2022年高二化学 合成氨条件的选择知识精讲 人教版第二册

2022年高二化学 合成氨条件的选择知识精讲 人教版第二册【本讲教育信息】一. 教学内容：合成氨条件的选择 二. 重点、难点1. 使学生理解合成氨的化学原理，并能应用化学反应速率和化学平衡理论，选择合成氨的适宜条件，从而培养学生分析问题和解决问题的能力。2. 了解合成氨工业生产的主要流程。3. 向学生介绍我国解放后合成氨工业的发展情况，对学生进行爱国主义教育。三. 具体内容（一）原理 1体积 3体积 2体积（正反应放热）合成氨反应分析角度 反应要求外界条件使氨生成得快（从化学反应速率分析）使氨生成得多（从化学平衡分析）压强（高压）（高压）温度（高温）（低温）是否要用催化剂（使用）（不影响）（二）适宜条件的选择1. 压强。增大压强，有利于的合成，但在实际生产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产成本，降低综合经济效益。因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强是。2. 温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。但是温度越低，反应速率越慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素，在实际生产上，采用500的温度，此时催化剂的活性最大。3. 催化剂。由于分子非常稳定， 与 的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应还是十分缓慢。为了加快化合反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂。合成氨的化学反应原理可以用以下化学方程式表示：（三）综合分析：1. 增加与的体积比，并不断分离出，同时补充和的浓度。2. 增大压强为设备钢板能承受的程度，一般为。3. 由于催化剂活性的需要应掌握在500。【典型例题】例1 在某容积一定的密闭容器中，可逆反应：，符合下列图象（I）所示关系。由此推断对图象（II）的正确说法是（ ） A. ，Y轴表示A的转化率B. ，Y轴表示B的百分含量C. ，Y轴表示混合气体的密度D. ，Y轴表示混合气体的平均相对分子质量 I II解析：依图（I）中，确定P，看T1、T2曲线，先拐说明先达到平衡，由此可知；同样确定T，看P1、P2曲线，由先拐先平，可知；再观察曲线与纵坐标关系，可知当Tc%，则平衡向左移动，正反应为放热反应，Pc%，则平衡向右移动，。由图（I）所得结论，分析图II，可知y代表A的转化率，还可表示混合气体的平均相对分子质量。答案：A、D例2 将加入到V升的反应器中，在高温下放电，经建立了平衡体系： ，此时测知的转化率为30%，下列图象能正确表示气体的物质的量浓度（m）跟时间（t）的关系的是（ ） A B C D解析：根据题意可知如下几点：（1）O2转化率为30%。（2）开始反应器中无O3，经计算又可知，但平衡时，则A、B、D错误。答案：C例3 在容积不同的密闭容器内，分别充入同量的和，在不同温度下，任其发生反应：，并分别在t秒时测定其中的体积百分含量，如图。（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是 。（2）此可逆反应的正反应是 （反应）（填“放热”或“吸热”）。（3）A、C段的曲线是增函数，C、E段曲线是减函数，试从反应速率和化学平衡的角度说明理由： 。解析：首先弄懂此图的涵义，从0C是平衡前，由于正反应是放热反应，随反应进行，%，T升高，从CE是平衡时，T升高，平衡向移动，%下降。答案：（1）A、B；（2）放热；（3）C点生成%最高，是平衡点，在AC段平衡前，CE段升高温度，%含量减少，正向放热，升温平衡逆向移动。