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1、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N2和H2合成氨：N2+3H2:=2NH3+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、H?浓度大)都会提咼反应速率；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
2、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一一又称铁触媒。其活性温度为450C550C,即温度应在 450550 C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 咼了。选择适宜的条件：根据 N2+3H22NH 3+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
3、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NH3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2X 1075X 107Pa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500C时，催化剂活性最大。(3) 使用催化剂(4) 及时分离出NH3,并不断补充 N2和H2 ( N2要
4、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 C左右催化剂：铁触媒2 合成氨工业简述1. 原料气的制备、净化制压缩蒸发物理方法：空气液态空气 N化学方法：弹炭制H2：水蒸气赤热应方程式为:空气一CO 2D 2燃烧（去 CO2）CO+H2 H2催化剂C+HO (g)=注意：制得的2+H2 H-（去 CO?） 催化剂=CO+H2 ； CO+HO (g) = CO 2+HN2、H2需要净化，清除杂质，防止催化剂“中毒”2.合成氨反应的特点化学反应：N2+3H2NH ; H-92.4KJ/mol（1）可逆反应；（2）正反应是放热反应；（3）正反应是气
5、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 C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
6、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。500C高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动。采用500C既考虑到温度对速率的影响，更主要的是500 C左右催化剂活性最大。D. 恒温恒容下充He,惰性气体He不与2、出、NH3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，NH3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
7、氨工业中，原料气（N2, H2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+NH Cu（NH3）3Ac CO H0（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 Cu（NH3）3Ac CO H0可
8、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。H2、N2、NH，反应达平例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衡时;氨气浓度最大的一组是（）aBCDH2613.55N220r 11.5NH304213H2.根据反应“一边倒”换算分析BCD2NH3N2+02
9、3 + 3.5= 6.5021.5 + 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平衡态i始00c平衡态n始xyz平衡态川为了使平衡川= n = i根据“一边倒”原则，即可得x+a z =ax+z _=1cacy+bz=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2、Ha混合气体的密度为0.55
10、36g/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Na、H2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 Na为ImolHa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（1-x）=0.5536 X 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+ 3H2 2NH起始物质的量2mol3mol0mol转化物质的量ymol3ymol2ymol平
11、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 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
12、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. 500C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） + 3H 2（g） T 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，NH3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，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适当提高氨的
13、合成速率提高氨的产率500 C左右的温度，其原因是提高H2的转化率催化剂在500 C时活性最大A .只有B .4.将H2和N2的混合气体通入合成塔中，经过C.D .1个小时达到平衡，此时 N2、H2、NH3的浓度分别为3、7、4 (单位均为mol/L )，则以下叙述正确的()A .B .C .D .5.有平衡体系：CO(g)+2H2(g)-采取的正确措施是CH3OH(g)(正反应为放热反应)，为了增加甲醇的产量，工厂应 ( )A.高温、高压B.适宜温度、高压、催化剂N2的反应速率为2mol/(L h)出的反应速率为 7 mol/(L h)出的起始浓度为13mol/LN?起始浓 度为2 mol/
14、LH2的转化率为 46.2%6.二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g) N2O4(g)(正反应为放热反应)。在测疋NO2的相对分子质量时，C.低温、低压D.低温、高压、催化剂F列条件中较为适宜的是( )5A、温度 130C、压强 3.03X 10 PaC、温度 130C、压强 5.05X 104Pa5B、温度 25C、压强 1.01 X 10 PaD、温度 0C、压强 5.05 X 104Pa7.在 N2+3H2 =2NH3的平衡体系中，当分离出NH3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&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) 一- CO2 +出(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
