合成氨平衡体系中充入 He，使压强增大，则平衡正向移动， NH 3 增多解析 A. 加入催化剂只能加快反应速率，

6、缩短到达平衡的时间，提高“单位时间”的产量，知识点大全不能使化学平衡发生移动。注意：催化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。B. 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。 500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 500左右催化剂活性最大。D. 恒温恒容下充 He，惰性气体 He 不与 N 2、H2、NH 3 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

7、，NH 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 (N2， H2 及少量的 CO，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：Cu(NH3) 2Ac+CO+NH3Cu(NH3) 3Ac · CO； H<0(1) 必须除去原料气中 CO的原因是什么？(2) 吸收 CO的生产适宜条件是什么？(3) 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，再生的适宜条件是什么？

8、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，剂中毒。故必须除去原料气中CO。根据吸收原料气中CO的反应方程式：Cu(NH3) 2Ac+CO+NH3Cu(NH3) 3Ac · CO； H<0从而发生催化可知，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CO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；(3) 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

9、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、 N2、NH3，反应达平衡时；氨气浓度最大的一组是（）ABCDH 2613.55N 22011.5NH 30421分析 2NH 3N23H2 .根据反应“一边倒”换算 .B026 17C023 3.56.5D021.5 5 6.5由此可知，符合题意的是B.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）aA(g) bB(g) cC(g)始 ab0平

10、衡态始 00c平衡态始 xyz平衡态知识点大全为了使平衡根据“一边倒”原则，即可得x a z ax z 1cacy b z bn z 1cbc例 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 0.5536g/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 0.693g/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 2 为 1molH 2 为 3mol，进行解题，依据是不足的。故本题

11、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)=0.5536 × 22.4设起始有氮气 2mol，氢气为 3mol，氮气转化的物质的量为y，N2+ 3H22NH3起始物质的量2mol3mol0mol转化物质的量ymol3ymol2ymol平衡物质的量2-ymol3-3ymol2ymoln 总 =(2-y)mol+(3-3y)mol+2ymol=(5-2y)mol根据反应前后气体质量守恒可知解得y=0.5mol 答案 25%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

12、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（）A 使用铁触媒，使N2 和 H2 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知识点大全C 500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 2(g) + 3H 2(g)2NH 3(g) ( 正反应为放热反应 )。下列说法中正确的是（）A 达到平

13、衡时， NH 3 的生成速率等于NH 3 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，NH 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，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500左右的温度，其原因是（）适当提高氨的合成速率提高 H 2 的转化率提高氨的产率催化剂在 500时活性最大A 只有B CD 4将 H 2 和 N 2 的混合气体通入合成塔中，经过1 个小时达到平衡，此时N2、H2、 NH 3 的浓度分别为 3、 7、 4（单位均为 mol/L ），则

14、以下叙述正确的（）N 2 的反应速率为2mol/(L ·h) H 2 的反应速率为 7 mol/(L ·h) H2 的起始浓度为 13mol/LN 2 起始浓度为 2 mol/L H 2 的转化率为 46.2%A B CD5有平衡体系： CO(g)+2H 2(g)CH 3OH(g) （正反应为放热反应），为了增加甲醇的产量，工厂应采取的正确措施是（）A. 高温、高压B. 适宜温度、高压、催化剂C.低温、低压D. 低温、高压、催化剂6二氧化氮存在下列平衡：2NO 2(g)N 2O4(g) （正反应为放热反应）。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中较为适宜的是（）A 、温度

15、 130、压强 3.03× 105PaB、温度 25、压强 1.01×105PaC、温度 130、压强 5.05× 104PaD 、温度 0、压强 5.05×104Pa7在 N2 +3H 22NH 3 的平衡体系中， 当分离出 NH 3 时，下列说法中正确的是 （）A 正反应速率增大B平衡向逆反应方向移动C正反应速率大于逆反应速率D 逆反应速率先变小后变大8合成氨所需的氢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 CO 转化率提高，（）A 增大 H 2O(g) 的浓度B 增大 CO 的浓

16、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 +3H 22NH 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 N2、H 2、NH 3，使浓度都变为原来的2 倍，平衡移动。2在一定条件下，1molN 2 和 3molH 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。若在同一个容器中，在相同的温度下，向容器中充入NH 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 3 的物质的量为。知识点大全三、计算题恒温下，将amolN 2 与bmolH 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)+3H 2(g)2NH 3(g)（ 1）若反应进行到某时刻 t 时， nt（ N2）=13mol ，nt（ NH 3） =6mol ，计算 a 的值。（ 2）反应达平衡时，混合气体的体积为 716.8L （标准状况下） ，其中 NH 3 的含量（体积分数）为 25%