例4 合成氨所用的可由煤与水反应制得，其中有一步反应为，欲提高CO转化率可采用的方法有： 降低温度； 增加压强； 使用催化剂； 增大CO的浓度； 增大水蒸气的浓度；其中正确的组合是（ ）A. B. C. D. 只有解析：该反应是一个气体总体积不变的放热反应，欲提高CO的转化率，可设法使化学平衡向正反应方向移动，显然降低温度可以满足这一要求，增加水蒸气的浓度，平衡向正反应方向转动，CO的转化率也可以增大；但若增加CO的浓度，平衡虽然向右移动，但CO的总量增大，其转化率反而减小，增大压强的使用催化剂的操作只能加快反应速率，缩短达平衡的时间，而与平衡时CO的转化率无关。答案：B例5 下列事实不能用勒沙特列原理解释的是（ ）A. 加入催化剂有利于合成氨的反应B. 高压有利于合成氨的反应C. 500有利于合成氨的反应D. 将混合气体中的氨气液化有利于合成氨反应答案：AC解析：合成氨的反应是一个气体体积缩小的放热反应，加压能使平衡向生成氨的方向移动，升温不利于生成氨，但能使催化剂活性大，提高反应速率；将氨液化降低氨气浓度，平衡向生成氨气方向移动；催化剂只能提高反应速率，缩短达到平衡的时间。例6 在一定条件下，合成氨反应到达平衡状态，此时，再进行如下操作，平衡不发生移动的是（ ）A. 恒温、恒压时，充入NH3B. 恒温、恒容时，充入N2C. 恒温、恒压时，充入HeD. 恒温、恒容时，充入He解析：在一定温度下，向平衡混合气体中加入不参与反应的气体，若体积未改变，则对平衡无影响；若体积增大，则对平衡有影响，其影响情况与不加入该气体而增大体积时对平衡的影响情况相同。同时改变影响平衡的两个条件时，为使平衡移动情况变得有规律可循，一般需要设计另外一条到达同一平衡状态的途径，即先只改变其中一个条件，再改变另一个条件。该题需应用平衡移动原理对题给选项逐项分析。A项，充入NH3会改变NH3的浓度，对平衡有影响；为保持恒压，须增大体积，对平衡也有影响。为便于判断平衡移动的方向，可这样设想：先在恒温、恒容下充入NH3，这时由于NH3的浓度增大，平衡会向NH3分解的方向移动；再在恒温下增大体积（即减小压强），使压强与原平衡相等，这时平衡也会向NH3分解的方向移动所以，在恒温、恒压下充入NH3，会使平衡向NH3分解的方向移动。B项，在恒温、恒容下充入N2，会使N2的浓度增大、从而使平衡向生成NH3的方向移动。C项，He不参与化学反应，但在恒温、恒压下充入He，必须引起体积增大，这如同减小平衡混合气体的压强，平衡会向NH3分解的方向移动。D项，在恒温、恒容下充入He，由于平衡混合物中任一组分的浓度均未改变，所以平衡不移动。应选D。答案：D【模拟试题】（答题时间：40分钟）一. 选择题（每小题有一个或两个选项符合题意）1. 在N2+3H2 2NH3（正反应为放热）的平衡体系中，保持温度不变，充入氩气，使容器体积和压强均增大一倍，此时平衡将（ ）A. 不移动 B. 向正反应方向移动C. 向逆反应方向移动 D. 不能确定是否移动2. 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. B. C. D. 3. 在合成氨工业中，实现下列目的变化过程中与平衡移动无关的是（ ）A. 为增加NH3的日产量，不断将NH3分离出来B. 为增加NH3的日产量，使用催化剂C. 为增加NH3的日产量，采用500左右的高温D. 为增加NH3的日产量而采用21075107Pa的压强4. 在带有活塞的密闭容器中压入5molH2和5molN2，在某温度下经反应生成2mol NH3，若此时容器的压强不变，则容器体积是反应前的（ ）A. 2倍B. 1.5倍 C. 0.8倍 D. 0.5倍5. 合成氨所需的氢气由煤与水发生反应制得，其中一步反应为：CO+H2OCO2+H2（正反应为放热），要使CO转化率提高，可采用下列措施中的（ ）A. 