一. 教學(xué)內(nèi)容合成氨條件的選擇

二. 重點、難點

1. 使理解合成氨的原理，并能應(yīng)用反應(yīng)速率和平衡理論，選擇合成氨的適宜條件，從而培養(yǎng)分析問題和解決問題的。

2. 了解合成氨工業(yè)生產(chǎn)的主要流程。

3. 向?qū)W生介紹我國解放后合成氨工業(yè)的發(fā)展情況，對學(xué)生進(jìn)行愛國主義。

三. 具體內(nèi)容

（一）原理

合成氨反應(yīng)

分析角度

反應(yīng)要求

外界條件

使氨生成得快

（從化學(xué)反應(yīng)速率分析）

使氨生成得多

（從化學(xué)平衡分析）

壓強(qiáng)

（高壓）

（高壓）

溫度

（高溫）

（低溫）

是否要用催化劑

（使用）

（不影響）

唯物辯證法告訴我們：一切從實際出發(fā)，要全面地分析問題．綜合考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動的條件，再根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的特點和實際需要，才能正確地選擇合成氨工業(yè)的適宜條件。

（二）適宜條件的選擇

1. 壓強(qiáng)。增大壓強(qiáng)，有利于 的合成，但在實際生產(chǎn)中，壓強(qiáng)不可能無限制的增大，因為壓強(qiáng)越大，需要的動力越大，對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求也越高，勢必增大生產(chǎn)成本，降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。因此，受動力、材料、設(shè)備等條件的限制，目前我國合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)是 。

2. 溫度。合成氨為放熱反應(yīng)，低溫有利于氨的生成。但是溫度越低，反應(yīng)速率越慢，到達(dá)平衡所需要的時間越長，因而單位時間內(nèi)產(chǎn)量低，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟(jì)的。綜合考慮各種因素，在實際生產(chǎn)上，采用500℃的溫度，此時催化劑的活性最大。

3. 催化劑。由于 分子非常穩(wěn)定， 與

（三）綜合分析：

的體積比，并不斷分離出 ，同時補(bǔ)充 和2. 增大壓強(qiáng)為設(shè)備鋼板能承受的程度，一般為 ～ 。

，符合下列圖象（I）所示關(guān)系。由此推斷對圖象（II）的正確說法是（ ）

A. ，Y軸表示B的百分含量

C. ，Y軸表示混合氣體的平均相對分子質(zhì)量

I II

解析：依圖（I）中，確定P，看T1、T2曲線，先拐說明先達(dá)到平衡，由此可知 ；再觀察曲線與縱坐標(biāo)關(guān)系，可知當(dāng)T↑c%↓，則平衡向左移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，P↑c%↑，則平衡向右移動， ， 。由圖（I）所得結(jié)論，分析圖II，可知y代表A的轉(zhuǎn)化率，還可表示混合氣體的平均相對分子質(zhì)量。

答案：A、D

[例2] 將 建立了平衡體系： 的轉(zhuǎn)化率為30%，下列圖象能正確表示氣體的物質(zhì)的量濃度（m）跟時間（t）的關(guān)系的是（ ）

A B

C D

解析：根據(jù)題意可知如下幾點：

（1）O2轉(zhuǎn)化率為30%。

（2）開始反應(yīng)器中無O3，經(jīng)計算又可知 但平衡時 ，則A、B、D錯誤。

答案：C

[例3] 在容積不同的密閉容器內(nèi)，分別充入同量的 和 ，并分別在t秒時測定其中 的體積百分含量，如圖。

（1）A、B、C、D、E五點中，尚未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的點是 。

（2）此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是 （反應(yīng)）（填“放熱”或“吸熱”）。

（3）A、C段的曲線是增函數(shù)，C、E段曲線是減函數(shù)，試從反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的角度說明理由： 。

解析：首先弄懂此圖的涵義，從0→C是平衡前，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行， %↑，T升高，從C→E是平衡時，T升高，平衡向←移動， %下降。

