上海市华东师范大学第二附属中学2016高三化学一轮复习第7章化学反应速率化学平衡第六节合成氨工业习题详解

第六节 合成氨工业

1．在氮气、氢气合成氨的合成塔中，进入的气体按氮气与氢气体积之比为13∶，塔中的压强为7162l0Pa ⨯．，又知从塔出来的气体中，氨气占25%（体积分数）。求： （1）在合成塔出来的混合气体中，氮气和氢气的体积分数； （2）合成塔出来气体的压强。

解析：（1）223N 3H 2NH +ƒ，反应中2N 和2H 的体积比和原料混合气体中的比值相同，因此

从塔中出来的气体中22N H 13=∶∶。即21(N )(1

25%)100%18.75%4V =-⨯⨯=，2(H )V =

3

(125%)100%56.25%4-⨯⨯=。

（2） 2

23N 3H 2NH +

ƒ

起始（mol ） 1 3 0 平衡（mol ） 1x - 33x - 2x

因此 2100%25%(1)(33)2x

x x

x

⨯=-+-+，0.4mol x =

即：10.4x -=，33 1.8x -=，20.8x =，得2 3.2mol n =，而14mol n =。 T 不变时，1212p p n n =∶∶

，则772211 3.2

1.6210 1.310Pa 4

n p p n =⋅=⨯⨯=⨯。 本题答案为：（1）2N ：1875%．；2H ：5625%．。（2）713010Pa ⨯．。 2．工业上生产苯乙烯是应用脱氢反应：

试问：

（1）在什么条件下反应，有利于平衡向正方向移动？为什么？ （2）设反应体系压强恒定在10atm ．，温度恒定在525℃时，原料气中加入不参加反应的水蒸气，乙苯、水蒸气的物质的量之比为110∶。当反应达到平衡时，乙苯的转化率为多大？（已知1atm ，525℃时反应的平稀、衡常数p 0.10K =）。

解析：（1）该反应是分解反应，反应中吸热且熵增大，0H ∆>，0S ∆>；由G H T S ∆=∆-∆可知：高温低压的条件有利于正向反应。

（2）设10mL p =水，1mL p =乙苯，设生成了2molH x 。

初始 1mol 0 0 反应 1x - x x 平衡时：(11mol)p x =+总，111111x x p p x x --=

⨯=

++乙苯总，11x p x =+苯乙烯，11x

p x

=+气氢。

平衡常数0.1p p p ⨯=

=苯乙烯气

乙苯

氢，得：21110110x x +-=，0.644x =。

本题答案为：（1）该反应是分解反应，反应中吸热且熵增大，0H ∆>，0S ∆>；由G H ∆=∆

T S -∆可知：高温低压条件下有利于正反反应。（2）644%．。 3．工业合成氨的反应为：223N (g)3H (g)2NH (g)+ƒ，0H ∆<。该反应应采取的适宜条件是（ ）。

A ．低温、高压、催化剂

B ．适宜的温度、高压、催化剂

C ．低温、常压、催化剂

D ．适宜的温度和压强、催化剂

解析：低温条件下，反应速率较小，催化剂的催化活性也会受到影响，所以选项A 错误； 高压条件下，对于设备的耐高压承受能力提出了更高的要求，所以选项B 错误；

低温条件下，反应速率较小，这是一个体积减小的反应，常压不利于正反应，所以选项C 错误；

适宜的温度和压强，可以提高反应物的转化率，让化学反应有利于向正反应方向进行，催化剂的催化活性也较高，催化剂可以加大反应速率，所以选项D 正确。 本题答案为选项D 。

4．在合成氨生产中，可以提高2H 转化率的措施是（ ）。 A ．延长反应时间 B ．充入过量2H C ．充入过量2N

D ．升高温度

解析：以合成氨为例，考查化学平衡移动。

延长反应时间不改变转化率，反应达到平衡状态时，平衡处于动态平衡，所以选项A 错误； 充入过量2H ，平衡向正反应方向移动，但是2H 的转化率会减小，所以选项B 错误； 充入过量2N ，平衡向正反应方向移动，2H 转化率会增大，所以选项C 正确；

合成氨正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，2H 的转化率减小，所以选项D 错误。

本题答案为选项C 。

5．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（ ）。 A ．往氢硫酸中加入稀盐酸，2(S )c -降低

B ．温度不变时，敞口久置于空气中的饱和硝酸钾溶液中会有晶体析出

C ．在合成氨工业生产中，使用较高的温度，有利于提高产量

D ．在密闭容器中，水面上的蒸汽压随温度升高而增大 解析：本题考查勒夏特列原理的应用。

氢硫酸是弱酸，属于弱电解质，加入盐酸后，氢离子浓度增加，抑制了氢硫酸的电离，所以2(S )c -降低，选项A 错误。

当温度不变时，饱和硝酸钾溶液存在溶解平衡，敞口置于空气中时，溶液中的水会减少，平衡向析出固体方向进行，选项B 错误。

合成氨是放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡会向逆反应方向移动，所以较高的温度，不利于平衡向正反应方向移动。不过温度提高，反应速率加大、催化剂活性增强，选择500600℃～℃的反应条件，所以选项C 正确。

一个体系中，水的汽化、水蒸气的液化，是一个平衡，水的汽化是吸热的，体系温度升高，为了降低温度，就要不断汽化吸热，所以蒸汽压升高。符合勒夏特列原理，所以选项D 错误。 本题答案为选项C 。

6．工业上合成氨一般采用700K 左右的温度，其原因是（ ）。 ①适当提高氨的合成速率 ②提高2H 的转化率

③提高氨的产率 ④催化剂在700K 时活

性最大

A ．只有①

B ．①②

C ．②③④

D ．①④ 解析：从影响化学反应速率和催化剂的活性两方面考虑。 本题答案为选项D 。

7．有关合成氨工业的说法中，正确的是（ ）。

A ．从合成塔出来的混合气体中3NH 只占15%，所以合成氨厂的效率很低

B ．由于氨易液化，2N 、2H 在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高

C ．合成氨工业的反应温度控制在500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动

D ．合成氨厂采用的压强是772l0Pa 5l0Pa ⨯⨯～，因为该压强下铁触煤的活性最大

解析：合成氨是生成的3NH 分离出后，再将未反应的2N 、2H 循环利用，这样循环后，可使氨的产率较高，所以选项A 错误，选项B 正确；

因合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，是综合多方面的因素确定的，所以选项C 错误；

合成氨中，高压更有利于正反应，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择20MPa ～ 50MPa 的高压，催化剂活性最大时的温度是500℃，所以选项D 错误。 本题答案为选项B 。

8．在合成氨时，既要使氨的产率增大．又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有（ ）。 ①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入等量的2N 和2H ⑥恒温恒压，再充入等量的2N 和2H ⑦及时分离产生的3NH ⑧使用合适的催化剂

A ．②④⑤⑦

B ．②③④⑤⑦⑧

C ．②⑤

D ．②③⑤⑧

解析：减小压强，反应速率变小，平衡左移，氨的产率降低，①不合题意，②合题意；升高温度，反应速率虽然加大，但是平衡左移，降低温度，反应速率变小，平衡右移，所以③④不合题意；恒温恒容，再充入等量的2N 和2H ，相当于加压，增大了反应物浓度，反应速率加