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1、精品_精品资料_考点 30 合成氨条件的挑选1. 复习重点1. 如何应用化学反应速率和化学平稳原理,挑选合成氨的相宜条件.2. 明白应用化学原理挑选化工生产条件的思路和方法.2. 难点聚焦1. 合成氨条件的挑选工业上用 N 2 和 H2 合成氨：N2+3H 22NH 3+Q从反应速率和化学平稳两方面看,挑选什么样的操作条件才有利于提高生产效率 和降低成本了？从速率 看,温度高、压强大即N2、H2 浓度大都会提高反应速率. 从化学平稳 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稳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
2、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.故一般合成氨厂采纳的压强是2050MPa 帕斯卡.而温度上升,有利于反应速率但不利于N 2 和 H 2 的转化率.如何在较低的温度下保持较大转化率的情形下,尽可能加快反应速率了？选用合适的催化剂能到达这个目的. 那么,较低的温度是低到什么限度了？不能低于所用催化剂的活性温度.目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂又称铁触媒.其活性温度为450550,即温度应在 450550为宜.将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时,合成氨使用的温度当然比现在要低,转化率就能更高了.挑选相宜的条件：依据N2+3H 22NH 3+Q 这一反应
3、的特点,运用化学反应速率和化学平稳的理论来挑选相宜条件.该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点.1相宜的压强：为何强调相宜？压强越大、有利于NH 3 的合成,但太大,所需动力大,材料强度高,设备制造要求高,成本提高,挑选2 1075 107Pa 压强.摸索：工业上生产H 2SO4： 2SO2g+O 2g2SO3g 为何不采纳加压方法？由于在常压下 SO2 的转化率已达91%,不需要再加压2相宜的温度：温度越低越有利于NH 3 的合成,为何仍要挑选5000 C 高温？由于温度越低, 反应速率越小, 达平稳时间长, 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准时别离
4、出NH 3,并不断补充 N2 和 H2N2 要过量,提高成本较高的H2 转化率小结：合成氨的相宜条件：压强： 2050MPa 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、净化可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 制 N2：压缩蒸发可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_物理方法： 空气液态空气N2化学方法：空气CO2 +N2N 2炭可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_制 H2：燃烧去 CO 2H2O可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_赤热炭水蒸气 CO+H 2CO2 +H2H 2催化剂去 CO 2可编辑资料 - - -
5、欢迎下载精品_精品资料_反应方程式为：催化剂可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_C+H2Og=CO+H 2. CO+H2Og =CO 2+H2留意：制得的N2、H2 需要净化,清除杂质,以防止催化剂“中毒”.化学反应： N2+3H22NH3 ; 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工业合成氨相宜条件的挑选在实际生产中,需要考虑反应速率、化学平稳、原料挑选、产量和设备等多方面情形,以确定最正确的生产条件.4. 图示合成氨的原理3. 例题精讲例 1 以下说法,能够用勒沙特列原理来说明的是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
6、. 500高温比室温更有利于合成氨的反应D. 恒温恒容下,在合成氨平稳体系中充入He,使压强增大,就平稳正向移动,NH 3增多 解析A. 加入催化剂只能加快反应速率,缩短到达平稳的时间,提高“单位时间”的产量,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_不能使化学平稳发生移动.留意：催化剂能相同倍数的转变正、逆反应速率,故而不转变化学平稳状态.B. 合成氨是一个气体体积减小的反应,所以增大压强,使平稳正方向移动,有利于合成氨,符合勒沙特列原理.C. 由于合成氨是一个放热反应, 所以从化学平稳移动角度分析, 应采纳较低温度. 500 高温较室温不利于平稳向合成氨方向移动.采纳500既考虑到温
7、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、H2、NH 3 反应.虽总压强增大了,实际上平稳体系各成分浓度不变即分压不变所以平稳不移动,NH 3 的产量不变.答案 B点评勒沙特列原理是说转变影响平稳的一个条件,平稳就向能够减弱这种转变的方法移动.不要混淆影响速率的条件和影响平稳的条件.例 2：合成氨工业中,原料气N2, H2 及少量的 CO,NH3 的混合气 在进入合成塔前常用乙酸二氨合铜 溶液来吸取原料气中CO,其反应为：CuNH3 2Ac+CO+NH3CuNH3 3Ac CO. H0(1) 必需除去原料气中CO的缘由是什么
8、？(2) 吸取 CO的生产相宜条件是什么？(3) 吸取 CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,复原其吸取 CO的才能以供循环使用,再生的相宜条件是什么？ 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逝,从而发生催化剂中毒.故必需除去原料气中CO.依据吸取原料气中CO的反应方程式：CuNH3 2Ac+CO+NH3CuNH3 3Ac CO. H0可知,加压和实行较低的温度可使平稳向正反应方向移动,有利于CO的吸取.要使吸取 CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,复原其吸取 CO的才能以供循环使用,只要使平稳向逆反应方向移动即可.答案： 1 防止催化剂中毒. 2 低温、
