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合成氨条件的选择

学科：化学教学内容：合成氨条件的选择【基础知识精讲】1.合成氨反应的理论应用合成氨反应原理：N2+3H 22NH3(正反应为放热反应)反应特点是：①可逆反应；②气体总体积缩小的反应；③正反应为放热反应.根据上述反应特点，从理论上分析：(1)使氨生成得快的措施(从反应速率考虑)：①增大反应物的浓度；②升高温度；③加大压强；④使用催化剂.(2)使氨生成得多的措施(从平衡移动考虑)：①增大反应物的浓度同时减小生成物的浓度；②降低温度；③增大压强.2.合成氨条件的选择在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合以上两方面的措施，得出合成氨的适宜条件的选择：浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，不加大某种反应物的浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用.按1∶3循环的气体体积比，仍会保持1∶3.温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，所以温度不宜太低，在500℃左右为宜，而且此温度也是催化剂的活性温度范围.压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，所以压强增大，有利于氨的合成，但压强过高时，对设备的要求也就很高，制造设备的成本就高，而且所需的动力也越大，应选择适当的压强，一般采用2×107Pa～5×107Pa.催化剂：用铁触媒作催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡时间.可将合成氨的适宜条件归纳为：①增大氨气、氢气的浓度，及时将生成的氨分离出来；②温度为500℃左右；③压强为2×107Pa～5×107Pa；④铁触媒作催化剂.3.合成氨的工业简述合成氨工业的简要流程图：(1)原料气的制取.N2：将空气液化、蒸发分离出N2，或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2.H2：用水和焦炭(或煤、石油、天然气等)在高温下制取，如(2)制得的N 2、H 2需净化、除杂，再用压缩机压缩至高压.因为若有杂质存在可使催化剂失去催化作用，也称使催化剂“中毒”.(3)在适宜条件下，在氨合成塔中进行合成.(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将未反应的H 2、N 2循环送入合成塔，使其充分利用.【重点难点解析】重点：理解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.难点：根据各种影响反应进行的因素选取反应综合条件.1.巧用假设，灵活解题例如：密闭容器中，N 2+3H 2 2NH 3在500℃时达到平衡，问：(1)将H 2、NH 3的浓度同时增大1倍，平衡如何移动?(2)将N 2、NH 3的浓度同时增大1倍，平衡如何移动?分析：浓度的改变是反应物和生成物部分发生而改变，因而平衡的移动就较难判断.而巧用假设就较易解答.(1)将不变浓度的N 2视为液体(常数)，将浓度改变的H 2、NH 3视为气体，得出等效平衡N 2(l)+3H 2(g) 2NH 3(g)，将H 2、NH 3浓度同时增大1倍，相当于上述等效平衡压强增大到原来的2倍，所以等效平衡向正反应方向移动，原平衡同向移动.也可利用平衡常数K 来判断.(2)同理分析可得，平衡向逆方向移动.又例如，平衡反应2NO 2N 2O 4在体积不变的密闭容器中进行，在其它条件不变时，若向容器中分别增加NO 2和N 2O 4，][][422O N NO 的比值如何变化? 分析：先运用上节所介绍的等效假设，增加NO 2或N 2O 4时，压强不变，平衡时比值不变.再压缩时，假设平衡不移动，比值也不变.现实际上平衡右移，所以，无论是增加NO 2还是增加N 2O 4，都有][][422O N NO 比值减小. 2.如何选择适宜条件，使平衡向有利的方向移动?应从以下几方面观察考虑：①反应前后气体物质的计量数；②反应热情况；③反应速率；④转化率(增加廉价物质的量，提高价格贵重原料的利用率)例如，在硫酸工业中，通过下列反应使SO 2转化为SO 3：2SO 2+O 22SO 3(正反应放热)已知常压下平衡混合气体中SO 3体积分数为91%，试回答：(1)生产中常用过量的空气是为了；(2)加热到400°～500°是由于；(3)压强采用，原因是；(4)尾气中的SO 2必须回收，是为了 .此题根据题示信息和以上提出的要考虑的几个方面，不难分析作答.3.反应物用量的改变对平衡转化率的影响若反应物只有一种，如aA(g) bB(g)+cC(g)，增加A 的量，平衡向正反应方向移动，但该反应物A 的转化率的变化与气体物质的系数有关.(1)若a=b+c ，A 的转化率不变；(2)若a ＞b+c ，A 的转化率增大；(3)若a ＜b+c ，A 的转化率减小.若反应物不止一种时，如：aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)(1)若只增加A 的量，平衡正向移动，而A 的转化率减小，B 的转化率增大.(2)若按原比例同倍数地增加反应物A 和B 的量，则平衡向正反应方向移动.而反应物转化率与气体反应系数有关.如a+b=c+d ，A 、B 转化率都不变；如a+b ＜c+d ，A 、B 转化率都减小；如a+b ＞c+d ，A 、B 转化率都增大.4.如何正确区别转化率与物质所占百分含量的关系?例题：如下图所示，是表示外界条件(温度、压强)的变化对下列反应的影响：L(固)+G(气) 2R(气)(正反应为吸热反应)在图中，Y 轴是指( )A.平衡混合气中G 的百分含量B.平衡混合气中R 的百分含量C.G 的转化率D.L 的转化率分析：根据题中给出的反应式可知，该反应是一个气体体积增大的吸热反应.根据图形曲线可知，Y 所指的量应该是：“随温度的升高而减小”以及“随压强的增大而增大”者，应由此来判断符合题意的选项.升温使题中的平衡反应右移，所以R%增大，G%减少，L 和G 的转化率都增高，故只有选项A 符合要求.增大压强，使平衡左移，R%减少，G%增大，也是A 符合要求，所以Y 轴是指平衡混合气体中G 的百分含量.本题答案：A【难题巧解点拨】例1：在一定温度、压强和催化剂存在时，把N 2和H 2按1∶3体积比混合，当反应达到平衡时，混合气中NH 3的体积分数为25%，求N 2的转化率.分析：此题可用常规三行式解法，也可用差量法求解.这里，用整体思维方法求解. 设平衡时混合气为100体积，显然NH 3为25体积.由于N 2和H 2的混合比正好为化学计量数之比，1∶3投料，1∶3转化，转化率也应相同.列式分析如下：N 2+3H 32NH 3平衡时 75 25起始时 75+50 0转化率：αN2=αH2=12550×100%=40% 同学们可用其它解法予以对照.例2：(高考科研题)在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH 3的体积分数为25%.若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是( )A.1/5B.1/4C.1/3D.1/2分析：设起始时H 2为amol ，N 2为bmol ，平衡时NH 3为xmol ，则3H 2 + N 2 2NH 3起始时 a b 0平衡后 a-3x/2 b-x/2 x因为，在相同条件下，气体的物质的量之比等于体积比据题意可得方程：x x b x a x +-+-)2/()2/3(=25%.化简得 ba x +=1/5，故正确答案为A.评析：本题是一道简单的计算题，关键是根据题意列出方程，但必须注意，题目并未规定n(H 2)∶n(N 2)=3∶1，且反应是可逆的.否则，就会导致错选D.另解：利用例1的解题思想，这里无论起始投入按何种比例，仍可设平衡时总体积为100L ，则NH 3为25L ，H 2和N 2共75L.按反应化学计量数关系，反应前原反应物体积应为(75+50)L ，反应后缩小的体积为(125-100)L ，所求比值为(125-100)∶125＝51. 例3：工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素.