2022年高中化学个精讲--合成氨条件的选择.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高中化学58 个精讲 30 合成氨条件的挑选.txt师太,你是我心中的魔,贫僧离你越近,就离佛越远 中学的体育老师说：谁敢再穿裙子上我的课,就罚她倒立； 高中化学 58 个考点精讲30、合成氨条件的挑选 1复习重点 1 如何应用化学反应速率和化学平稳原理,挑选合成氨的相宜条件；2. 明白应用化学原理挑选化工生产条件的思路和方法；2难点聚焦 1合成氨条件的挑选 工业上用 N2和 H2 合成氨： N2+3H2 2NH3+Q 从反应速率和化学平稳两方面看,挑选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

2、大都会提高反应速率；从化学平稳看,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稳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；故一般合成氨厂采纳的压强是 2050MPa帕斯卡；而温度上升,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形下,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

3、 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；挑选相宜的条件：依据N2+3H2 2NH3+Q这一反应的特点,运用化学反应速率和化学平稳的理论来挑选相宜条件；该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点；1相宜的压强： 为何强调相宜？压强越大、材料强度高,设备制造要求高,成本提高,挑选有利于 NH3的合成, 但太大, 所需动力大,2 1075 107Pa 压强；摸索：工业上生产 H2SO4：2SO2g+O2g 2SO3g 为何不采纳加压方法？由于在常压下 SO2的转化率已达 91%,不需要再加压2相宜的温度： 温度越低越有利

4、于 NH3的合成, 为何仍要挑选 5000C高温？由于温度越低,反应速率越小,达平稳时间长,单位时间产量低,另外3使用催化剂5000C 时,催化剂活性最大；4准时别离出NH3,并不断补充N2和 H2N2要过量,提高成本较高的H2转化率小结：合成氨的相宜条件：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+H2 CO2+H2 H2 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - -

5、 反应方程式为：C+H2Og= CO+H2 ；CO+H2Og= CO2+H2 留意：制得的 N2、 H2需要净化,清除杂质,以防止催化剂 中毒 ；2. 合成氨反应的特点化学反应： N2+3H2 2NH3 ; 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工业合成氨相宜条件的挑选在实际生产中,需要考虑反应速率、化学平稳、原料挑选、产量和设备等多方面情形,以确定最正确的生产条件；4. 图示合成氨的原理3例题精讲例 1 以下说法,能够用勒沙特列原理来说明的是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He,使压强

6、增大, 就平稳正向移动,NH3增多 D. 恒温恒容下, 在合成氨平稳体系中充入 解析 A. 加入催化剂只能加快反应速率,缩短到达平稳的时间,提高 单位时间 的产量, 不能使化学平稳发生移动；留意：催化剂能相同倍数地转变正、逆反应速率,故而不转变化学平衡状态；B. 合成氨是一个气体体积减小的反应,所以增大压强, 使平稳正方向移动,有利于合成氨,符合勒沙特列原理；C. 由于合成氨是一个放热反应,所以从化学平稳移动角度分析,应采纳较低温度； 500高温较室温不利于平稳向合成氨方向移动；采纳 的是 500左右催化剂活性最大；500既考虑到温度对速率的影响,更主要D. 恒温恒容下充 He,惰性气体 He

7、 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稳不移动,NH3的产量不变； 答案 B 点评 勒沙特列原理是说转变影响平稳的一个条件,平稳就向能够减弱这种转变的方法移动；不要混淆影响速率的条件和影响平稳的条件；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名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 乙酸二氨合铜 溶液来吸取原料气中 CO,其反应为：CuNH32Ac+CO+NH3 CuNH33Ac CO； H0 1 必需除去原料气中 CO的缘由

8、是什么？ 2 吸取 CO的生产相宜条件是什么？3 吸取 CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,复原其吸取 再生的相宜条件是什么？ 解析 CO的才能以供循环使用,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逝,从而发生催化剂中毒；故必需除去原料气中 CO；依据吸取原料气中 CO的反应方程式：CuNH32Ac+CO+NH3 CuNH33Ac CO； H0 可知, 加压和实行较低的温度可使平稳向正反应方向移动,CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,复原其吸取 平稳向逆反应方向移动即可；有利于 CO的吸取； 要使吸取 CO的才能以供循环使用,只要使答案： 1 防止催化剂中毒；2

9、 低温、高压； 3 高温、低压； 点评 在实际工业生产过程中,相宜生产条件的挑选需要考虑反应速率、化学平稳、 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,反应达平稳时；氨气浓度最大的一组是ABCDH2613.55N22022.5NH30421 分析 2NH3 N2 B 0 2 617 C 0 2 35 3H2. 依据反应 一边倒 换算 . 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 ,假设到达等同平稳,其初始状态必需能互变,从极限角度看,就是各物质的物质的量要相当1化学