答案：

（1）A、B；

（2）放熱；

（3）C點生成 %最高，是平衡點，在A?D?DC段平衡前，C?D?DE段升高溫度， %含量減少，正向放熱，升溫平衡逆向移動。

[例4] 合成氨所用的 ，欲提高CO轉(zhuǎn)化率可采用的有：① 降低溫度；② 增加壓強(qiáng)；③ 使用催化劑；④ 增大CO的濃度；⑤ 增大水蒸氣的濃度；其中正確的組合是（ ）

A. ①②③④⑤ B. ①⑤

C. ①④⑤ D. 只有⑤

解析：該反應(yīng)是一個氣體總體積不變的放熱反應(yīng)，欲提高CO的轉(zhuǎn)化率，可設(shè)法使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，顯然降低溫度可以滿足這一要求，增加水蒸氣的濃度，平衡向正反應(yīng)方向轉(zhuǎn)動，CO的轉(zhuǎn)化率也可以增大；但若增加CO的濃度，平衡雖然向右移動，但CO的總量增大，其轉(zhuǎn)化率反而減小，增大壓強(qiáng)的使用催化劑的操作只能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)平衡的時間，而與平衡時CO的轉(zhuǎn)化率無關(guān)。

答案：B

[例5] 下列事實不能用勒沙特列原理解釋的是（ ）

A. 加入催化劑有利于合成氨的反應(yīng)

B. 高壓有利于合成氨的反應(yīng)

C. 500℃有利于合成氨的反應(yīng)

D. 將混合氣體中的氨氣液化有利于合成氨反應(yīng)

解析：合成氨的反應(yīng)是一個氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，加壓能使平衡向生成氨的方向移動，升溫不利于生成氨，但能使催化劑活性大，提高反應(yīng)速率；將氨液化降低氨氣濃度，平衡向生成氨氣方向移動；催化劑只能提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時間。

[例6] 在一定條件下，合成氨反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，此時，再進(jìn)行如下操作，平衡不發(fā)生移動的是（ ）

A. 恒溫、恒壓時，充入NH3

B. 恒溫、恒容時，充入N2

C. 恒溫、恒壓時，充入He

D. 恒溫、恒容時，充入He

2NH3（正反應(yīng)為放熱）的平衡體系中，保持溫度不變，充入氬氣，使容器體積和壓強(qiáng)均增大一倍，此時平衡將（ ）

A. 不移動

B. 向正反應(yīng)方向移動

C. 向逆反應(yīng)方向移動

D. 不能確定是否移動

2. 工業(yè)上合成氨時一般采用500℃左右的溫度，其原因是（ ）

① 適當(dāng)提高氨的合成速率， ②提高H2的轉(zhuǎn)化率，

③ 提高氨的產(chǎn)率， ④ 催化劑在500℃時活性最大

A. ①　　　　 B. ①②

C. ②③④　　　　D. ①④

3. 在合成氨工業(yè)中，實現(xiàn)下列目的變化過程中與平衡移動無關(guān)的是（ ）

A. 為增加NH3的日產(chǎn)量，不斷將NH3分離出來

B. 為增加NH3的日產(chǎn)量，使用催化劑

C. 為增加NH3的日產(chǎn)量，采用500℃左右的高溫

D. 為增加NH3的日產(chǎn)量而采用2×107～5×107Pa的壓強(qiáng)

4,高一. 在帶有活塞的密閉容器中壓入5molH2和5molN2，在某溫度下經(jīng)反應(yīng)生成2mol NH3，若此時容器的壓強(qiáng)不變，則容器體積是反應(yīng)前的（ ）

A. 2倍　　　B. 1.5倍 C. 0.8倍　　　 D. 0.5倍

5. 合成氨所需的氫氣由煤與水發(fā)生反應(yīng)制得，其中一步反應(yīng)為：CO H2O CO2 H2（正反應(yīng)為放熱），要使CO轉(zhuǎn)化率提高，可采用下列措施中的（ ）