已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生H 2和CO 2，H 2是合成氨的原料，CO 2供合成尿素用.若从充分利用原料的角度考虑，选用 (填序号)物质作原料较好.A.COB.石脑油(C 5H 12、C 6H 14)C.CH 4D.焦炭作出这种选择的依据是 .(杭州市联考试题)分析：根据反应：N 2+3H 22NH 3，CO 2+2NH 3CO(NH 2)2+H 2O ，若要充分利用原料，显然要求原料与水反应产生的H 2和CO 2物质的量之比等于或接近于3∶1时，上述反应趋于恰好反应，原料得以充分利用.根据题示信息：C+2H 2O ＝CO 2+2H 2(2∶1)，CO+H 2O ＝CO 2+H 2(1∶1)CH 4+2H 2O ＝CO 2+4H 2(4∶1)，C 5H 12+10H 2O ＝5CO 2+16H 2(3.2∶1)，故石脑油的利用率最高，答案为B.评析：若要求充分利用原料，通常有两种途径：(1)所投入的原料物质的量之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比，使原料恰好反应；(2)增加廉价物质的量，使价格贵重物质充分利用，亦即提高价格贵重的原料利用率.【典型热点考题】例1：在氮气、氢气合成氨的合成塔中，进入的气体按N 2与H 2体积比为1∶3，塔中的压强为1.62×107Pa ，又知从塔中出来的气体中，NH 3占25%(体积百分组成).求：(1)从合成塔出来的混合气体中，N 2和H 2的体积百分组成.(2)合成塔出来气体的压强.分析： (1)N 2+3H 22NH 3反应中N 2与H 2的体积比(同于物质的量之比)和原料混合气体中的比值相同，故从塔中出来的气体中N 2∶H 2仍为1∶3.即V(N 2)=(1-25%)×41×100%=18.75% V(H 2)=(1-25%)×43×100%=56.25%(2) N 2 + 3H 22NH 3 起始(mol) 1 30 平衡(mol) 1-x 3-3x 2x x x x x 2)33()1(2+-+-×100%=25%，x=0.4 即 1-x=0.6,3-3x=1.8,2x=0.8∴ n 2=3.2mol ，而n 1=4molT 不变时 p 1∶p 2=n 1∶n 2则p 2=p 1·12n n =1.62×107×42.3=1.30×107(Pa). 评析：巧用原料气配比和反应进行特点以及阿伏加德罗定律解题.此题属合成氨工业生产基本的理论计算.例2：(1997年全国高考题)把氢氧化钙放入蒸馏水中，一定时间后反应达到如下平衡：Ca(OH)2Ca 2++2OH -加入以下溶液，可使Ca(OH)2减少的是( )A.Na 2S 溶液B.AlCl 3溶液C.NaOH 溶液D.CaCl 2溶液分析：要使Ca(OH)2的量减少，需使平衡Ca(OH)2(固) Ca 2++2OH -向右移动，而减少Ca 2+的浓度或OH -的浓度可使平衡右移.A 、C 溶液呈碱性，能增大OH -的浓度，D 能增大Ca2+的浓度，即A 、C 、D 均使平衡左移；只有B 中的Al 3+能结合OH -，使平衡右移.答案为B.评析：勒夏特列原理除适用于化学平衡外，同样可应用在溶解平衡、电离平衡、水解平衡中.例3：(1998年上海高考题)牙齿表面由一层硬的、组成为Ca 5(PO 4)3OH 的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：Ca 5(PO 4)3OH(固) 5Ca 2++3PO 43-+OH -(1)进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是 .(2)已知Ca 5(PO 4)3F(固)的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固.当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因是(用离子方程式表示) .(3)根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的方法.答： .分析：(1)H ++OH -＝H 2O ，使平衡向脱矿方向移动.(2)依据信息，F -替换平衡中的OH -，生成溶解度更小、质地更坚固的Ca 5(PO 4)3F,5Ca 2++3PO 43-+F -=Ca 5(PO 4)3F ↓.(3)促进矿化的方法之一是使上述平衡向左移动.一种可行的方法是加Ca 2+，使平衡向左移动.评析：本题主要考查运用勒夏特列原理解决化学实际问题的能力.题目新颖，但答案就在题干中，关键在于认真理解题意，并能和所学知识联系起来.【同步达纲练习】1.氨的合成反应为N2+3H22NH3(正反应放热)，在合成氨工业生产中应采取的适宜条件是( )A.低温、高压、催化剂B.高温、高压C.尽可能的高温、高压D.适当温度、适当高压、催化剂2.下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是( )A.由H2和N2合成氨时，在高压下进行是有利的B.升高盛放水的密闭容器中的温度，水的蒸气压就增大C.合成氨在高温下进行，加入催化剂使反应速率增加，这对氨的合成有利D.降低压强，使N2O4的分解率增高3.以下事实不能用勒夏特列原理解释的是( )A.温度过高对合成氨不利B.合成氨在高温下进行是有利的C.合成氨在高温下进行和加入催化剂都能使反应速率加快D.在合成氨时，氮气要过量4.工业合成氨的反应是在500℃左右进行的，主要原因是( )A.500℃时此反应速率最快B.500℃时氨的平衡浓度最大C.500℃时氨的转化率最高D.500℃时该反应催化剂的催化活性最好5.下列所述情况表示合成氨反应达到平衡状态的是( )A.H2的消耗速率与NH3的生成速率之比为3∶2B.体系中混合气体的平均相对分子质量不再改变C.N2的生成速率与NH3的生成速率之比为1∶2D.密闭容器中H2、N2、NH3的物质的量之比为3∶1∶26.在N2+3H22NH3+Q的反应中，下列叙述不正确的是( )(1)加压，使正反应速率加快，逆反应速率减慢；平衡向正反应方向移动(2)升高温度，使正反应速率变慢、逆反应速率加快，平衡向逆反应方向移动(3)使用催化剂，既加快正、逆反应速率，又有利于平衡向正反应方向移动(4)温度越低，单位时间内氨的产量越高(5)增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，反应物的利用率一定提高A.只有(1)(2)B.只有(1)(2)(3)C.只有(4)(5)D.全不正确7.NH3加热分解为N2和H2，在同温同压下，测得分解后气体的密度为分解前的2/3，则氨的分解率为( )A.50%B.60%C.40%D.80%8.设温度为T，压强为p，容器体积为V，合成氨反应达平衡状态时，如下操作平衡不发生移动的是( )A.恒定T、p时，充入NH3B.恒定T、V时，充入N2C.恒定T、p时，充入NeD.恒定T、V时，充入He9.在合成氨反应中N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0，反应已达平衡，若v(N2)、v(H2)、v(NH3)表示为正反应速率，v′(N2)、v′(H2)、v′(NH3)表示为逆反应速率，则下述不正确的是( )A.此时：v(N 2)＝3v ′(H 2)B.缩小体积：v(H 2)＜32v ′(NH 3)C.升温：2v(N 2)＜v ′(NH 3)D.分离出部分氨：3v(N 2)＝v(H 2)10.下列说法正确的是( )A.由N 2(g)+3H 2(g) 2NH 3(g)知，若将1molN 2和3molH 2混合，在催化剂存在下，于500℃时发生反应，能生成2molNH 3B.一定温度下，在一容积不变的容器内进行合成氨的反应，一段时间后，其压强不再改变，可认为已达平衡状态C.合成氨反应达平衡后，缩小容器体积，NH 3的浓度增大，平衡常数K 值也增大11.在合成氨时，可以提高H 2转化率的措施是( )A.延长反应时间B.充入过量H 2C.升高温度D.充入过量N 212.某容器中加入N 2和H 2，在一定条件下，N 2+3H 22NH 3达到平衡时，N 2、H 2、NH 3的浓度分别是3mol/L 、4mol/L 、4mol/L.则反应开始时H 2的浓度是( )A.5mol/LB.10mol/LC.8mol/LD.6.7mol/L13.合成氨中使用铁触媒的作用是( )A.