10、平稳等同条件等温等容 aAgbBg cCg . 因此可以采纳一边倒的原就来处理以下问题： x始 a b 0 平稳态始 0 0 c 平稳态始 x y z 平稳态为了使平稳依据 一边倒 原就,即可得za 1 yzb 1 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 由于题目中没有告知起始物质的量,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,因此部分同学就假设N2为 1mol

11、H2 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：名师归纳总结 设起始有氮气2mol,氢气为 3mol,氮气转化的物质的量为y,第 3 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - N2 + 3H2 2NH3 起始物质的量 2mol 3mol 0mol 转化物质的量 ymol 3ymol 2ymol 平稳物质的量 2-ymol 3-3ymol 2ymol n 总=2-ymol+3-3ymol+2ymol=5-2ymol 依据反应前后气体质量守恒可知 解得 答案

12、25% 点评 此题是一道化学平稳综合运算题,考查同学综合运算的解题才能；正确的运算方法应是先由两种混合气体的密度,分别运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、平稳物质的量的关系及平稳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、挑选题1以下有关合成氨工业的表达,可用勒夏特列原理来说明的是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合成氨时采纳循环操作,可提高原料的利用率2对于可逆反应：N2g + 3H2g

13、2NH3g 正反应为放热反应 ；以下说法中正确的选项是 A到达平稳时,NH3的生成速率等于 NH3的分解速率B到达平稳时,反应物和生成物的浓度肯定相等C到达平稳时,假设加入N2,在重新达平稳时,NH3的浓度比原平稳时增大,H2 的浓度比原平稳时减小D到达平稳时,假设上升温度,加快了吸热反应的速率,降低了放热反应的速率,所以平稳向逆反应方向移动3工业上合成氨时一般采纳 500左右的温度,其缘由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 B C D4将 H2和 N2的混合气体通入合成塔中,经过 1 个小时到达平稳,此时 N2、H2、NH3的浓度分别为

14、3、7、4单位均为 mol/L ,就以下表达正确的N2的反应速率为 2mol/L h H2的反应速率为 7 mol/L h H2的起始浓度为 13mol/LN2起始浓度为 2 mol/L H2 的转化率为 46.2% A B C D 5 有平稳体系： COg+2H2g CH3OHg正反应为放热反应 ,为了增加甲醇的产量,工厂应实行的正确措施是相宜温度、高压、催化剂A. 高温、高压 B.C.低温、低压 D.低温、高压、催化剂6二氧化氮存在以下平稳：2NO2g N2O4g正反应为放热反应 ；在测定 NO2的相对分子名师归纳总结 质量时,以下条件中较为相宜的是第 4 页,共 6 页A、温度 130、

15、压强105Pa B、温度 25、压强105Pa C、温度 130、压强104Pa D、温度 0、压强104Pa - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 7在 N2 +3H2 2NH3 的平稳体系中,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 D平稳向逆反应方向移动C正反应速率大于逆反应速率逆反应速领先变小后变大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 + H2Og CO2 + H2 正反应为放热反应 ；要使 CO转化率提高, A增大 H2Og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肯定温度下某密闭容

16、器中进行反应：N2 +3H22NH3 ,达平稳后保持容器体积肯定,通入N2,平稳移动；2 倍,平稳移动；保持容器体积肯定,通入Ar,平稳移动；保持容器压强肯定,通入Ar,平稳移动；保持容器体积肯定,通入N2、H2、NH3,使浓度都变为原先的2在肯定条件下, 1molN2 和 3molH2 混合后反应,到达平稳时测得平稳混合物的密度是同温同压下氢气的 5 倍,就氮气的转化率是；假设在同一个容器中,在相同的温度下,向容器中充入 NH3,为使到达平稳时各成分的百分含量与上述平稳时相同,就起始时充入的NH3的物质的量为；三、运算题恒温下,将 amolN2 与 bmolH2 的混合气体通入一个固定容积的

17、密闭容器中,发生如下反应：N2g+3H2g2NH3g 1假设反应进行到某时刻t 时, nt N2=13mol,nt NH3=6mol,运算 a 的值；2反应达平稳时, 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%；运算平稳时 NH3的物质的量；3原混合气体与平稳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到达平稳时,N2和 H2的转化率之比, N2 H2= 6平稳混合气体中,nN2 nH2 nNH3= 参考答案 一、挑选题 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、 2mol 三、运算题1a=16 2 8mol 35： 4 42：3 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 共享聪明泉源智爱学习传播爱心喜乐1 Wisdom&Love 第页 共5页 Tel:020-36581010 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页