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1、第四节 合成氨条件的选择日期：2007-04-05来源： 作者：字体：大 中小【目的和要求】1 、认识合成氨反应的特点，能应用化学反应速率和化学平衡理论选择合成 氨的适宜条件。2、了解合成氨生产的简单流程。【方法指导和教材延伸】一、合成氨适宜条件的选择：合成氨反应彳92.4KJ是一个正反应气体体积缩小且放热的可逆反应。要提高合成氨的产率，对反应条件的选择，需要结合影响化学反应速率及化学平衡的条件和其他因素综合考虑，各方面兼顾。化学反应速率化学平衡移动力向适宜条件的选择增加增大正N、H及浓度之比为反应反应速平衡向正反1:3并及时补充N物浓率应力向移动和H2。度减少减小逆使气态NH艾为液生成反应速
2、平衡向正反态NH,及时从平衡物浓率应力向移动混合物中分离出度来。考虑生产中动力，增大正、平衡向生成设备材料等因素一增大逆反应氨的方向移般采用压强速率动帕升高增大正、平衡向逆反结合考虑催化剂的温度逆反应应力向移动最佳催化活性，通速率常控制温度500 c使用增大正、不影响化学催化逆反应平衡，但减少选用铁触媒剂速率达到平衡的时间、合成氨生产的主要流程:原总结：&)步料制备N2分离液态空气。Hf一丫燃产与小蒸气：(2)不诊虢应的拣 cd可也出应;正反应是气体体积减小的反应；正反应为放热反应。(3)工业生产要求： 反应速率快；NH3产量高。(4)解决方法一一即条件的选择为加快反应速率：C (反)TPT
3、T t加适当催化剂。NH3产率高：即应使平衡正向移动。C (反)TPtT；综合分析：增加与的体积比，并不断分离出,同时补充 和 的浓度增大压强为设备钢板能承受的程度，一般为由于催化剂活性的需要应掌握在 500 C 0【典型例题分析】例1、合成氨所需的氢气由煤与水发生反应制得，其中一步反应为： 一，要使co转化率提高，可采用下列措施中的( )A、增大水蒸气的浓度R增大CO的浓度C、降低温度D增大压强分析：A选项，增大水蒸气的浓度可使平衡向正反应方向移动，使更多的CO转化为生成物，因此CO的转化率提高，HO(g)本身的转化率降低。B选项，增大CO的浓度也可使平衡向正反应方向移动，但 CO本身的转化
4、率降低C选项，降低温度，可使平衡向放热反应即正反应方向移动，故CO的转化率提高。D选项，由于该反应是反应前后气体体积不变的可逆反应，故增大压强，平 衡不会移动，CO的转化率不变。正确答案为AG例2、工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素：已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生回即回至，回也合成氨的原料，日瓶合成尿素用。若从充分利用原料的角度考虑，选用 (填序号)物质作原料较好。 作出选择的依据是(A)回(B)石脑油(回回但回(C) S(D)焦碳有关的反应方程式如下：分析：根据氨与二氧化碳合成尿素的化学方程式可知|,而卤或回j 回卜成，因此回一原料利用率最高。(A)串-扇回:t (B)石脑油：(C)
5、 I 因 1(D)焦炭：因此应选择Bo解答：B B生成的 回I叵H物质的量之比为 向国，与合成氨，合成尿素中该比值 最接近，原料利用最充分。说明：工业生产中，按化学方程式中系数比投入原料，可使原料充分利用，如回H、同!合成氨，按1 : 3投料，回圆心充分利用。有时也将廉价原料过量投入，使另外的原 料充分利用。例3、有平均式量为8.5的氢氮混合气体，通过合成塔后出来的混合气体的 平均式量为9.4 ,求代的转化率。分析：由反应前的混合气体的平均式量，可计算出进入合成塔的氢气和氮气 的混合比，然后根据合成氨反应方程式及H、N、NH起始、转化、平衡时物质的量的关系和反应后混合气体平均式量，可计算出合成
6、塔出来的混合气体中降、N、NH的体积比，并根据 代的转化物质的量，计算出 H的转化率。解：设进入合成塔的氢气物质的量分数为 x,氮气物质的量分数为1-x。贝 2g/mol x+28g/mol（1-x）=8.5g/mol解之 x=0.751-x=0.25设起始H2时3mol,凡为1mol,氮气转化的物质的量为y3H2 + N 2 2NH 3起始物质的量（mol） 310转化物质的量（mol） 3y y2y平衡物质的量（mol） 3-3y 1-y 2yy=0.1915molH 2转化率【同步练习】一、选择题：（每小题有1-2个选项符合题意）1、工业上合成氨时一般采用500c左右温度，其原因是：适当