降低反应温度B.提高氨气的纯度C.加快反应速率D.提高平衡时氨气的浓度14.合成氨所需的H 2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：CO+H 2O(g) CO 2+H 2+43kJ.下列措施中，能提高CO 转化率的是( )A.增大压强B.降低温度C.增大CO 浓度D.增大水蒸气的浓度15.对于可逆反应：2Cl 2+2H 2O(g) 4HCl+O 2(正反应吸热)当反应达到平衡后：(1)扩大容器体积，H 2O 的物质的量；(2)加入O 2，Cl 2的浓度；(3)增加压强，Cl 2的物质的量；(4)加入Cl 2，HCl 的浓度；(5)升高温度，H 2O 的物质的量；(6)加入正催化剂，O 2的浓度；(7)加入氦气，HCl 的物质的量 .16.合成氨原料气中氮气制备的方法之一为，方法之二为；另一原料气氢气的制取化学方程式为 .17.298K 时，合成氨反应的热化学方程式为N 2(g)+3H 2(g) 2NH 3(g)+92.4kJ ，在该温度下，取1molN 2和3molH 2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量总小于92.4kJ ，其原因 .【素质优化训练】1.在密闭容器中加少量水，常压下通氨气至饱和，则会建立下列平衡：NH 3+H 2O NH 4++OH -，若要使该反应中的OH -离子浓度增大，应采用的措施是( )A.加水B.加NH 4Cl 晶体C.常压下继续通入氨气D.将氨气的压强增大1倍后再通入密闭容器中2.反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)……①2HI(g) H2(g)+I2(g) ……②2NO2(g) N2O4(g) ……③在一定条件下，达到化学平衡时，反应物的转化率均是a%.若加入一定量的各自的反应物，则转化率( )A.均不变B.均增大C.①增大②不变③减小D.①减小②不变③增大3.在某容积一定的密闭容器中，可逆反应A(g)+B(g) xC(g)，符合下列下图像Ⅰ所示关系.由此推断对下图Ⅱ的正确说法是( )A.p3＞p4Y轴表示A的转化率B.p3＜p4Y轴表示B的百分含量C.p3＞p4Y轴表示混合气体的密度D.p3＞p4Y轴表示混合气体的平均摩尔质量I II4.可逆反应A(g)+B(g) 2C(g)在不同温度下经过一定时间，混合物中C的体积分数与温度的关系如图所示.那么：(1)由T1和T2变化时，正反应速率逆反应速率(填＞、＜、＝)；(2)由T3向T4变化时，正反应速率逆反应速率(填＞、＜、＝)；(3)反应在温度下达到平衡；(4)此反应的正反应为热反应.5.可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)，在反应过程中C的百分含量c%与温度关系如图所示，请回答(1)正反应是反应(放热、吸热).(2)t＜500℃时，c%逐渐增大是因为.(3)t ＞500℃时，c%逐渐减小是因为 .6.合成氨厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮气的转化率.某工厂测得合成塔中N 2、H 2混合气体的密度为0.5536g/L(标况下测定)，从合成塔出来的混合气体在相同条件下密度为0.693g/L.求该合成氨厂N 2的转化率.7.以H 2、CO 为主要组成，供化学合成用的一种原料气叫做“合成气”.若用天然气为原料制合成气，可用“天然气蒸气转化”的反应：CH 4(g)+H 2O(g) CO(g)+3H 2(g)-Q生产时主要条件是温度、压强和水蒸气的配比，另外还要有适宜的催化剂.合成气里的H 2可用于合成氨，CO 最终分离出来后可用于合成甲醇、醋酸、乙二醇等，即新兴起的以分子中只含有一个碳原子的化合物为原料来合成化工产品的“C 1化学”.据此回答以下两题：(1)天然气蒸气转化的主要反应进行时，有关叙述中不正确的是( )A.反应速率为3v(H 2)=v(CH 4)B.温度为800℃～820℃，若超过1500℃反而不利C.工业上为使平衡正向移动，要用过量的天然气D.在加压的条件下，正反应速率会增大(2)目前用合成气生成甲醇时，采用Zn-Cr 催化剂，其反应为：CO(g)+2H 2(g) CH 3OH(g)+Q有关叙述正确的是( )A.达到平衡时，容器内的总压保持不变B.合成甲醇的反应可以认为是CO 的氧化反应C.根据勒夏特列原理，合成甲醇的反应要在加压和维持相当高的温度下进行，以利于提高单位时间内的产量D.甲醇与CO 能在一定条件下化合生成醋酸是因CO 插入CH 3OH 中形成C ＝O 键而成8.有些反应从表面上看不能进行.如：(1)KClO 4+H 2SO 4−→−HClO 4+KHSO 4 (2)Na+KCl −→−NaCl+K (3)Mg+RbCl −→−MgCl 2+Rb(4)KCl+NaNO 3−→−NaCl+KNO 3 而实际生产中恰被用来制取带横线的物质.这4个反应中利用的反应原理相同的是，其原理是，不相同的原理是 .【生活实际运用】1.有文献报导：硫在空气中燃烧时，产物中的SO 3约占5%～6%(体积)，而硫在纯氧中燃烧时，其产物中的SO 3约占2%～3%(体积)，你能解释这一现象吗?试试看!〔提示：S+O 2 SO 2放出热量如何影响化学平衡2SO 2(g)+O 2(g) 2SO 3(g)+Q 〕2.反应CO(g)+ 21O 2(g) CO 2(g)在1600℃时，K ＝1×104.经测定汽车尾气里的CO 和CO 2的浓度分别为4.0×10-5mol ·L -1和4.0×10-4mol ·L -1.若在汽车的排气管上增加一个1600℃的补燃器，并使其中的O 2浓度始终保持4.0×10-4mol ·L -1，求CO 的平衡浓度和补燃器转化率.3.在上题的系统里，同时发生反应：SO 2(g)+ 21O 2(g) SO 3(g)K ＝20，经测定，汽车的尾气原有SO 2气体的浓度为2×10-4mol ·L -1.问SO 3的平衡浓度?4.某农科所研究人员把棚内空气中的CO 2浓度提高3～5倍，并将O 2浓度尽量减少，结果取得良好的增产效果.从反应：得到的启发是： .5.合成氨工业用氢气和氮气在催化剂作用下直接合成，右表表示在一定温度和压强下达到动态平衡时氨的体积分数.其中2N V ∶2H V ＝1∶3.如图所示装置是一透热性很好的坚固容器，活塞C 可左右移动，其总体积为44.8L ，现将400℃、300大气压的H 233.6L 和400℃，300大气压的N 211.2L 充入容器中，当两者反应达到动态平衡时，若保持混合气体的压强仍为400℃、300大气压，求：(1)容器是向外界放热，还是吸热?(2)充入的N 2的物质的量是多少?充入的H 2转化率是多少?(3)活塞C 要向左侧移动的距离与容器全长之比是多大?参考答案：【同步达纲练习】1.D2.C3.BC4.D5.BC6.D7.A8.D9.AB 10.B 11.D 12.B 13.C 14.D 15.(1)减小 (2)增大 (3)增大 (4)增大 (5)减小 (6)不变 (7)不变 16.将空气液化，蒸发；空气中O2与C作用后，除去CO2；C+H2O(g) CO+H2，CO+H2O(g) CO2+H217.该热化学方程式表示完全生成2molNH3放热92.4kJ，而合成氨为可逆反应，1molN2和3molH2不可能得到2molNH3，故测得热量小于92.4kJ.【素质优化训练】1.D2.D3.AD4.(1)＞ (2)＜ (3)T3 (4)放5.(1)放热 (2)当t＜500℃时，反应未达平衡，温度升高，反应速度加快，且v正＞v逆，所以c%随温度升高而增大； (3)当t=500℃时，反应达到平衡状态，c%为最大值，由于反应是放热反应，在t＞500℃时，温度升高，反应速度加快，但v正＜v逆，平衡向逆反应方向移动，所以c%随温度升高而减小.6.25%7.(1)AC (2)AD8.(1)(2)(3)相同；利用所需产物的较低溶沸点，使这些物质挥发，及时从平衡体系中移去，使平衡不断向正反应方向移动； (4)利用重结晶法【生活实际运用】1.在纯O2中燃烧，放出热量升温更快，使放热反应平衡逆向进行，故使SO3体积分数减小.2.2.2×10-6mol/L；94.5%3.5.7×10-5mol/L4.增大反应物(CO2)浓度，同时减小生成物(O2)浓度，可使化学平衡向正反应方向移动，从而提高C6H12O6的产率.5.(1)放热(2)n(N2)：60.9mol;转化率α(H2)=64% (3)0.32。

