2020届高三化学合成氨条件

2020届高三化学合成氨条件
【课标解读】
1、应用化学反应速率和化学平衡原理，选择工业合成氨的适宜条件。

2、认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

【自主学习】
自学范围：课本P-P要求：
理解合成氨的主要原理、原料、重要设备和流程，掌握应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。

〖知识回顾〗
1、写出下列方程式：①氮气、氢气合成氨
②二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫
2、化学平衡移动原理（勒夏特列原理）：如果改变影响化学平衡的一个条件(如浓度、温度、压强等),平衡就向能够方向移动。

3、影响化学反应速率的因素有内因（主要因素）和外因两个方面，内因是指参加反应的物质的性质，外因是指反应进行时所处的外界条件，如等。

〖细品课本〗合成氨反应分析：压强温度催化剂浓度为增大合成氨的反应速率为提高平衡混合物中NH3的含量实际生产中
【学习探究】
〖小组讨论〗
一、氮气与氢气合成氨的反应是一个可逆反应，生成氨的反应是__热、气体总体积______的反应。

（一）从化学反应速率的角度看，
__________________________都可以使合成氨的化学反应速率增大
（二）从化学平衡的角度看，反应达平衡时平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而________，随压强的增大而______。

这说明温度、压强对这一反应的化学平衡有影响：
____________________________。

（三）在实际生产中，我国合成氨厂一般选用的压强在
_______________之间。

合成氨如果采用较低温度，虽然有利于增大平衡混合气中氨的含量，但温度过低，反应速率太小，要很长时间才能使反应达到平衡状态，这对生产分不利。

加入催化剂是为了_______________________，然而催化剂需要在一定的温度范围内才能表现出良好的催化活性。

目前，合成氨工业普遍使用的是以_____________催化剂，这种催化剂又称为铁触媒。

铁触媒在________________的活性最大。

（四）合成氨的最佳条件是什么？你选择这样的条件的依据是什么？工业上合成氨的合适条件到底怎样？使用催化剂：这样可以大大化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；选择合适的温度：500℃左右，该温度是为合成氨催化剂的；选择
合适的压强：20MPa~50MPa，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。

二、从合成塔出口出来的含氨混合气中是否还有未反应的氮气和氢气？你认为应如何处理它？在实际生产中采用了
_________，先通过冷凝把__________从合成塔出来的混合气中分离出来，余下未反应的_______混合气用_________重新送入
_______进行反应，同时不断地补充新鲜的原料气，这样氨的合成就形成了一个___________ ，使氢气和氮气得到_________。

〖问题思考〗
1、请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题？首要：经济效益与社会效益基本要求：a、反应快；b、原料利用率高；c、单位时间内产量高
2、参考：①生物中植物对氮的需求；②生物固氮的原理和条件；③理想的人工固氮条件; ④化学模拟生物固氮设想合成氨的发展前景。

〖典题精析〗例
1、某条件下合成氨达平衡时氨的体积分数为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是…………………………………………………………………………（
）
A、1/5
B、1/4
C、1/3
D、1/2例
2、恒温下，将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器内，发生如下反应N2+3H22NH3（1）若反应到某时刻t时，n(N2)=13mol n(NH3)=6mol 求a的值。