增大水蒸气的浓度 B. 增大CO的浓度C. 降低温度 D. 增大压强6. 将含1mol NH3的密闭容器a加热，部分NH3分解，并达到平衡，此时NH3的体积分数是x。若在该容器中加入2mol NH3后密封，加热到相同温度，使反应达到平衡时，设此时NH3的体积分数为y，则x和y的正确关系是（ ）A. xy B. xy C. x= y D. xy7. 在一定条件下，可逆反应x（气）+3y（气）2z（气）达到平衡时，有37.5的y转化为z，有25的x转化为z。则起始时，充入容器中的x和y的物质的量之比为（ ）A. 1:3 B. 3:1 C. 3:2D. 1:28. 在固定容积的密闭容器中，氮与氢合成氨的反应达到了平衡，此时容器中含有0.1mol N2、0.3mol H2和0.1mol NH3，若维持原来的条件，向该容器中再同时加入0.1mol N2、0.3mol H2和0.1mol NH3，则（ ）A. 正、逆反应速率同时增大，化学平衡不移动B. 正、逆反应速率同时增大，混合气体中NH3的体积分数增大C. 正、逆反应速率同时增大，化学平衡向逆反应方向移动D. 正、逆反应速率不变，化学平衡不移动9. 下面是合成氨的简要流程示意图：沿X路线回去的物质是（ ）A. N2和H2 B. 催化剂 C. NH3 D. H210. 工业上用以合成氨的原料气氢气，来源之一是取自石油气，如用丙烷在一定条件下与水反应：C3H8+H2OCO2+H2，按此原理1mol丙烷最多可制氨气约为（ ）A. 4molB. 10mol C. 2.7mol D. 6.6mol二. 填空题11. 工业上合成氨的反应为N2（气）+3H2（气）2NH3（气）反应放热92.4kJ。（1）使用铁触媒作催化剂是为了_。（2）通常采用2107Pa5107Pa的压强，原因是_。（3）选择500左右的温度进行反应，是由于_。（4）将生成的氨及时从混合气中分离出来，原因是_。12. 在标准状况下，将67.2L氮气和44.8L氢气混合，在一定条件下使之反应合成氨气，反应达到平衡时，测得反应后的混合气体中氨的体积分数为30。（1）平衡时反应混合物在标准状况下的总体积是_。（2）平衡时混合气体中氮气的体积分数是 。13. 合成氨工业采用高压条件进行反应；接触法制硫酸工业采用常压条件进行反应，其理由是_。三. 计算题14. 将N2和H2按一定比例混合，在相同状况下其密度是H2的3.6倍。取0.5mol该混合气体充入密闭容器内，使之发生反应并在一定条件下达到平衡。已知反应达平衡后容器内压强是相同条件下反应前压强的0.76倍。试求：（1）反应前混合气体中N2和H2的体积比；（2）达到平衡时混合气体中氨的物质的量；（3）平衡时N2的转化率。15. 在密闭容器中充入体积比为1:3的N2、H2，平衡时测得混合气体中NH3的体积分数为20，则此时容器内的压强与开始时的压强比是多少？16. 有平均式量为8.5的氢氮混合气体，通过合成塔后出来的混合气体的平均式量为9.4，求H2的转化率。【试题答案】一. 1. C 2. D 3. B、C 4. C 5. A、C 6. B 7. D 8. B 9. A 10. D二. 11.（1）提高反应速率。（2）该反应是一个气体体积数减小的反应，增大压强，有利于平衡向右移动。（3）合成氨的反应是放热反应，温度升高，不利于氨的生成，但温度过低，反应速率很慢，故需采用500左右的适宜温度，且500左右时催化剂的活性最大。（4）减小生成物氨的浓度，有利于化学平衡向右移动。12.（1）86.2L（2）62.9613. 合成氨的反应是一个气体体积减小的反应，高压有利于平衡向右移动，制SO3的反应：2SO2+O2 2SO3尽管也是一个气体体积减小的反应，但在常压下SO2的转化率已较高。三. 14. （1） （2） （3） 15. 16. 19.15%