高考化学考点解析全程复习考点：合成氨条件的选择教案

高考化学考点解析全程复习考点：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

工业上用用和H这成氨：

N2+3H22NH3+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、％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N2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20~50MPa帕斯卡。

而温度升高，有利于反应速率但不利于N2和比的转化率。

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450C

~550℃,即温度应在450~550℃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?2NH3+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N%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2X107~5xl（）7pa压强。

思考：工业上生产H2so4：2so2（g）+O2（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NH.；的合成，为何还要选择500°C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500°C时，催化剂活性最大。

（3）使用催化剂

（4）及时分离出NM，并不断补充N2和H2（N2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：20~50MPa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

①制瓯压缩蒸发

物理方法：空气—一液态空气一一N2

化学方法：炭之一CO2+N2N2

燃烧（去CO2）

②制H：

H2O

水蒸气CO+H?CO2+H2iL

赤热炭

催化剂aco2)

反应方程式为:

△催化剂

C+HaO(g)====CO+H2；CO+H2O(g)====CO2+H2

△

注意：制得的电比需要净化，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：N2+3H2-^2NFh;AH=-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。

对化学反对平衡混合物中

反应条件应速率的NH?含量体积分合成氨条件的选择

影响数）的影响

压强增大，有利于氨的合成、但需

有利于增有利于提高平衡

要的动力大,对材料、设备等要求

增大压强大化学反混合

也高.因此，工业上一般采用

应速率物中NH?的含量

20MPa—50Mpa的压强

温度升高，化学反应速率增大,但

不利于提高平衡混合物中NH的

有利于增不利于提高平衡3

含量，因此合成氨时温度要适宜。

混合物中的

升高温度大化学反NH3

工业上一般采用500℃左右的温

应速率含量

度，在这个温度时＞催化剂的活性

最大

有利于增

使用工业上一般采用铁触媒，使反应能

大化学反没有影响

催化剂在较低温度下较快地进行

应速率

4.图示合成氨的原理

平衡向右边移动

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，NH3

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.舐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•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。500C

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500C左右催化剂活性最大。

D.恒温恒容下充He,惰性气体He不与N2、H,sNH3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，N%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(Nz,出及少量的CO,NH,的混合气)在进入合成塔前常用

乙酸二氨合铜(I)溶液来吸收原料气中CO,其反应为：

［CU(NH3)2AC］+CO+NH3^=I［CU(NH3)3］AC•CO；AH<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？

［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。根据吸收原料气中CO的反应方程式：

［Cu(NH3)2Ac］+CO+NH:i?=i［Cu(NHa)3］Ac•CO；AH<0

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上、收、

NH3,反应达平衡时；氨气浓度最大的••组是()

ABCD

613.55

H2

2011.5

N2

NH30421

［分析］2NH3V=N2+3H2.根据反应“一边倒”换算.

B026+1=7

C023+3.5=6.5

D021.5+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•边倒的原则来处理以

下问题：令

(1)化学平衡等同条件(等温等容)

aA(g)+bB(g)cC(g)

①始ab0平衡态I

②始00c平衡态H

③始Xyz平衡态HI

为了使平衡in=11=i

根据“一边倒”原则，即可得

,ax.z.

x+—z=a—+—=1

cac

y+—z=b—+—=1

cbc

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

中收、上混合气体的密度为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N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、也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N2为ImolH,为3mol,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(l-x)=0.5536X22.4

r042

・a==一

UQfi3

设起始有氮气2mol,氢气为3mol,氮气转化的物质的量为y,

N2+3H2w2NH,3

起始物质的量2mol3molOmol

转化物质的量ymol3ymol2ymol

平衡物质的量2-ymol3-3ymol2ymol

n总二(2-y)mol+(3-3y)mol+2ymol=(5-2y)mol

根据反应前后气体质量守恒可知

28X2+2*3

5^-=0.693X2Z4

解得y=0.5mol

用的传It率为xIOOX-25%

［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

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：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）（正反应为放热反应）。下列说法中正确的

是（）

A.达到平衡时，N%的生成速率等于NH3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，NH3的浓度比原平衡时增大，氏的浓度比

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（）

⑴适当提高氨的合成速率⑵提高H2的转化率

⑶提高氨的产率⑷催化剂在500℃时活性最大

A.只有⑴B.⑴⑵C.⑵⑶⑷D.（1）（4）

4.将H2和N2的混合气体通入合成塔中，经过1个小时达到平衡，此时N2、玲、NH3的浓

度分别为3、7、4（单位均为mol/L）,则以下叙述正确的（）

①N2的反应速率为2mol/（L«h）②H2的反应速率为7mol/（L-h）③的起始浓度为13moi/L

④N2起始浓度为2mol/L⑤H2的转化率为46.2%

A.①②B.②⑤C.①③⑤D.②④

5.有平衡体系：CO（g）+2H2（g）4^CH30H（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：2NCMg）^^N?04（g）（正反应为放热反应）。在测定NO?的相

对分子质量时，下列条件中较为适宜的是（）

A、温度130℃、压强3.03Xl（）5paB,温度25℃、压强l.OlXlCppa

C、温度130℃、压强5.05Xl（y*PaD、温度0℃、压强5.05义l（/pa

7.在N?+3H2=^2N%的平衡体系中，当分离出N4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+H2O（g）CC>2+H2（正反应为放热反应）。要使CO转化率提高，（）

A.增大H2O（g）的浓度B.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：N2+3H2?=^2NH3,达平衡后

①保持容器体积一定，通入N2,平衡移动。

②保持容器体积一定，通入Ar,平衡移动。

③保持容器压强一定，通