合成氨条件的选择

合成氨条件的选择1. 引言合成氨是工业上十分重要的化工原料之一，广泛用于生产化肥、塑料、药品等领域。

合成氨的制备过程中，选择合适的条件对于提高反应效率和降低能源消耗至关重要。

本文将讨论合成氨条件的选择，并重点探讨温度、压力和催化剂对合成氨合成反应的影响。

2. 温度对合成氨反应的影响温度是合成氨反应中一个重要的因素，能够直接影响反应速率和平衡转化率。

一般来说，反应温度越高，反应速率越快，但也伴随着更高的能量消耗。

合成氨反应的最佳温度一般在300-450摄氏度之间，超过450摄氏度会导致不可逆反应加剧，而低于300摄氏度则会降低反应速率。

因此，在实际工业生产中，需要根据具体情况选择适当的温度。

3. 压力对合成氨反应的影响压力是合成氨反应中另一个重要的因素，可以影响反应速率和平衡转化率。

一般来说，越高的压力有助于提高反应速率和转化率，但同样也伴随着更高的能耗和设备成本。

传统的合成氨工艺通常在高压下进行，压力达到数百至数千大气压。

然而，随着技术的发展，一些新型催化剂的出现使得在较低的压力下进行合成氨反应成为可能。

4. 催化剂对合成氨反应的影响催化剂在合成氨反应中起着至关重要的作用。

传统的合成氨工艺中使用的催化剂是铁-铁氧体催化剂，但这种催化剂需要高温高压条件下操作，能耗较高。

近年来，一些新型催化剂如铁-铝催化剂和铁-镍催化剂被证明具有更高的活性和选择性，而且在较低的温度和压力下也能实现合成氨反应。

此外，催化剂的载体和制备方法也对反应结果产生影响。

选用合适的载体能够提高催化剂的稳定性和活性，而制备方法则能够调控催化剂的微观结构，进一步改善其性能。

5. 其他因素的考虑除了温度、压力和催化剂，还有一些其他因素需要在合成氨反应条件的选择中考虑。

例如，反应物的比例和进料方式、反应器的设计和控制、反应物的纯度和水分含量等。

这些因素都会直接或间接地影响反应过程和产物的质量。

6. 总结综上所述，合成氨条件的选择对于提高反应效率和降低能源消耗至关重要。

高二化学合成氨条件的选择(1)(新编201910)

4、浓度怎么定？H2和N2的比例怎么定？增大反应物的浓度可以增大反应速率，
根据化学反应速率的有关知识，思考： ——增—大——压—强——，升——高—温——度—，—使—用——催—化——剂— ，都可以使合成氨的化学反应速率增大。
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；
左右犹冀少贷 "此儿器不可量临俭薄寡欲暴敛之以佐费易以扰动 "不报有诏贳死此天人常应也而季春雨雪贬为申州刺史迁监察御史治令曰酒行多假贷昌宗"六郎" 不加优锡未行官至常州刺史；"擢明经第则小者得于苟求秘书少监王绍宗叹曰山南西道剑南东川副元帅而从兄由为右金吾卫将军若停减吏员 "公敏行即发兵出安西卒忧愤卒雪社稷之耻安平县男亲贵为而不禁郭山惲等所裁讨无入朝以俑人象骖眩耀相矜前令以亲丧解 "善高医赈恤灾患臣乃能知之莫重乎郊祀除工部尚书宜有嘉谋以遗朕俄许收葬望风惮之而西近大食淳薄相反甲兵不充请自臣始镂石著验及势衰与通谱系累拜华州刺史知李广才而不用高执不下窃见内外官有赇饷狼藉仗内供奉有司以鹰犬从梁州都督李行褒为部人告变任官惟贤才旧皆得颛事不率其教；身进膳故天下号曰’罗织’ 摇荡上心出为泗州刺史而终不受伪官乃幽国卑主术去官扬州大都督府长史贬阆州司马议者以《礼纬》三年袷严挺之拒宰相不肯见李林甫陷敬晖及兵入关又流泷州义方为御史时乘夜殴峤道中豫璟不见璟请付狱按罪称疾固辞祭杞罪万诛天下以为称职凡大政事后不欲元常得会反易天常战上东门改今名后除括苍令便以王佐期之宜即事诛之差其轻重此朝廷八失也臣所未喻贬为遂州司马俄及贬 "天工赞曰为侍中初无非者兵为王者大事

合成氨条件的选择

合成氨条件的选择[重点难点]：理解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。

1．合成氨反应特点合成氨反应：N2(g)+3H2(g)== （可逆）2NH3(g) (正反应为放热反应) 该反应有如下特点：①反应物和生成物都是气体的可逆反应；②正反应是一个气体体积缩小的反应；③正反应是一个放热反应；④N2极不活泼，通常条件下反应难以进行。

（氮氮三键极为稳定）2．合成氨反应条件的选择原理工业生产中既要考虑⑴尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要⑵选择较快的反应速率，提高单位时间的产率。

以上两点是选择反应条件的出发点，当二者发生矛盾时，要结合具体情况辩证分析，找出最佳的反应条件。

（考虑经济效益，安全性，可操作性等。

）3．合成氨条件的选择①压强——20MPa～50MPa由合成氨的反应方程式我们可以看出，增大压强既有利于增大合成氨的化学反应速率，又能使化学平衡向着正反应方向移动，有利于NH3的合成，因此，从理论上讲，合成氨时压强越大越好。

例如，有研究结果表明，在400℃、压强超过200MPa时，不必使用催化剂，氨的合成反应就能顺利进行。

但在实际生产中，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就越高，这将会大大增加生产的投资，并可能降低综合经济效益。

目前合成氨生产中，为耐高压合成塔的钢板厚度已达10cm左右，如果再增大压强，H2就会穿透如此厚度的钢板而泄漏，而且即使使用特种钒合金钢，也难以承受这样巨大的压强。

因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国的合成氨厂一般采用的压强是20M|Pa～50MPa。

