化学反应条件的优化经典题型讲解与习题
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学霸数学
4. 从化学反应速率和化学平衡两个角度考虑，合成氨应采用的条件是（ ）
A．低温、高压、催化剂
B．低温、低压、催化剂
C．适宜温度、高压、催化剂 D．高温、高压、催化剂
5. 工业上合成氨时一般采用 700 K 左右的温度，原因是（ ）
①提高合成氨的速率 ②提高氢气的转化率
③提高氨的产率
④催化剂在 700 K 时活性最大
①降低温度
②增大压强
③使用催化剂
④增大 CO 浓度 ⑤增大水蒸气浓度
A．①⑤ B．②③ C．②④⑤
D．③⑤
11. 工业合成氨技术是对人类的巨大贡献之一。下面是合成氨的简要流程示意图：
3
学霸数学
（1）合成氨反应原料气 N2 的制备方法是_______________， 其中 N2、H2 的体积比高于 1:3 的原因是___________ _____________________________________________。
A．只有① B．①②
C．②③④ D．①④
6. 工业合成氨反应中，使用催化剂和施以高压，下列叙述正确的是（ ）
A．都能提高反应速率，都对平衡状态无影响
B．都对平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用时间
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有加压对化学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短达到平衡状态所用时间，压强无此作用
学霸数学
化学反应条件的优化——工业合成氨
（讲义）
一、知识点睛
1. 工业合成氨反应的限度
（1）反应原理
_________________________________ 已知 298 K 时，△H = 92.2 kJ·mol1
△S = 198.2 J·mol1·K1
（2）反应方向的判断 △HT△S_____0，该反应在常温下_____自发进行。
（2）原料气中往往含有 H2S、CO、CO2 等杂质，必须除去这些杂质的目的 是_____________________________。
（3）上述流程示意图中的催化剂是____________。 （4）热交换器的作用是_______（填字母）。
a．提高 N2 的转化率 b．充分利用能源，降低成本 c．提高产物的产率 （5）沿 X 路线进入压缩机的物质是_________________，循环的目的是 _________________________________。 12. 有平衡体系 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H<0，为增加甲醇（CH3OH）的 年产量，应采取的正确措施是（ ） A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂 C．低温、高压、催化剂 D．高温、高压、催化剂 13. 在硫酸工业中，通过下列反应使 SO2 转化为 SO3：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) △H<0。已知制备 SO3 过程中使用的催化剂是 V2O5。下表为不同温度和压强 下 SO2 的转化率，试回答下列问题：
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学霸数学
高压 8.5×107 ~1×108 Pa ②温度：700 K 左右 ③催化剂：铁 ④浓度：N2 与 H2 的物质的量之比为 1:2.8 4. 工业合成氨的主要生产流程
（1）造气 原料气中的 N2 来自于空气。 原料气中的 H2 来自于含氢的天然气、煤和炼油产品。以天然气为原料 时，反应可简单表示为： CH4+H2O CO+3H2、CO+H2O CO+H2
7. 关于合成氨工业的下列说法正确的是（ ）
A．合成氨工业的反应温度控制在 400～500℃左右，因为该
条件下氨的产率最高
B．合成氨工业采用 10～30 MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好
C．由于 NH3 易液化，N2、H2 可循环使用，则总的来说氨的产率很高
D．从合成塔出来的气体，其中氨气一般占 15%，所以生产氨的工业效率都
综合分析
增大反应物浓度 增大反应物浓度 不断补充反应物， 浓度
减小生成物浓度 减小生成物浓度 及时分离生成物
催化 加合适催化剂
剂
不需要
加合适催化剂
温度 压强
高温 高压
低温 高压
兼顾反应速率和 化学平衡，考虑 催化剂的活性 在设备允许情况 下，尽量采用高压
（2）合成氨的实际条件 ①压强：低压 1×107 Pa 中压 2×107 ~3×107 Pa
（2）净化 消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。
（3）合成氨 这部分包括 NH3 的分离，N2 和 H2 的循环使用，利用 反应产生的热预热合成气等。
5. 工业生产中化学反应条件的优化 需考虑的因素有：化学反应速率快、原料利用率高、催化剂活性高、现实设 备允许。