（2）反应到达平衡时，混合气体体积为7
16、8L（标况）其中NH3的含量（体积分数）为25%，计算平衡时NH3的物质的量。

（3）混合气体中a:b=______（4）平衡混合气体中n(N2):n(H2):n(NH3)=_____〖当堂达标〗
一、选择题
1、在一定温度下，在定压容器a与定容容器b中，分别盛入体积比为1:3的N2和H2，开始时体积相同，达到平衡时,N2的转化率应该是………………………………………………………………………（
）
A、a大
B、b大
C、a、b一样大
D、不一定
2、对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是……………………………………………………（）Ａ、提高反应物的平衡转化率
Ｂ、以同样程度改变正逆反应的速率Ｃ、增大正反应速率，减小逆反应速率
Ｄ、改变平衡混合物的组成
3、合成氨工业中，为实现增加NH3的日产量的目的而采取下列措施，其中与平衡移动无关的是……………………………………………………………………………………………………………（
）
A、不断将NH3分离出来
B、使用催化剂
C、采用500℃左右的高温
D、采用2107~5107Pa的压强
4、合成氨工业采用循环操作主要是因为……………………………………………………………（）
A、加快反应速率
B、能提高NH3的平衡浓度
C、降低NH3的沸点
D、提高N2和H2的利用率
5、有平衡体系CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H＜0 为了增加甲醇的产量，应采取的正确措施为……………………………………………………………………………………………………………（
）
A、高温
B、适宜的温度、高压、催化剂
C、低温、低压
D、高温、高压、催化剂
6、用焦炭、空气、水为原料制备NH3，则参加反应的焦炭与产品之间的物质的量之比为………（）
A、3：4
B、3：2
C、2：3
D、1：
27、下列事实不能用勒夏特列原理解释的是…………………………………………………………（）
A、对盛在烧杯里的氨水加热，氨水中NH4+浓度减小
B、对熟石灰的悬浊液加热使温度升高，悬浊液中Ca（OH）2固体的含量增加
C、高压有利于合成氨的反应
D、500℃比室温更有利于合成氨的反应
二、填空题
8、有密闭容器A和B，A保持恒压，B保持恒容，起始时向容积相等的
A、B中分别通入体积比为2:1的等量的SO2与O2，发生
2SO2+O22SO3的反应，并达到平衡，则（填>、=、<,逆、正或不变）（1）SO2的转化率α(A)____ α(B)（2）起始时两容器的反应速率v(A)___v(B),反应过程中反应速率v(A)___v(B)（3）达到平衡时，分别通入等量的Ar气，A中平衡向____反应方向移动，B 中的化学反应速率____
三、计算题
9、在一定温度下，向一个2L的真空密闭容器中事先装入催化剂，通入1molN2和3molH2，经过一段时间后，测得容器内压强为反应起始的0、9倍，在此时间内以H2表示的平均速率为0、1mol•L-1•min-1,则所经过的时间是多少？〖课堂小结〗【课后作业】
一、选择题
1、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
2、在一定条件下，可逆反应N2+3H22NH3 △H＜0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是………………………………………………………………………………………………………（
）
A、加入催化剂V正、V逆都发生变化，且变化的倍数相等
B、加压，V正、V逆都增大，且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数
C、降温，V正、V逆都减小，且V正减少倍数小于V逆减少倍数
D、体积不变加入氩气，V正、V逆都增且V正增大倍数大于V 逆增大倍数
3、合成氨所需的H2由炭和水蒸气反应制得，其中一步反应为CO+H2O（g）CO2+H2 △H＜0，欲使CO的转化率提高，同时提高H2的产率，可以采取的措施是……………………………………………（
）
A、增大水蒸气的浓度
B、升高温度
C、增大CO浓度
D、增大压强
4、在一定温度和压强下，在密闭容器中充入H
2、N
2、NH3，开始时其物质的量之比为3：1：1，反应达平衡后，H
2、N
2、NH3的物质的量之比为9：3：4，则此时N2的转化率为……………………………（
）
A、10%
B、20%
C、15%
D、30%
5、在体积不变的容器中，2NH33H2+N2达到平衡时，NH3的转化率为50%，此时平衡混合气的密度与NH3未分解时的密度之比为………………………………………………………………………………（
）
A、1：1
B、2：3
C、3：2
D、2：
16、在密闭容器中进行如下反应已达平衡，N2+3H22NH3 △H ＜0，其他条件不变时，若将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的2倍，则下列说法中正确的是……………………………………（
）
A、平衡不移动
B、平衡向正方向移动
C、平衡向逆反应方向移动
D、再次达到平衡时NH3的百分含量不变
7、在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中含N2的体积分数为22%，含H2的体积分数为78%，经过合成反应达到平衡后，在相同的温度和压强下，气体的体积缩小至原体积的95%，N2的转化率与下面接近的数值是……………………………………………………………………………………………………（
）
A、
12、5%
B、
11、4%
C、
10、5%
D、9%
8、工业合成氨反应是700K左右进行的，这主要原因是……………………………………………（
）
A、700K时此反应速率最快
B、700K时氨的平衡浓度最大Ｃ、700K时氨的转化率最高
Ｄ、700K该反应的催化剂能发挥最大的作用
9、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3：2
B、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的消耗速率之比为1：2
D、密闭容器中H
2、N
2、NH3的物质的量之比为3：1：2
10、在一密闭容器中，用等物质的量的A和B发生如下反应：
A(气)+2B(气)
2C(气)反应达到平衡时。

若混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则这时A的转化率为…………………………………………………………………………………（
）
A 、70%
B、40%
C、50%
D、60%
二、非选择题
11、已知N2（g）+3H2（g）2NH3（g），2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）。

