△
注意：制得的N2、H2需要凈化，清除雜質，以防止催化劑“中毒”。
2.合成氨反應的特點
化學反應：N2+3H2 
2NH3 ; △H=-92.4KJ/mol
（1）可逆反應； （2）正反應是放熱反應； （3）正反應是氣體體積縮小的反應。
3．工業合成氨適宜條件的選擇
在實際生產中，需要考慮反應速率、化學平衡、原料選擇、產量和設備等多方面情況，以確定最佳的生產條件。
4. 圖示合成氨的原理
3．例題精講
例1 下列說法，能夠用勒沙特列原理來解釋的是（ ）
A.
加入催化劑可以提高單位時間氨的產量
B.
高壓有利于氨的合成反應
C. 500℃高溫比室溫更有利于合成氨的反應
D. 恒溫恒容下，在合成氨平衡體系中充入He，使壓強增大，則平衡正向移動，NH3增多
[解析]
A. 加入催化劑只能加快反應速率，縮短到達平衡的時間，提高“單位時間”的產量，不能使化學平衡發生移動。注意：催化劑能相同倍數地改變正、逆反應速率，故而不改變化學平衡狀態。
B. 合成氨是一個氣體體積減小的反應，所以增大壓強，使平衡正方向移動，有利于合成氨，符合勒沙特列原理。
C. 因為合成氨是一個放熱反應，所以從化學平衡移動角度分析，應采用較低溫度。500℃高溫較室溫不利于平衡向合成氨方向移動。采用500℃既考慮到溫度對速率的影響，更主要的是500℃左右催化劑活性最大。
D. 恒溫恒容下充He，惰性氣體He不與N2、H2、NH3反應。雖總壓強增大了，實際上平衡體系各成分濃度不變（即分壓不變）所以平衡不移動，NH3的產量不變。
[答案] B
[點評]
勒沙特列原理是說改變影響平衡的一個條件，平衡就向能夠減弱這種改變的方法移動。不要混淆影響速率的條件和影響平衡的條件。
例2：合成氨工業中，原料氣(N2，H2及少量的CO，NH3的混合氣)在進入合成塔前常用乙酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來吸收原料氣中CO，其反應為：
[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 
[Cu(NH3)3]Ac?CO；△H<0
(1)必須除去原料氣中CO的原因是什么？
(2)吸收CO的生產適宜條件是什么？
(3)吸收CO后的乙酸銅氨液經過適當處理后又可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環使用，再生的適宜條件是什么？
[解析]
合成氨工業中要使用催化劑，某些物質會使催化劑的活性降低甚至消失，從而發生催化劑中毒。故必須除去原料氣中CO。根據吸收原料氣中CO的反應方程式：
[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac?CO；△H<0
可知，加壓和采取較低的溫度可使平衡向正反應方向移動，有利于CO的吸收。要使吸收CO后的乙酸銅氨液經過適當處理后又可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環使用，只要使平衡向逆反應方向移動即可。
答案：(1)防止催化劑中毒；(2)低溫、高壓；(3)高溫、低壓。
[點評] 在實際工業生產過程中，適宜生產條件的選擇需要考慮反應速率、化學平衡、原料選擇、產量和設備等多方面因素。
例3溫度、催化劑不變，向某一固定體積的密閉容器內按下列各組物質的量加入H2、N2、NH3，反應達平衡時；氨氣濃度最大的一組是（ ）
A
B
C
D
H2
6
1
3.5
5
N2
2
0
1
1.5
NH3
0
4
2
1
[分析] 2NH3 N2＋ 3H2.根據反應“一邊倒”換算.
B 0 2 6＋1＝7
C 0 2 3＋3.5＝6.5
D 0 2 1.5＋5＝6.5
由此可知，符合題意的是B.
[解答] B
[小結] 可逆反應，在條件相同時（等溫等容），若達到等同平衡，其初始狀態必須能互變，從極限角度看，就是各物質的物質的量要相當.因此可以采用一邊倒的原則來處理以下問題：
（1）化學平衡等同條件（等溫等容）
aA(g)＋bB(g) cC(g)
①始 a b
0 平衡態Ⅰ
②始 0 0 c 平衡態Ⅱ
③始 x y
z 平衡態Ⅲ
為了使平衡Ⅲ ＝Ⅱ＝Ⅰ
根據“一邊倒”原則，即可得
x＋
z＝a
＋
＝1
y＋
z＝b
＋＝1
例4合成氨工廠常通過測定反應前后混合氣體的密度來確定氮的轉化率。某工廠測得合成塔中N2、H2混合氣體的密度為0.5536g/L(標準狀況)，從合成塔中出來的混合氣體在相同條件下密度為0.693g/L(標準狀況)。求該合成氨廠N2的轉化率。
[解析]
由于題目中沒有告訴起始物質的量，也沒有說明N2、H2是按化學方程式中物質的計量數投放物料，因此部分學生就假設N2為1molH2為3mol，進行解題，依據是不足的。故本題解答時只能設反應前混合氣體中氮氣的物質的量分數為x，氫氣物質的量分數為(1-x)，依題意得：
28x+2(1-x)=0.5536×22.4
設起始有氮氣2mol，氫氣為3mol，氮氣轉化的物質的量為y，
N2 + 3H2
2NH3
起始物質的量 2mol 3mol 0mol
轉化物質的量 ymol 3ymol 2ymol
平衡物質的量 2-ymol 3-3ymol 2ymol
n總=(2-y)mol+(3-3y)mol+2ymol=(5-2y)mol
根據反應前后氣體質量守恒可知
解得 y=0.5mol
[答案]25%
[點評]
