【全程复习】2014高考化学-(难点聚焦+例题精讲+实战演练)合成氨条件的选择考点归类整理
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【全程复习】2014高考化学-(难点聚焦+例题精讲+实战演练)合成氨条件的选择考点归类整理
高考化学考点归类整理: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
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。
(3)使用催化剂
(4)及时分离出NH
3,并不断补充N
2
和H
2
(N
2
要过量,提高成本较高的H
2
转化率)
小结:合成氨的适宜条件:
压强:20~50MPa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
①制N
2
:
物理方法:空气液态空气
N
2
化学方法:空气CO
2+N
2
N
2
①H
2:
压蒸
炭
H
2O
燃
(去
水蒸气 CO+H 2 CO 2+H 2 H 2
反应方程式为: C+H 2O (g )==== CO+H 2;CO+H 2O (g )====
CO 2+H 2
注意:制得的N 2、H 2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:N 2+3H 2 2NH 3 ; △H=-92.4KJ/mol (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.工业合成氨适宜条件的选择 在实际生产中,需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况,以确定最佳的生产条件。
赤
催化(去催
4. 图示合成氨的原理
3.例题精讲
例 1 下列说法,能够用勒沙特列原理来解释的是()
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
D. 恒温恒容下,在合成氨平衡体系中充入He,使压强增大,则平衡正向移动,NH
3
增多[解析]
A. 加入催化剂只能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,提高“单位时间”的产量,不能使化学平衡发生移动。注意:催化剂能相同倍数地改变正、逆反应速率,故而不改变化学平衡状态。
B. 合成氨是一个气体体积减小的反应,所以增大压强,使平衡正方向移动,有利于合成氨,符合勒沙特列原理。
C. 因为合成氨是一个放热反应,所以从化学平衡移动角度分析,应采用较低温度。500℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动。采用500℃既考虑到温度对速率的影响,更主要的是500℃左右催化剂活性最大。
D. 恒温恒容下充He,惰性气体He不与N
2
、
H
2、NH
3
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)所以平衡不移动,
NH
3
的产量不变。
[答案] B
[点评]
勒沙特列原理是说改变影响平衡的一个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方法移动。不要混淆影响速率的条件和影响平衡的条件。
例2:合成氨工业中,原料气(N
2,H
2
及少量
的CO,NH
3
的混合气)在进入合成塔前常用乙酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中CO,其反应为:
[Cu(NH
3)
2
Ac]+CO+NH
3
[Cu(NH
3
)
3
]Ac·CO;
△H<0
(1)必须除去原料气中CO的原因是什么?
(2)吸收CO的生产适宜条件是什么?
(3)吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理
后又可再生,恢复其吸收CO的能力以供
循环使用,再生的适宜条件是什么?[解析]
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失,从而发生催化剂中毒。故必须除去原料气中CO。根据吸收原料气中CO的反应方程式:
[Cu(NH
3)
2
Ac]+CO+NH
3
[Cu(NH
3
)
3
]Ac·CO;
△H<0
可知,加压和采取较低的温度可使平衡向正反应方向移动,有利于CO的吸收。要使吸收CO 后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,恢复