2022年高考化学考点解析、例题精讲与训练：合成氨条件的选择 .pdf

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1、高考化学考点解析、例题精讲与训练：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+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、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

2、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到达这个目的。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450550，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+3H22NH3+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

3、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21075 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5000C时，催化剂活性最大。3使用催化剂4及时别离出NH3，并不断补充N2和H2N2要过量，提高成本较高的H2转化率

4、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页小结：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N2：物理方法：空气液态空气 N2化学方法：空气 CO2+N2 N2 制 H2：水蒸气 CO+H2CO2+H2 H2反应方程式为：C+H2Og= CO+H2；CO+H2Og= CO2+H2注意：制得的N2、H2需要净化，清除杂质，以防止催化剂“中毒”。化学反应： N2+3H22NH3 ; 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

5、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，以确定最正确的生产条件。4. 图示合成氨的原理压缩蒸发炭赤热炭H2O 催化剂去 CO2燃烧去 CO2催化剂精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页3例题精讲例1 以下说法，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

6、，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. 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 N2、H2、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。

7、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 ； 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

8、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：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页Cu(NH3)2Ac+CO+NH3Cu(NH3)3Ac CO ； H0 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

9、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以下各组物质的量加入H2、N2、NH3，反应达平衡时；氨气浓度最大的一组是A B C D H2 6 1 5 N2 2 0 1 NH3 0 4 2 1 分析 2NH3 N2 3H2.根据反应“一边倒”换算. B 0 2 61 7 C 0 2 3 6.5 D 0 2 56.5 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，假设到达等同平衡，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：

10、1化学平衡等同条件等温等容 aA(g)bB(g) cC(g) 始 a b 0 平衡态始 0 0 c 平衡态始 x y z 平衡态为了使平衡根据“一边倒”原则，即可得 xcaza axcz1 ycbzb bncz1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、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N2为1molH2

11、为3mol，进行解题， 依据是不足的。故此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：设起始有氮气2mol，氢气为3mol，氮气转化的物质的量为y，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页N2 + 3H22NH3起始物质的量2mol 3mol 0mol 转化物质的量ymol 3ymol 2ymol 平衡物质的量 2-ymol 3-3ymol 2ymol n 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 答案 25

12、% 点评 此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以下有关合成氨工业的表达，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C500 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) 2N

13、H3(g) ( 正反应为放热反应)。以下说法中正确的选项是A到达平衡时，NH3的生成速率等于NH3的分解速率精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页B到达平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等C到达平衡时，假设加入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到达平衡时，假设升高温度，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 H2的转化率提高氨的产率催化剂在 500 时活性最大A只有BCD4

14、将 H2和N2的混合气体通入合成塔中，经过1个小时到达平衡，此时N2、H2、NH3的浓度分别为3、7、4单位均为 mol/L ，则以下表达正确的N2的反应速率为2mol/(Lh) H2的反应速率为7 mol/(Lh) H2的起始浓度为13mol/L N2起始浓度为 2 mol/L H2的转化率为 46.2% ABCD5有平衡体系：CO(g)+2H2(g) CH3OH(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6二氧化氮存在以下平衡：2NO2(g) N2O4(g) 正反应为放热反应。在测定NO2的

15、相对分子质量时，以下条件中较为适宜的是A、温度 130、压强 105Pa B、温度 25 、压强 105Pa C、温度 130、压强 104Pa D、温度 0、压强 104Pa 7在N2 +3H2 2NH3的平衡体系中，当别离出 NH3时，以下说法中正确的选项是A正反应速率增大B平衡向逆反应方向移动精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页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) CO2 + H2(正反应为放热反应)。要使 CO转化率提

16、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 +3H22NH3，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、H2、NH3，使浓度都变为原来的2倍，平衡移动。2在一定条件下，1molN2和3molH2混合后反应，到达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。假设在同一个容器中，在相同的温度下，向容器中充入 NH3，为使到达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NH3的物质的量

17、为。三、计算题恒温下，将 amolN2与bmolH2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：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 1假设反应进行到某时刻t时， nt N2=13mol ，ntNH3 =6mol ，计算 a的值。2反应达平衡时，混合气体的体积为标准状况下，其中NH3的含量体积分数为25% 。计算平衡时 NH3的物质的量。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页3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，ab= 。5到达平衡时，N2和H2的

18、转化率之比，N2 H2= 。6平衡混合气体中，n N2 nH2 n NH3= 。参考答案一、选择题1. BD 2. A 3. D 4. C 5. B 6. C 7. CD 8. AC 二、填空题1.向右、不、向左、向右2.30 、 2mol三、计算题1a=16 28mol 3 5：4 42： 3 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页