这两个反应的正反应都是放热反应。

回答下列问题：（1）从影响速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应采取的措施都是
_______________________________________________，实际生产中采取的措施分别是________________________。

（2）在实际生产合成氨过程中，要分离出氨气，其目的是
________________________；而合成SO3过程中，不需要高压，原因是______________________________。

（3）工业生产硫酸用处理尾气。

12、在密闭容器内，使1mol N23mol H2混合发生下列反应：3H2+N22NH3 △H＜0（1）当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比
是______。

（2）保持体积不变，升高温度时，混合气体的平均式量_____，密度_____。

（3）当达到平衡时，充入Ar气，并保持体积不变，平衡将_______移动。

（4）当达到平衡时，充入Ar 气，并保持压强不变，平衡将______移动。

（5）当达到平衡时，充入N2并保持压强不变，平衡将________移动。

（6）当达到平衡时，将c（N2）、c（H2）、c（NH3）同时增大1倍，平衡将
____移动。

13、合成氨反应，在一定条件下密闭容器中加入a molN2,b molH2，达到平衡时生成c molNH3，则消耗N2的物质的量为
______,消耗H2的物质的量为_______，N2的转化率为_______，若反应过程中保持恒定体积，恒定温度，则平衡容器内压强是原压强的______倍，容器中剩余N2的物质的量为______mol。

14、在400℃，
1、01X105Pa时，将SO2和14molO2 压入一个装有催化剂的VL密闭反应器中，发生2SO2+O22SO3的反应，并且在10min后达到平衡时，测得容器内有2molSO2和12molO2:（1）SO2的起始浓度为_______，SO3（气）的平衡浓度为_________；（2）SO2的转化率为________，O2的平均反应速率为________；（3）平衡时SO3（气）占总体积的百分数为__________，此时体系压强为反应起始时体系压强的________倍；（4）达平衡后再加入2molSO
2、12molO2和4molSO3(气)，此时正反应速率将_______，逆反应速率将_ ______，平衡___ ____移动。

【课后反思】
参考答案〖典题精析〗例1答案 A解析通过假设反应前N
2、H2的物质的量，结合反应过程中转化率与化学方程式中计量系数的关系，列方程求算。

设起始时H2为amol,N2为bmol，平衡时NH3为xmol，则3H2 + N22NH3起始时：
a b 0 依题意可得方程：x/[(a-3x/2)+(b-x/2)+x]=25%平衡后：a-3x/2 b-x/2 x 化简得：x/(a+b)=1/5例2答案及解析（1）t时刻时，NH3生成6mol N2+3H22NH3132t时刻：396平衡：4128 所以：a=13+3=16（mol）（2）平衡时 n(NH3)=(7
16、825%)/
22、4=8mol则由化学方程式知生成8molNH3需消耗N24mol，H212mol；最后剩余N2:16－4=12mol，剩余H2为7
16、8/
22、4－8－12=12 mol，则总共H2为：b=12+12=24mol所以a:b=16:24=2:3（3）平衡时：n(N2):n(H2):n(NH3)=12：12：
8=3：3：2〖当堂达标〗
1、A
2、B
3、B
4、D
5、B
6、A
7、D
8、（1）> （2）=、 > （3）逆、不变
9、设平衡时气体总物质的量为x，反应时间为t，因为在等
温等容条件下，压强比等于物质的量的比，所以x/(1+3)=0、9 x=
3、6，所以△x=4－
3、6=0、4 N2+3H22NH3 △n1322 n 0、4 n=0、6mol所以 H2的浓度变化值为0、6mol/2L =0、3mol/L，V(H2)=△C(H2)/t=0、3/t ，t=3min
【课后作业】
1、B
2、D
3、A
4、A
5、A
6、B
7、B
8、D
9、B
10、D
11、（1）低温、高压、催化剂；适宜的温度、高压、催化剂适宜的温度、常压、催化剂（2）使平衡正向移动，提高原料
的转化率在常压条件下该反应正向进行的程度已经很大（3）氨水
12、（1）1：3 （2）减少不变（3）不（4）逆向（5）正向（6）正向
13、c/2mol、3c/2mol、c/2a100%、（a+b-c）/(a+b)、a-(c/2)
14、(1)6/VmolL-1，4/VmolL-1 (2)
66、67%, 0、2/VmolL-1min-1(3)
22、22%,0、9倍(4)增大,增大,向右(或正反应方向)。