二、精讲精练
1. 合成氨反应的特点是（ ）
（2）反应的速率分析
①增大_________的浓度，有利于提高反应速率；
②将_________及时分离，有利于提高反应速率；
③______温度，有利于提高反应速率；
④使用合适的_______，有利于提高反应速率。
3. 工业合成氨的适宜条件
（1）合成氨条件选择的理论分析
外界 条件
有利于提高 反应速率
有利于平衡 正向移动
A．研制耐高压的合成塔
B．采用超大规模的工业生产
C．研制耐低温复合催化剂
D．探索不用 N2、H2 合成氨的新途径
10. 合成氨厂所需 H2 可由焦炭与水反应制得：
（1）C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H>0
（2）CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H<0
工业生产中，欲提高 CO 转化率，可采用的方法是（ ）
①可逆 ②不可逆 ③正反应放热 ④正反应吸热
⑤正反应气体体积增大 ⑥正反应气体体积减小
A．①③⑤
B．②④⑥
C．①③⑥
D．④⑤⑥
源自文库
2. 在合成氨时，可以提高 H2 转化率的措施是（ ）
A．延长反应时间
B．充入过量 H2
C．充入过量 N2
D．升高温度
3. 对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合 是（ ） ①高温 ②低温 ③低压 ④高压 ⑤催化剂 ⑥加氨 ⑦除氨 A．②④⑤ B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥
（3）反应的限度分析
①______温度、______压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动；
②在一定温度、压强下，反应物 N2、H2 的体积比为 1:3，反应达到化学 平衡时，混合物中 NH3 的含量最高。
2. 工业合成氨反应的速率
（1）合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系 v = k c(N2) c1.5(H2) c1(NH3)
很低
8. 传统合成氨工业需要高温、高压和催化剂的反应条件。近来美国化学家使用
新型铁系催化剂，在常温下合成了氨气。下列说法正确的是（ ）
A．新型合成氨方法是吸热反应
B．新型合成氨方法可简化生产设备
C．新型催化剂提高了 N2 和 H2 的转化率
D．两种方法中该反应的化学平衡常数相等
9. 根据合成氨的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是（ ）
学霸数学
4. 从化学反应速率和化学平衡两个角度考虑，合成氨应采用的条件是（ ）
A．低温、高压、催化剂
B．低温、低压、催化剂
C．适宜温度、高压、催化剂 D．高温、高压、催化剂
5. 工业上合成氨时一般采用 700 K 左右的温度，原因是（ ）
①提高合成氨的速率 ②提高氢气的转化率
③提高氨的产率
④催化剂在 700 K 时活性最大
①降低温度
②增大压强
③使用催化剂
④增大 CO 浓度 ⑤增大水蒸气浓度
A．①⑤ B．②③ C．②④⑤
D．③⑤
11. 工业合成氨技术是对人类的巨大贡献之一。下面是合成氨的简要流程示意图：
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（1）合成氨反应原料气 N2 的制备方法是_______________， 其中 N2、H2 的体积比高于 1:3 的原因是___________ _____________________________________________。
A．只有① B．①②
C．②③④ D．①④
6. 工业合成氨反应中，使用催化剂和施以高压，下列叙述正确的是（ ）
A．都能提高反应速率，都对平衡状态无影响
B．都对平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用时间
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有加压对化学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短达到平衡状态所用时间，压强无此作用
学霸数学
化学反应条件的优化——工业合成氨
（讲义）
一、知识点睛
1. 工业合成氨反应的限度
（1）反应原理
_________________________________ 已知 298 K 时，△H = 92.2 kJ·mol1
△S = 198.2 J·mol1·K1
（2）反应方向的判断 △HT△S_____0，该反应在常温下_____自发进行。
（2）原料气中往往含有 H2S、CO、CO2 等杂质，必须除去这些杂质的目的 是_____________________________。
（3）上述流程示意图中的催化剂是____________。 （4）热交换器的作用是_______（填字母）。