A. 增大水蒸氣的濃度 B. 增大CO的濃度

C. 降低溫度 D. 增大壓強(qiáng)

6. 將含1mol NH3的密閉容器a加熱，部分NH3分解，并達(dá)到平衡，此時NH3的體積分?jǐn)?shù)是x％。若在該容器中加入2mol NH3后密封，加熱到相同溫度，使反應(yīng)達(dá)到平衡時，設(shè)此時NH3的體積分?jǐn)?shù)為y％，則x和y的正確關(guān)系是（ ）

A. x＞y　　　 B. x＜y

C. x= y　　　　 D. x≥y

7. 在一定條件下，可逆反應(yīng)x（氣） 3y（氣） 2z（氣）達(dá)到平衡時，有37.5％的y轉(zhuǎn)化為z，有25％的x轉(zhuǎn)化為z。則起始時，充入容器中的x和y的物質(zhì)的量之比為（ ）

A. 1:3　　　　 B. 3:1 C. 3:2　　　　D. 1:2

8. 在固定容積的密閉容器中，氮與氫合成氨的反應(yīng)達(dá)到了平衡，此時容器中含有0.1mol N2、0.3mol H2和0.1mol NH3，若維持原來的條件，向該容器中再同時加入0.1mol N2、0.3mol H2和0.1mol NH3，則（ ）

A. 正、逆反應(yīng)速率同時增大，化學(xué)平衡不移動

B. 正、逆反應(yīng)速率同時增大，混合氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)增大

C. 正、逆反應(yīng)速率同時增大，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動

D. 正、逆反應(yīng)速率不變，化學(xué)平衡不移動

9. 下面是合成氨的簡要流程示意圖：

沿X路線回去的物質(zhì)是（ ）

A. N2和H2 B. 催化劑 C. NH3 D. H2

10. 工業(yè)上用以合成氨的原料氣?D?D氫氣，來源之一是取自石油氣，如用丙烷在一定條件下與水反應(yīng)：C3H8 H2O→CO2 H2，按此原理1mol丙烷最多可制氨氣約為（ ）

A. 4mol　　　B. 10mol C. 2.7mol　　　 D. 6.6mol

二. 填空題

11. 工業(yè)上合成氨的反應(yīng)為N2（氣） 3H2（氣） 2NH3（氣）反應(yīng)放熱92.4kJ。

（1）使用鐵觸媒作催化劑是為了________。

（2）通常采用2×107Pa～5×107Pa的壓強(qiáng)，原因是________。

（3）選擇500℃左右的溫度進(jìn)行反應(yīng)，是由于________。

（4）將生成的氨及時從混合氣中分離出來，原因是________。

12. 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將67.2L氮氣和44.8L氫氣混合，在一定條件下使之反應(yīng)合成氨氣，反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得反應(yīng)后的混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為30％。

（1）平衡時反應(yīng)混合物在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的總體積是________。

（2）平衡時混合氣體中氮氣的體積分?jǐn)?shù)是 。

13. 合成氨工業(yè)采用高壓條件進(jìn)行反應(yīng)；接觸法制硫酸工業(yè)采用常壓條件進(jìn)行反應(yīng)，其理由是________。

三. 計算題

14. 將N2和H2按一定比例混合，在相同狀況下其密度是H2的3.6倍。取0.5mol該混合氣體充入密閉容器內(nèi)，使之發(fā)生反應(yīng)并在一定條件下達(dá)到平衡。已知反應(yīng)達(dá)平衡后容器內(nèi)壓強(qiáng)是相同條件下反應(yīng)前壓強(qiáng)的0.76倍。試求：

（1）反應(yīng)前混合氣體中N2和H2的體積比；

（2）達(dá)到平衡時混合氣體中氨的物質(zhì)的量；

（3）平衡時N2的轉(zhuǎn)化率。

15. 在密閉容器中充入體積比為1:3的N2、H2，平衡時測得混合氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)為20％，則此時容器內(nèi)的壓強(qiáng)與開始時的壓強(qiáng)比是多少？

16. 有平均式量為8.5的氫氮混合氣體，通過合成塔后出來的混合氣體的平均式量為9.4，求H2的轉(zhuǎn)化率。

2SO3盡管也是一個氣體體積減小的反應(yīng)，但在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已較高。

三.

14.

（1） （2）

（3）

16. 19.15%

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