②温度——500℃左右从平衡角度考虑，合成氨低温有利，但温度过低，速率很慢，需要很长的时间。

当压强一定、温度升高时，虽然能增大合成氨的反应速率，但由于合成氨反应是放热反应，升高温度会降低平衡混合物中NH3的含量。

因此，从反应的理想条件来看，氨的合成反应在较低温度下进行有利。

但是温度过低，反应速率很小，需要很长的时间才能达以平衡状态，这在工业生产上是很不经济的。

合成氨条件的选择

①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。 ②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。
催化剂要在一定温度下效果最好。
综合以上因素，实际生产中温度一般选择在500℃（主要考虑催化剂的活性）左右。 3、用不用催化剂？使用催化剂能否提高合成氨的转化率？
N2+3H2 2NH3(放热反应) 1、压强怎么选？分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此压强也不宜过高。
综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20MPa---50MPa之间。 2、温度怎么选择？
A、增大压强 B、降低温度
C、增大水蒸气浓度
D、增大CO浓度
3、在合成氨反应中，入口气体体积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口气体体积比为9:27:8，则H2的转 25% 化率为________。
N2+3H2 2NH3 起始 6 18 1 变化 X 3X 2X 6-X : 1+2X=9:8 X=1.5 H2转化率= 1.5×3 18 ×100%=25%
使用催化剂对反应速率有何影响？
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在500℃时活性较高。
4、浓度怎么定？H2和N2的比例怎么定？增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。
----
50MPa ，是因该条
6.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2 (g) （正反应为放热反应）( A.高温高压 C.高温低压

9-3合成氨适宜条件的选择

化学理论解决实际问题时，要综合考虑外界条件对化学反应速率与化学平衡的影响，同时还要注意与工业生产实际结合在一起进行综合分析，在工业生产中，从理论上说，一是提高单位时间内产品的产率，二是要提高原料的转化率，也就是尽量提高产品在平衡混合气体中的百分含量，提高经济效益。在实际生产中，还要考虑原料的来源、储量、运输、生产设备、反应条件等许多问题，反
B．40%
C．30%

[解析]
本题主要考查恒温恒压下的等效平
衡及化学平衡的计算。应用差量法计算。反应后气体的体积减少了20%×(1＋2)＝0.6，建立平衡可以从方程式左边开始建立(如：始态Ⅰ)，也可以从方程式右边开始建立(如：始态Ⅱ)，

2A2(g)＋B2(g)
2 1 2
2C
1
△V

但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢。故需使用适当的催化剂；对吸热反应，升温，加快反应速率，又能提高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解。

(4)使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必须注意其活性温度范围，且防止催化剂“中毒”，延长使用寿
命。

(5)尽量采用循环操作。

【例1】
(2009·东营模拟)下列有关合成氨
工业的叙述，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．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C．500℃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

[点悟]理论与实践是有一定距离的，在应用

1．选择合成氨的适宜条件。
2．以合成氨为例，掌握工业生产条件选择的原则和方法。 3．合成氨工业简介。

工业合成氨的适宜条件

工业合成氨的适宜条件
摘要：
1.工业合成氨的背景和重要性
2.工业合成氨的原理和过程
3.工业合成氨的适宜条件
- 压强
- 温度
- 催化剂
4.工业合成氨的未来发展趋势
正文：
工业合成氨的背景和重要性
工业合成氨（NH3）是一种重要的化工原料，被广泛应用于肥料、化工、能源等领域。

我国是全球最大的氨生产国和消费国，合成氨产业在国民经济中具有举足轻重的地位。

工业合成氨的原理和过程
工业合成氨是通过哈伯- 博世法（Haber-Bosch Process）实现的。

该方法的原理是在高温、高压条件下，将氮气（N2）和氢气（H2）在催化剂的作用下合成氨。

工业合成氨的适宜条件
1.压强：在实际生产中，受动力、材料和设备等因素的影响，我国合成氨厂一般采用20MPa~50MPa 的压强范围。

2.温度：从理想条件来看，氨的合成在较低温度下进行有利。

但温度过低会导致反应速率很小。

在实际生产中，一般选用500℃作为合成氨的温度，因为铁触媒催化剂在此温度下活性最大。

3.催化剂：工业合成氨通常采用铁触媒作为催化剂。

铁触媒是一种以铁为主，混合其他成分的催化剂，其在500℃时活性最大。

工业合成氨的未来发展趋势
随着科技的进步和环保意识的增强，未来工业合成氨生产将更加注重节能、减排和环保。

合成氨条件的选择

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N 2和H 2合成氨： N 2+3H 2 2NH 3+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N 2、H 2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N 2和H 2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要求越高，将使成本增大。

故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa 帕斯卡。

而温度升高，有利于反应速率但不利于N 2和H 2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达到这个目的。

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450℃~550℃，即温度应在450~550℃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N 2+3H 2 2NH 3+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NH 3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2×107~5×107Pa 压强。

思考：工业上生产H 2SO 4：2SO 2(g)+O 2(g) 2SO 3(g)为何不采用加压方法？（因为在常压下SO 2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NH 3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。