本題是一道化學平衡綜合計算題，考查學生綜合計算的解題能力。正確的計算方法應是先由兩種混合氣體的密度，分別計算出反應前后兩種混合氣體的平均式量，由氫氨混合氣的平均式量求出反應氣體中氫氣、氮氣的體積比，再按合成氨化學反應中有關起始，轉化、平衡物質的量的關系及平衡時混合氣體的平均式量，從而求出氮氣的轉化率。
4．實戰演練
一、選擇題
1．下列有關合成氨工業的敘述，可用勒夏特列原理來解釋的是 （ ）
A．使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨
B．高壓比低壓條件更有利于合成氨的反應
C．500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應
D．合成氨時采用循環操作，可提高原料的利用率
試題詳情
2．對于可逆反應：N2(g)
+ 3H2(g)
A．達到平衡時，NH3的生成速率等于NH3的分解速率 B．達到平衡時，反應物和生成物的濃度一定相等 C．達到平衡時，若加入N2，在重新達平衡時，NH3的濃度比原平衡時增大，H2的濃度比原平衡時減小 D．達到平衡時，若升高溫度，加快了吸熱反應的速率，降低了放熱反應的速率，所以平衡向逆反應方向移動
試題詳情
3．工業上合成氨時一般采用500℃左右的溫度，其原因是
（ ） ⑴適當提高氨的合成速率 ⑵提高H2的轉化率 ⑶提高氨的產率
⑷催化劑在500℃時活性最大 A．只有⑴
B．⑴⑵
C．⑵⑶⑷
D．⑴⑷ 試題詳情
4．將H2和N2的混合氣體通入合成塔中，經過1個小時達到平衡，此時N2、H2、NH3的濃度分別為3、7、4（單位均為mol/L），則以下敘述正確的 （ ） 試題詳情
①N2的反應速率為2mol/(L?h) ②H2的反應速率為7 mol/(L?h) ③H2的起始濃度為13mol/L④N2起始濃度為2 mol/L ⑤H2的轉化率為46.2% A．①② B．②⑤ C．①③⑤ D．②④ 試題詳情
5．有平衡體系：CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g)（正反應為放熱反應），為了增加甲醇的產量，工廠應采取的正確措施是 （ ） A.高溫、高壓
B.適宜溫度、高壓、催化劑 C.低溫、低壓
D.低溫、高壓、催化劑 試題詳情
6．二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g) N2O4(g)（正反應為放熱反應）。在測定NO2的相對分子質量時，下列條件中較為適宜的是 （ ） 試題詳情
A、溫度130℃、壓強3.03×105Pa
B、溫度25℃、壓強1.01×105Pa 試題詳情
C、溫度130℃、壓強5.05×104Pa
D、溫度0℃、壓強5.05×104Pa 試題詳情
7．在N2 +3H2 2NH3的平衡體系中，當分離出NH3時，下列說法中正確的是（ ） A．正反應速率增大
B．平衡向逆反應方向移動 C．正反應速率大于逆反應速率
D．逆反應速率先變小后變大 試題詳情
8．合成氨所需的氫氣由煤和水發生反應制得，其中一步反應為： 試題詳情
CO + H2O(g) CO2 + H2(正反應為放熱反應)。要使CO轉化率提高，（ ） A．增大H2O(g)的濃度
B．增大CO的濃度 C．降低溫度
D．增大壓強 試題詳情
二、填空題 1．一定溫度下某密閉容器中進行反應：N2
+3H22NH3
，達平衡后 ①保持容器體積一定，通入N2，平衡
移動。 ②保持容器體積一定，通入Ar，平衡
移動。 ③保持容器壓強一定，通入Ar，平衡
移動。 ④保持容器體積一定，通入N2、H2、NH3，使濃度都變為原來的2倍，平衡
移動。 試題詳情
2．在一定條件下，1molN2和3molH2混合后反應，達到平衡時測得平衡混合物的密度是同溫同壓下氫氣的5倍，則氮氣的轉化率是
。若在同一個容器中，在相同的溫度下，向容器中充入NH3，為使達到平衡時各成分的百分含量與上述平衡時相同，則起始時充入的NH3的物質的量為
。 試題詳情
三、計算題 恒溫下，將amolN2與bmolH2的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中，發生如下反應：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) （1）若反應進行到某時刻t時，nt（N2）=13mol，nt（NH3）=6mol，計算a的值。 試題詳情
（2）反應達平衡時，混合氣體的體積為716.8L（標準狀況下），其中NH3的含量（體積分數）為25%。計算平衡時NH3的物質的量。 （3）原混合氣體與平衡混合氣體的總物質的量之比（寫出最簡整數比，下同），n（始）∶n（平）=
。 （4）原混合氣體中，a∶b=
。 （5）達到平衡時，N2和H2的轉化率之比，α（N2）∶α（H2）=
。 （6）平衡混合氣體中，n（N2）∶n（H2）∶n（NH3）=
。 試題詳情
一、選擇題 1. BD 2. A 3. D 4. C 5. B 6. C 7. CD 8. AC 二、填空題 1.向右、不、向左、向右 2.30％、 2mol 三、計算題 （1）a=16 （2）8mol
（3）5：4
（4）2：3
久久精品免费一区二区视
| |
N2+3H2 2NH3+Q
思考：工業上生產H2SO4：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)為何不采用加壓方法？（因為在常壓下SO2的轉化率已達91%，不需要再加壓）
物理方法： 空氣
液態空氣
N2 