7、提高氨的合 成速率，提高H转化率；提高氨的产率；催化剂在 500c时活性最大（）A、B、G D 2 、在合成氨工业中，实现下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是（）A、为增加NH的日产量，不断将NH分离出来B、为增加NH的日产量，使用催化剂C、为增加NH的日产量，采用500c左右的高温D、为增加NH的日产量，采用的压强3、对于可逆反应 2+3干42NH 3+Q（Q0 ,下列说法中正确的是（A、达到平衡时，NH的生成速率等于NH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,在重新达到平衡时，NH的浓度比原平衡时增 大，氢气的浓度比原平衡时减小D、达到平衡时，若
8、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。4 、在密闭容器中，进行合成氨反应，达到平衡后，将平衡气体系中的各物质的浓度都增加到原来的2倍，则产生的结果是（）A、平衡向正反应方向移动R平衡向逆反应方向移动C、平衡不发生移动D氨的质量分数增大5、在合成氨反应中，开始时 年、代的体积比为1:3,在密闭容器中反应达到平衡时，生成NH的体积分数为20%则平衡时N的体积分数为（）A、10%B、20%C、40% D 50%6 、在带有活塞的密闭容器中压入 5molH2和5molN,在某温度下经反应生成2molNH,若此时容器的压强不变，则容器体积是反应前的（）A、2 倍
9、 R 1.5 倍C、0.8 倍 D 0.5 倍7、将ViLH和WLN在一定条件下发生反应，达到平衡后，混合气体总体积为V3L （气体之积均在相同条件下测定），则生成的NH的体积是（）A、(V1+V-V3) LR (M+V+V3) LC、(Vi+V-2V3)LD (V3-Vl-V2)L8 、已知常温常压下，(g)和也g)反应生成2molNH(g)放出92.4KJ热量,在同温同压下向密闭容器中通入 ImolN和3molH,达到平衡时放出QKJ;向另一体积相同的容器中通入 0.5molN2和1.5molH2和ImolNH,相同条件下达到平衡时放出热量为QKJ,则下列关系式正确的是A、2Q=Q=92.
10、4QQ92.4C、QQ92.4Q=Q92.49、下图是合成氨的简要流程示意图:沿x路线回去的物质是(B、催化剂NH10 、工业上用以合成氨的原料气一一氢气 加烷在一定条件下与水反应：GH8+HOCO来源之一是取自石油气，如用丙2+H。按此原理imol丙烷最多可制氨气约为(A、4molB、10molC 2.7molD 66mol、填空题:11、合成氨工业中，选择的适宜条件是,合成氨时，原料气必须净化的原因是,若用焦炭、水、空气为原料制氨时，有关化学方程式如下:CO+H 2CO+H2O CO 2+H2N+3H 2NH 3则用一定量的焦炭，制得最大量的NH时，其物质的量之比N:12、在硫酸工业中，通
11、过下列反应使SO转化成SO; 2SO+O 2SO 0)已知常压下生产，达到平衡时 SO体积分数为91%试回答:(1)在生产中常用过量的空气是为了(2)加热到400c 500C是由于(3)实际工业生产中压强常用(填加压或常压)原因是(4)原料气必须净化的原因是 。(5)尾气中SO必须回收是因为。13、在标准状况下，将67.2LN2和44.8LH2混合，在一定条件下使之反应合成 氨气，反应达到平衡，测得反应后的混合气体中氨的体积分数是30%(1)平衡时反应混合物在标准状况下的总体积是 。(2)平衡混合物中 降的体积分数是。三、计算题：14、在一密闭容器中，用等物质的量 A和B发生如下反应A(g)+
12、2B(g)2c(g)反应达到平衡时，若混合气体中 A和B的物质的量之和与C的物质的量相 等，则此时A的转化率为多少？15、将SO和Q的体积比为1:3混合后，在500c条件下通过催化剂，发生 如下反应：2SO+O 2SO 3,当反应达到平衡时，在同温同压下测得反应前和 反应后的混合气体的密度比为 71:80,则SO的转化率为多少？【练习答案】1、D2、B3、AC 4、AD 5、B6、C7、A8、B9、A10、D11、适宜条件，略；防止催化剂中毒；3:412、(1)空气资源丰富，增大空气浓度即增大 Q浓度，使平衡向正反应方 向移动，提高SO的转化率。(2)提高反应速率，缩短达到平衡时间，且催化剂在该温度下活性最大。(3)常压下SO的体积分数已达91%增加压强虽然SO的体积分数可提高, 但成本及对设备要求都高。(4)防止催化剂中毒。(5) SO循环使用，降低成本、减少对环境的污染。13、86.2L62.96%14、40%15、90%