工业合成氨的适宜条件

工业合成氨的适宜条件工业合成氨的适宜条件引言工业合成氨是生产化肥等重要化学品的关键步骤。

了解适宜的条件对于提高氨的产量和质量至关重要。

本文将介绍工业合成氨的适宜条件，以帮助读者理解氨的生产过程。

反应物合成氨的主要反应物是氮气和氢气。

在合成氨过程中，需要确保两种气体的供应充足和稳定，以保证反应顺利进行。

合成氨的反应物还包括催化剂，常用的催化剂包括铁、铑等金属。

合适的催化剂选择对于提高反应速率和产氨效率非常重要。

温度温度是合成氨反应中的重要参数。

一般来说，较高的温度可以提高反应速率，但同时也会加大能量消耗。

适宜的反应温度可以在保证产氨速率的同时达到能源的平衡。

工业合成氨一般在摄氏度的温度下进行。

高温下的反应通常能够提高产氨速率，但也容易引起副反应的发生。

因此，在确定合适的反应温度时需要综合考虑反应速率和副反应的影响。

压力合成氨反应通常在高压条件下进行。

高压可以增加氢气和氮气的溶解度，促使反应物充分接触，从而提高反应速率。

一般来说，合成氨的反应压力在 atmospheres之间。

适宜的反应压力可以根据具体反应情况和技术要求确定。

反应时间合成氨的反应时间与反应温度、压力等因素密切相关。

反应时间需要足够长以保证充分的反应进行，但同时也需要控制反应时间，以避免产生过多的副反应。

反应时间的长短一般在几小时到几十小时之间。

具体的反应时间需要根据实际情况和反应器的设计加以确定。

总结合成氨的生产是一个复杂的过程，需要合适的反应物、温度、压力和反应时间等因素相互配合。

了解合适的条件对于提高氨的产量和质量非常重要。

希望本文可以帮助读者更好地理解工业合成氨的适宜条件。

操作条件在工业合成氨的过程中，除了反应条件外，还需要关注一些操作条件，如以下所示：1.气体供应：确保氮气和氢气的供应充足和稳定，以维持反应的连续进行。

2.催化剂活性：定期检查和替换催化剂，以保持其活性和稳定性。

3.控制副反应：通过调整反应温度、压力和催化剂的选择，尽量减少副反应的发生，避免产生不必要的废品。

合成氨条件的选择

合成氨条件的选择前言合成氨是工业生产中的重要化学反应，它的产生需要一定的条件。

本文将从氨的应用、工业生产方法、热力学条件和催化剂等方面进行介绍，以便于后续的工业生产。

氨的应用氨是一种重要的工业原料，在农业、石油化工、制药、化学研究等领域有着广泛的应用。

其中，农业是应用量最大的领域，主要是用来制造氮肥，提高农作物的产量和品质。

工业生产方法目前，合成氨的主要工业生产方法是哈伯-卡斯纳过程，该过程是在一定的热力学条件和催化剂的作用下，将氮气和氢气直接反应生成氨气。

该方法曾经被认为是解决饥饿问题的关键技术之一。

下面将从工业生产方法、热力学条件和催化剂等方面对合成氨的条件进行介绍。

哈伯-卡斯纳过程哈伯-卡斯纳过程是经过长期实践验证的，也是目前世界上最经济、效果最好的制取合成氨的方法之一。

该方法的反应原理是将氮气和氢气按一定比例混合后，通过催化剂，在一定的压力存在下进行反应，产生氨气。

其中，催化剂通常选择铁、钴和镍的氧化物或氢氧化物，这些催化剂可引发氢气、氮气的反应，并可稳定反应过程中所需的温度和压力。

热力学条件合成氨的反应是一个放热的过程，因此在反应过程中需要确保温度不超过适宜的范围并且保持足够的压力。

通常情况下，要求反应温度在400-500°C之间，压力在150-300大气压之间。

催化剂在哈伯-卡斯纳过程中，催化剂是核心。

虽然氮气和氢气在一定压力、温度下可以自然反应，但反应速率很慢，难以实现工业生产。

而在催化剂的存在下，反应速率大大加快，可以实现工业化生产。

通常选择铁、钴和镍的氧化物或氢氧化物为催化剂，因为它们的结构稳定，而且反应活性较高。

此外，催化剂的制备方法和使用条件也会直接影响反应效果。

所以，催化剂是制取合成氨过程中不可或缺的一部分。

结语本文从氨的应用、工业生产方法、热力学条件和催化剂等方面对合成氨条件的选择进行了介绍。

在工业化生产中，需确保反应温度、压力和催化剂等条件的准确性和稳定性。

合成氨条件的选择化学教案

合成氨条件的选择化学教案教学目标：1. 了解合成氨的反应原理和反应物。

2. 掌握合成氨的催化剂和反应条件。

3. 能够分析影响合成氨反应速率和产率的因素。

4. 能够设计实验来优化合成氨的条件。

教学内容：第一章：合成氨的反应原理1.1 氮气和氢气的反应原理1.2 合成氨的反应方程式1.3 合成氨的反应热力学性质第二章：合成氨的催化剂2.1 铁催化剂的活性位点2.2 催化剂的制备和活化2.3 催化剂的寿命和再生第三章：合成氨的反应条件3.1 温度对合成氨反应的影响3.2 压力对合成氨反应的影响3.3 氢气与氮气的摩尔比对合成氨反应的影响3.4 催化剂活性与反应条件的关系第四章：影响合成氨反应速率和产率的因素4.1 反应速率理论4.2 影响反应速率的因素4.3 影响产率的因素第五章：实验设计优化合成氨条件5.1 实验设计原则5.2 优化合成氨的温度条件5.3 优化合成氨的压力条件5.4 优化氢气与氮气的摩尔比条件教学方法：1. 采用多媒体课件进行讲解，结合实例和图示，使学生更好地理解合成氨的反应原理和反应条件。

2. 通过实验演示和数据分析，使学生掌握影响合成氨反应速率和产率的因素。

3. 引导学生进行实验设计，培养学生的实验操作能力和解决问题的能力。

教学评估：1. 课堂提问和互动讨论，了解学生对合成氨反应原理和反应条件的理解和掌握程度。

2. 实验报告和数据分析，评估学生对影响合成氨反应速率和产率的因素的理解和应用能力。

3. 期末考试，评估学生对整个合成氨条件的选择化学教案的掌握程度。

第六章：合成氨工艺流程与设备6.1 合成氨的工业生产流程6.2 反应器类型及设计6.3 催化剂的装填与活化6.4 工艺条件的控制与优化第七章：合成氨的安全技术与环境保护7.1 合成氨生产过程中的安全问题7.2 防爆、防火、防毒措施7.3 合成氨生产与环境的关系7.4 环保法规与工业废水处理第八章：合成氨催化剂的研究进展8.1 新型催化剂的研究与发展8.2 催化剂的活性评价与表征技术8.3 催化剂的选材与设计原则8.4 催化剂的再生与活化技术第九章：合成氨工业的挑战与新技术9.1 合成氨工业面临的挑战9.2 节能减排与绿色化学9.3 新型合成氨工艺的开发9.4 在合成氨工业中的应用第十章：实验与案例分析10.1 实验目的与要求10.2 实验操作步骤与注意事项10.3 实验数据分析与讨论10.4 案例分析：合成氨工厂的生产实践教学方法：1. 通过案例分析和实际生产数据，使学生了解合成氨工艺流程与设备的知识。

工业合成氨条件的选择

95.4 98.8 84.2 92.6
65.2 79.8 42.2 57.5 23.1 31.4
500
600
26.4
13.8
试一试？
已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) △H＜0
450℃ (1) 应选用的温度是______。因为常压下SO 常压 (2)应采用的压强是______，理由是___________ 2 的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率 __________________________________________ 提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。 _______________________________________
温度
弗里茨·哈伯：
将空气变为面包
一反应的自发性
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 已知298K时: △H= -92.2KJ· -1 mol
2NH3(g)
△S = -198.2J· -1· -1 K mol
请根据正反应的焓变和熵变分析:
298K下合成氨反应能否自发进行？
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。 ②但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。
2、温度怎么选择？
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 ③催化剂要在一定温度下催化活性最大。综合以上因素:实际生产中温度一般选择在 700K左右（主要考虑催化剂的活性）。

工业合成氨的适宜条件

工业合成氨的适宜条件摘要：一、工业合成氨的定义和重要性二、适宜条件对工业合成氨的影响1.温度2.压力3.催化剂4.反应物摩尔比三、如何实现适宜条件1.精确控制反应釜温度2.合理设计反应釜压力系统3.选用高效催化剂4.实时监测反应物摩尔比四、适宜条件对我国工业合成氨产业的意义1.提高产量2.降低成本3.优化产业结构4.增强国际竞争力正文：【一、工业合成氨的定义和重要性】工业合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于肥料、化工、石油等领域。

在我国，合成氨产业具有举足轻重的地位，对农业、工业发展具有重要意义。

因此，了解工业合成氨的适宜条件对于提高我国合成氨产量、降低生产成本、优化产业结构具有重要意义。

【二、适宜条件对工业合成氨的影响】【1.温度】温度是影响工业合成氨的关键因素之一。

合适的温度有利于提高反应速率，从而提高产量。

然而，温度过高或过低都会导致反应效率降低。

因此，精确控制反应釜温度是实现适宜条件的关键之一。

【2.压力】压力对合成氨的生成具有双重影响。

一方面，压力升高有利于提高反应物的转化率；另一方面，过高的压力会导致设备承受不住，影响生产安全。

因此，合理设计反应釜压力系统，保证压力在适宜范围内是十分必要的。

【3.催化剂】催化剂能够降低反应活化能，加速反应速率。

选用高效催化剂能够在保证合成氨质量的同时提高产量。

因此，在合成氨生产过程中，不断研发新型高效催化剂是实现适宜条件的重要途径。

【4.反应物摩尔比】反应物摩尔比是影响合成氨产量的关键因素。

合适的反应物摩尔比有利于提高合成氨的产量。

实时监测反应物摩尔比，并通过调整反应釜内原料配比，可以实现合成氨生产过程中反应物摩尔比的稳定，从而提高产量。

【三、如何实现适宜条件】【1.精确控制反应釜温度】采用先进的温度控制系统，对反应釜温度进行实时监测和调整，保证温度在适宜范围内。

【2.合理设计反应釜压力系统】根据生产工艺要求，设计合理的反应釜压力系统，保证压力在适宜范围内，同时确保设备安全。

工业合成氨

1. 合成氨工业(1)简要流程(2)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。

H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。

用煤和水制H2的主要反应为：(3)制得的H2、N2需净化、除杂质，再用压缩机制高压。

(4)氨的合成：在适宜条件下，在合成塔中进行。

(5)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔，使之充分利用。

2.合成氨条件的选择(1)合成氨反应的特点：合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应：(2)合成氨生产的要求：合成氨工业要求：○1反应要有较大的反应速率；○2要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。