a．提高 N2 的转化率 b．充分利用能源，降低成本 c．提高产物的产率 （5）沿 X 路线进入压缩机的物质是_________________，循环的目的是 _________________________________。 12. 有平衡体系 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H<0，为增加甲醇（CH3OH）的 年产量，应采取的正确措施是（ ） A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂 C．低温、高压、催化剂 D．高温、高压、催化剂 13. 在硫酸工业中，通过下列反应使 SO2 转化为 SO3：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) △H<0。已知制备 SO3 过程中使用的催化剂是 V2O5。下表为不同温度和压强 下 SO2 的转化率，试回答下列问题：
1
学霸数学
高压 8.5×107 ~1×108 Pa ②温度：700 K 左右 ③催化剂：铁 ④浓度：N2 与 H2 的物质的量之比为 1:2.8 4. 工业合成氨的主要生产流程
（1）造气 原料气中的 N2 来自于空气。 原料气中的 H2 来自于含氢的天然气、煤和炼油产品。以天然气为原料 时，反应可简单表示为： CH4+H2O CO+3H2、CO+H2O CO+H2
7. 关于合成氨工业的下列说法正确的是（ ）
A．合成氨工业的反应温度控制在 400～500℃左右，因为该
条件下氨的产率最高
B．合成氨工业采用 10～30 MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好
C．由于 NH3 易液化，N2、H2 可循环使用，则总的来说氨的产率很高
D．从合成塔出来的气体，其中氨气一般占 15%，所以生产氨的工业效率都
综合分析
增大反应物浓度 增大反应物浓度 不断补充反应物， 浓度
减小生成物浓度 减小生成物浓度 及时分离生成物
催化 加合适催化剂
剂
不需要
加合适催化剂
温度 压强
高温 高压
低温 高压
兼顾反应速率和 化学平衡，考虑 催化剂的活性 在设备允许情况 下，尽量采用高压
（2）合成氨的实际条件 ①压强：低压 1×107 Pa 中压 2×107 ~3×107 Pa
（2）净化 消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。
（3）合成氨 这部分包括 NH3 的分离，N2 和 H2 的循环使用，利用 反应产生的热预热合成气等。
5. 工业生产中化学反应条件的优化 需考虑的因素有：化学反应速率快、原料利用率高、催化剂活性高、现实设 备允许。
二、精讲精练
1. 合成氨反应的特点是（ ）
（2）反应的速率分析
①增大_________的浓度，有利于提高反应速率；
②将_________及时分离，有利于提高反应速率；
③______温度，有利于提高反应速率；
④使用合适的_______，有利于提高反应速率。
3. 工业合成氨的适宜条件
（1）合成氨条件选择的理论分析
外界 条件
有利于提高 反应速率
有利于平衡 正向移动
A．研制耐高压的合成塔
B．采用超大规模的工业生产
C．研制耐低温复合催化剂
D．探索不用 N2、H2 合成氨的新途径
10. 合成氨厂所需 H2 可由焦炭与水反应制得：
（1）C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H>0
（2）CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) △H<0
工业生产中，欲提高 CO 转化率，可采用的方法是（ ）
①可逆 ②不可逆 ③正反应放热 ④正反应吸热
⑤正反应气体体积增大 ⑥正反应气体体积减小
A．①③⑤
B．②④⑥
C．①③⑥
D．④⑤⑥
源自文库
2. 在合成氨时，可以提高 H2 转化率的措施是（ ）
A．延长反应时间
B．充入过量 H2
C．充入过量 N2
D．升高温度
3. 对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合 是（ ） ①高温 ②低温 ③低压 ④高压 ⑤催化剂 ⑥加氨 ⑦除氨 A．②④⑤ B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥
（3）反应的限度分析
①______温度、______压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动；
②在一定温度、压强下，反应物 N2、H2 的体积比为 1:3，反应达到化学 平衡时，混合物中 NH3 的含量最高。
2. 工业合成氨反应的速率
（1）合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系 v = k c(N2) c1.5(H2) c1(NH3)
很低
8. 传统合成氨工业需要高温、高压和催化剂的反应条件。近来美国化学家使用
新型铁系催化剂，在常温下合成了氨气。下列说法正确的是（ ）
A．新型合成氨方法是吸热反应
B．新型合成氨方法可简化生产设备
C．新型催化剂提高了 N2 和 H2 的转化率
D．两种方法中该反应的化学平衡常数相等
9. 根据合成氨的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是（ ）