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 )(125%)100%18.75%4V =-⨯⨯=，2(H )V =3(125%)100%56.25%4-⨯⨯=。

（2） 223N 3H 2NH +ƒ起始（mol ） 1 3 0 平衡（mol ） 1x - 33x - 2x因此 2100%25%(1)(33)2xx xx⨯=-+-+，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 3.21.6210 1.310Pa 4n 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，11xp 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2ND ．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①B ．①②C ．②③④D ．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 ．②④⑤⑦B ．②③④⑤⑦⑧C ．②⑤D ．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，反应速率加大，平衡向右移动，氨气产率增加，⑤合题意；恒温恒压，再充入等量的2N 和2H ，反应物浓度不变，反应速率不变，平衡也不移动，氨的产率不变，⑥不合题意；分离出3NH ，减小生成物浓度，反应速率减小，平衡右移，氨的产率增加，⑦不合题意；使用合适的催化剂，可使反应速率加大，但是催化剂不影响反应平衡，所以⑧不合题意。

本题答案为选项C 。

9．2007年10月10日，德国科学家格哈德·埃尔特生日的当天获得了诺贝尔化学奖，以奖励他在表面化学领域作出的开拓性贡献。

合成氨反应在铁催化剂表面进行时效率显著提高是埃尔特的研究成果。

下列关于合成氨反应的叙述中正确的是（ ）。

A ．铁做催化剂可增大反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 B ．将氨从混合气体中分离，有利于平衡向合成氨的方向移动C ．升高温度可以增大反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动D ．增大压强可增大反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 解析：本题考查合成氨条件的选择以及外界条件对平衡移动的影响。

催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡移动，所以选项A 错误；将氨从混合气体中分离，生成物的浓度降低，平衡向合成氨的方向移动，所以选项B 正确； 合成氨为放热反应，升高温度反应速率增大，但平衡向逆反应方向移动，所以选项C 错误； 增大压强可增大反应速率，但平衡向合成氨的方向移动，所以选项D 正确。

本题答案为选项B 、D 。

10．在一定温度和压强下，有1mol 某气体A ，发生如下反应：2A （气）B x ƒ（气）C +（气）。

当达到平衡时，A 在混合气体中的体积分数为5884%．，混合气体的总质量为46g ，平均相对分子质量为398．。

求：（1）A 的分解率？ （2）x 值为多少？ 解析：（1）设达到平衡时，A 转化了mol a2A B C x +ƒ 起始（mol ） 1 0 0转化（mol ） a /2ax /2a 平衡（mol ） 1a - /2ax /2a 由阿伏加德罗定律知：158.84%122aax a a -=-++n （总）461 1.162239.8ax a a =-++==， 则 1 1.1658.84%0.682a -=⨯=，所以0.318(mol)a =， 故 A 的转化率0.318100%31.8%1=⨯=。

（2）将0.318a =代入1 1.1622ax aa -++=，得2x =。