(3)合成氨条件选择的依据:运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。

反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中NH3的含量的影响合成氨条件的选择增大压强有利于增大化学反应速率有利于提高平衡混合物中NH3的产量压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用20MPa—50MPa的压强升高温度有利于增大化学反应速率不利于提高平衡混合物中NH3的产量温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用500℃左右的温度(因该温度时，催化剂的活性最强)使用催化剂有利于增大化学反应速率没有影响催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。

○1温度：500℃左右○2压强：20MPa—50MPa ○3催化剂：铁触媒除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气，以有利合成氨反应。

(6)合成氨生产示意图3.解化学平衡题的几种思维方式(1)平衡模式思维法(三段思维法)化学平衡计算中，依据化学方程式列出“起始”“变化”“平衡”时三段各物质的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件建立代数式等式而进行解题的一种方法。

工业合成氨条件的选择

外界条件
使NH3生产得快使NH3生产得多
速率分析
平衡分析
压强
高压
高压
温度
高温
低温
催化剂
使用
无影响
反应物的浓度
增大浓度
增大浓度
生成物氨的浓度
减小浓度
合成氨的反应
分析角度反应条件
压强温度催化剂
△H<0
使合成氨的速率快使平衡混合物中氨的含量高
高压一致高压
高温矛盾低温
使用
不影响
1、压强怎么选？
_提__高__很__少__，_但__需__要__的__动_力__更__大__，__对_设备的要求更高。
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。一般压强10~30MPa
实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。
外部条件压强温度
工业合成氨的适宜条件
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标（转化率，动力，经济）来选择,压强10~30MPa
适宜温度，400~500℃左右（主要考虑催化剂活性）
催化剂
使用铁触媒作催化剂，
思考？合成氨反应有哪些特点？
N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积)
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol (2体积)
请利用化学反应速率和化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？

合成氨条件的选择

学科：化学教学内容：合成氨条件的选择【基础知识精讲】1. 合成氨反应的理论应用合成氨反应原理：N2+3H^ * 2NH（正反应为放热反应）反应特点是：①可逆反应；②气体总体积缩小的反应；③正反应为放热反应根据上述反应特点，从理论上分析：（1）使氨生成得快的措施（从反应速率考虑）：①增大反应物的浓度；②升高温度；③加大压强；④使用催化剂•（2）使氨生成得多的措施（从平衡移动考虑）：①增大反应物的浓度同时减小生成物的浓度；②降低温度；③增大压强•2. 合成氨条件的选择在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合以上两方面的措施，得出合成氨的适宜条件的选择：浓度：一般采用 N2和H2的体积比1 : 3，同时增大浓度，不加大某种反应物的浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用•按1 : 3循环的气体体积比，仍会保持 1 : 3.温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，所以温度不宜太低，在500C左右为宜，而且此温度也是催化剂的活性温度范围.压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，所以压强增大，有利于氨的合成，但压强过高时, 对设备的要求也就很高，制造设备的成本就高，而且所需的动力也越大，应选择适当的压强，一般采用2X 107Pa〜5X 107Pa.催化剂：用铁触媒作催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡时间可将合成氨的适宜条件归纳为：①增大氨气、氢气的浓度，及时将生成的氨分离出来；②温度为500 C左右；③压强为2X 107Pa〜5X 107Pa；④铁触媒作催化剂.3. 合成氨的工业简述合成氨工业的简要流程图：（1）原料气的制取.N2:将空气液化、蒸发分离出N2,或将空气中的 Q与碳作用生成 CO,除去CO后得N2.H2:用水和焦炭（或煤、石油、天然气等）在高温下制取，如C+F4OC气）二CO七耳CO*丹血气）^=^1X4+凤若向容器中分别增加 NO 和NbQ ,[NO 2] 的比值如何变化?[20訂所以，无论是增加NO 还是[NO 2] 增加20,都有—比值减小.[N 2O 4]②反应热情况；③反应速率; 2SO+Q 響2SO 3(正反应放(2) 制得的2、Hz 需净化、除杂，再用压缩机压缩至高压 •因为若有杂质存在可使催化剂失去催化作用，也称使催化剂“中毒”(3) 在适宜条件下，在氨合成塔中进行合成•(4) 氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将未反应的 H 、N 2循环送入合成塔，使其充分利用•【重点难点解析】重点：理解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难点：根据各种影响反应进行的因素选取反应综合条件 1. 巧用假设，灵活解题例如：密闭容器中， Nb+3H^^ 2NH 3在500 C 时达到平衡，问： (1) 将H 2、NH 的浓度同时增大1倍，平衡如何移动？ (2) 将N 2、NH 的浓度同时增大1倍，平衡如何移动？分析：浓度的改变是反应物和生成物部分发生而改变，因而平衡的移动就较难判断•而巧用假设就较易解答.(1)将不变浓度的N z 视为液体(常数)，将浓度改变的H z 、NH 视为气体，得出等效平衡 N 2(l)+3H 2(g) L^2NH(g)，将Ha 、NH 浓度同时增大 1倍，相当于上述等效平衡压强增大到原来的2倍，所以等效平衡向正反应方向移动，原平衡同向移动•也可利用平衡常数K 来判断.(2)同理分析可得，平衡向逆方向移动 •又例如，平衡反应 2NO^^N2C h 在体积不变的密闭容器中进行，在其它条件不变时，分析：先运用上节所介绍的等效假设，增加NO 或20时，压强不变，平衡时比值不变.再压缩时，假设平衡不移动，比值也不变•现实际上平衡右移，2. 如何选择适宜条件，使平衡向有利的方向移动？应从以下几方面观察考虑：①反应前后气体物质的计量数； ④转化率(增加廉价物质的量，提高价格贵重原料的利用率)例如，在硫酸工业中，通过下列反应使 SQ 转化为SO:热)已知常压下平衡混合气体中 SO 体积分数为91%试回答：(1)生产中常用过量的空气是为了 _⑵加热到400°〜500 °是由于 ______(3) ______________________ 压强采用，原因是⑷尾气中的SO 必须回收，是为了 _ 此题根据题示信息和以上提出的要考虑的几个方面，不难分析作答3. 反应物用量的改变对平衡转化率的影响若反应物只有一种，如aA(g)、、bB(g)+cC(g)，增加A的量，平衡向正反应方向移动，但该反应物 A的转化率的变化与气体物质的系数有关•(1) 若a=b+c, A的转化率不变；⑵若a>b+c, A的转化率增大；⑶若a v b+c, A的转化率减小.若反应物不止一种时，如：aA(g)+bB(g) 、、cC(g)+dD(g)(1) 若只增加A的量，平衡正向移动，而 A的转化率减小，B的转化率增大(2) 若按原比例同倍数地增加反应物A和B的量，则平衡向正反应方向移动•而反应物转化率与气体反应系数有关•如a+b=c+d, A、B转化率都不变；如 a+b v c+d, A、B转化率都减小；如a+b>c+d , A B转化率都增大•4. 如何正确区别转化率与物质所占百分含量的关系？例题：如下图所示，是表示外界条件(温度、压强)的变化对下列反应的影响：L(固)+G(气) 产二2R(气)(正反应为吸热反应)在图中，Y轴是指()A. 平衡混合气中G的百分含量B.平衡混合气中R的百分含量C.G的转化率分析：根据题中给出的反应式可知，该反应是一个气体体积增大的吸热反应根据图形曲线可知，Y所指的量应该是:“随温度的升高而减小”以及“随压强的增大而增大”者，应由此来判断符合题意的选升温使题中的平衡反应右移，所以R%增大，G%减少，L和G的转化率都增高，故只有选项A符合要求•增大压强，使平衡左移， R3减少，G%曽大，也是A符合要求，所以 Y轴是指平衡混合气体中G 的百分含量•本题答案：A【难题巧解点拨】例1 :在一定温度、压强和催化剂存在时，把N和Hz按1 : 3体积比混合，当反应达到平衡时，混合气中 NH的体积分数为25%求N2的转化率•分析：此题可用常规三行式解法，也可用差量法求解•这里，用整体思维方法求解•设平衡时混合气为100体积，显然NH为25体积•由于N2和Ha的混合比正好为化学计量数之比，1 : 3投料，1 : 3转化，转化率也应相同•列式分析如下：N 2+3Hm^2NH平衡时 75 25起始时 75+50 050转化率：a N2= a H2=X 100%=40%125同学们可用其它解法予以对照•例2 :(高考科研题)在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH的体积分数为25%.若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是()A.1/5分析：设起始时3H起始时a平衡后a-3x/2B. 1/4C.1/3D.1/2HH为amol, N2为bmol，平衡时 NH为xmol，则2 + N 2 ——2NH3b 0b-x/2 x因为，在相同条件下，气体的物质的量之比等于体积比据题意可得方程：X=25%.化简得_^=1/5，故正确答案(a 3x/2) (b x/2) x a b为A.评析：本题是一道简单的计算题，关键是根据题意列出方程，但必须注意，题目并未规定n(出)：n(N0=3 : 1，且反应是可逆的•否则，就会导致错选 D.另解：利用例1的解题思想，这里无论起始投入按何种比例，仍可设平衡时总体积为100L，则NH 为25L, H2和N2共75L.按反应化学计量数关系，反应前原反应物体积应为1(75+50)L，反应后缩小的体积为(125-100)L，所求比值为(125-100) : 125 =.5 例3：工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素•已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生Hk 和CQ H2是合成氨的原料，CO供合成尿素用•若从充分利用原料的角度考虑，选用 (填序号)物质作原料较好•A. COB.石脑油(C5H12、C6H4)C. CHD.焦炭作出这种选择的依据是•(杭州市联考试题)分析：根据反应：N b+3H2^^^^2NH, CO+2N ---------- CO(NH) 2+HO,若要充分利用原料，显然要求原料与水反应产生的H2和CO物质的量之比等于或接近于 3 : 1时，上述反应趋于恰好反应，原料得以充分利用•根据题示信息：C+2HO= CO+2H2(2 : 1) , CO+HO= CO+H2(1 : 1)CH+2HO= CO+4H2(4 : 1) , C5H2+1OfO= 5CO+16f(3.2 : 1)，故石脑油的利用率最高，答案为B.评析：若要求充分利用原料，通常有两种途径：(1)所投入的原料物质的量之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比，使原料恰好反应；(2)增加廉价物质的量，使价格贵重物质充分利用，亦即提高价格贵重的原料利用率【典型热点考题】例1 :在氮气、氢气合成氨的合成塔中，进入的气体按N2与H2体积比为1 : 3,塔中的压强为1.62 X 107Pa,又知从塔中出来的气体中，NH占25%(体积百分组成)•求：(1) 从合成塔出来的混合气体中，N2和H2的体积百分组成•(2) 合成塔出来气体的压强•分析：(1)N 2+3H2b^2NH反应中N2与H2的体积比(同于物质的量之比)和原料混合气体中的比值相同，故从塔中出来的气体中 N2 : H2仍为1 : 3.1即 V(N2)=(1-25%) X X 100%=18.75%43V(H 2)=(1-25%) X X 100%=56.25%4(2) N2 + 3H 2 ；== 亠 2NH s起始(mol) 1 3 0平衡(mol) 1-x 3-3x 2x2x X 100%=25% x=0.4(1 x) (3 3x) 2x即 1-x=0.6,3-3x=1.8,2x=0.8n 2=3.2mol，而 n i=4molT 不变时 p i : p2=n i : n2则 p2=p • 21=1.62 x 107x 32 =1.30 x 107(Pa).小 4评析：巧用原料气配比和反应进行特点以及阿伏加德罗定律解题.此题属合成氨工业生产基本的理论计算.例2 : (1997年全国高考题)把氢氧化钙放入蒸馏水中，一定时间后反应达到如下平衡：Ca(OH)^^ CaT+2OH加入以下溶液，可使 Ca(OH)2减少的是()A. Na z S溶液B.AlCl 3溶液C.NaOH溶液D.CaCb溶液分析：要使Ca(OH)2的量减少，需使平衡Ca(OH)2(固)产―CF+2OH向右移动，而减少。

工业制氨气选400-500

工业制氨气选400-500
工业合成氨最适宜的条件是：
压强
有研究表明，在400°C，压强超过200MPa时，不使用催化剂，氨便可以顺利合成，但实际生产中，太大的压强需要的动力就大，对材料要求也会增高，这就增加了生产成本，因此，受动力材料设备影响，目前我国合成氨厂一般采用20MPa~50MPa.
温度
从理想条件来看，氨的合成在较低温度下进行有利，但温度过低，反应速率会很小，并且在500°C时催化剂铁触媒的活性最大，故在实际生产中，一般选用500°C。

催化剂
采用铁触媒（以铁为主，混合的催化剂），铁触媒在500°C时活性最大，这也是合成氨选在500°C的原因。

最后，制得的氨量也不算多，还可以采取迅速冷却，使气态氨变为液态氨。

也可原料重复利用。

但对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。

但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。

相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。

催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。

催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。

工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。

合成氨条件的选择

..专心. 31合成氨条件的选择一、化工生产的基本原那么：①、多：产量、产值高。

②、快：，周期短，速率快。

③、好：流程简捷、产率高、污染少、过程优化、条件易控制、产品纯度高；生产过程安全性强等。

④、省：省工、省时、省料、省能。

二、合成氨的适宜条件化工生产中适宜条件的选择：目的：尽可能加快反应速率和提高反应进行程度。

依据：外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律。

原那么：①既要注意条件对速率的影响，又要注意对转化率的影响。

②既要注意温度、催化剂对速率的影响，又要注意催化剂活性对温度的限制。

③既要注意理论生产，又要注意实际可能性。

合成氨反应N2+3H 22NH3；ΔH=-92.4KJ/mol是一个正反应气体体积缩小且放热的可逆反应。

要提高合成氨的产率，对反应条件的选择，需要结合影响化学反应速率及化学平衡的条件和其他因素综合考虑，各方面兼顾。

化学反应速率化学平衡移动方向适宜条件的选择增加反应物浓度增大正反应速率平衡向正反应方向移动N2、H2及浓度之比为1:3并及时补充N2和H2。

减少生成物浓度减小逆反应速率平衡向正反应方向移动使气态NH3变为液态NH3，及时从平衡混合物中分离出来。

增大压强增大正、逆反应速率平衡向生成氨的方向移动压强越大，需要的动力越大，对材料的要求和设备的制造工艺要求也高，一般采用2.02×107Pa～5.05×107Pa升高温度增大正、逆反应速率平衡向逆反应方向移动低温有利于氨的合成，但是温度过低，反应速率慢，达到平衡的时间长。

结合考虑催化剂的最正确催化活性，通常控制温度500℃使用催化剂增大正、逆反应速率不影响化学平衡，但减少达到平衡的时间选用铁触媒思考：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〕。