9、高压. 3 高温、低压. 点评 在实际工业生产过程中,相宜生产条件的挑选需要考虑反应速率、化学平稳、原料挑选、产量和设备等多方面因素.例 3 温度、催化剂不变,向某一固定体积的密闭容器内按以下各组物质的量加入H2、N2、 NH3,反应达平稳时.氨气浓度最大的一组是ABCDH 2615N 2201NH 30421 分析 2NH 3N23H2 .依据反应“一边倒”换算.B026 1 7C023 6.5D02 5 6.5由此可知,符合题意的是B. 解答 B 小结可逆反应, 在条件相同时 等温等容,假设到达等同平稳,其初始状态必需能互变, 从极限角度看,就是各物质的物质的量要相当. 因此可以采纳一边倒
10、的原就来处理以下问题：1化学平稳等同条件等温等容aAg bBgcCg始 a始 0b00c平稳态平稳态始 xyz平稳态可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_为了使平稳 依据“一边倒”原就,即可得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_x a z a cy b z b cx z 1 acn z 1 bc可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_例 4 合成氨工厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮的转化率.某工厂测得合成塔中 N2、H2 混合气体的密度为/L 标准状况 ,从合成塔中出来的混合气体在相同条件下密度为/L 标准状况 .求该合成氨厂N2 的转化率. 解析由于题
11、目中没有告知起始物质的量,也没有说明N2、H 2 是按化学方程式中物质的计量数投放物料,因此部分同学就假设N 2 为 1molH 2 为 3mol ,进行解题,依据是不足的.故此题解答时只能设反应前混合气体中氮气的物质的量分数为x,氢气物质的量分数为 1-x ,依题意得：设起始有氮气2mol ,氢气为 3mol ,氮气转化的物质的量为y,N2+3H 22NH3起始物质的量2mol3mol0mol转化物质的量ymol3ymol2ymol平稳物质的量2-ymol3-3ymol2ymoln 总=2-ymol+3-3ymol+2ymol=5-2ymol依据反应前后气体质量守恒可知 答案 25% 点评此
12、题是一道化学平稳综合运算题, 考查同学综合运算的解题才能. 正确的运算方法应是先由两种混合气体的密度, 分别运算出反应前后两种混合气体的平均式量, 由氢氨混合气的平均式量求出反应气体中氢气、氮气的体积比,再按合成氨化学反应中有关起始,转化、平稳物质的量的关系及平稳时混合气体的平均式量,从而求出氮气的转化率.4. 实战演练一、挑选题1. 以下有关合成氨工业的表达,可用勒夏特列原理来说明的是A 使用铁触媒,使N2 和 H2 混合气体有利于合成氨 B高压比低压条件更有利于合成氨的反应可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_C 500左右比室温更有利于合成氨的反应D合成氨时采纳循环操作,可提高
13、原料的利用率2. 对于可逆反应： N 2g + 3H 2g2NH 3g 正反应为放热反应.以下说法中正确的选项是A 到达平稳时, NH 3 的生成速率等于 NH 3 的分解速率B. 到达平稳时,反应物和生成物的浓度肯定相等C. 到达平稳时,假设加入N 2,在重新达平稳时, NH 3 的浓度比原平稳时增大,H 2 的浓度比原平稳时减小D. 到达平稳时,假设上升温度,加快了吸热反应的速率,降低了放热反应的速率,所以平稳向逆反应方向移动3工业上合成氨时一般采纳适当提高氨的合成速率提高氨的产率500左右的温度,其缘由是提高 H 2 的转化率催化剂在 500时活性最大A 只有B CD 4将 H 2 和
14、N 2 的混合气体通入合成塔中,经过1 个小时到达平稳,此时N2 、H2、NH 3 的浓度分别为 3、7、 4单位均为 mol/L ,就以下表达正确的N 2 的反应速率为2mol/L h H 2 的反应速率为 7 mol/L h H2 的起始浓度为 13mol/LN 2 起始浓度为 2 mol/L H 2 的转化率为 46.2%A B CD5. 有平稳体系： COg+2H 2gCH 3OHg 正反应为放热反应,为了增加甲醇的产量,工厂应实行的正确措施是A. 高温、高压B. 相宜温度、高压、催化剂C.低温、低压D. 低温、高压、催化剂6. 二氧化氮存在以下平稳：2NO 2gN 2O4g 正反应为
15、放热反应.在测定NO 2 的相对分子质量时,以下条件中较为相宜的是A 、温度 130、压强 105 PaB 、温度 25、压强 105Pa C、温度 130、压强 104 PaD 、温度 0、压强 104Pa7. 在 N2 +3H 22NH 3 的平稳体系中,当别离出NH 3 时,以下说法中正确的选项是A 正反应速率增大B平稳向逆反应方向移动C正反应速率大于逆反应速率D 逆反应速领先变小后变大8合成氨所需的氢气由煤和水发生反应制得,其中一步反应为：CO + H 2OgCO 2 + H 2正反应为放热反应 .要使 CO 转化率提高,A 增大 H 2Og 的浓度B 增大 CO 的浓度C降低温度D
16、增大压强二、填空题1. 肯定温度下某密闭容器中进行反应：N 2 +3H 22NH 3 ,达平稳后保持容器体积肯定,通入N2,平稳移动.保持容器体积肯定,通入Ar ,平稳移动.保持容器压强肯定,通入Ar ,平稳移动.保持容器体积肯定, 通入 N2、H 2、NH 3,使浓度都变为原先的2 倍,平稳移动.2. 在肯定条件下, 1molN 2 和 3molH 2 混合后反应,到达平稳时测得平稳混合物的密度是同温同压下氢气的 5 倍,就氮气的转化率是.假设在同一个容器中,在相同的温度下, 向容器中充入 NH 3,为使到达平稳时各成分的百分含量与上述平稳时相同,就起始时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品
17、_精品资料_充入的 NH 3 的物质的量为.三、运算题恒温下,将 amolN 2 与 bmolH 2 的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中,发生如下反应：N 2g+3H 2g2NH 3g1假设反应进行到某时刻t 时, ntN2=13mol , ntNH 3 =6mol ,运算 a 的值.2反应达平稳时,混合气体的体积为标准状况下,其中 NH 3 的含量体积分数为25%.运算平稳时 NH 3 的物质的量.3原混合气体与平稳混合气体的总物质的量之比写出最简整数比,下同,n始 n平 =.4原混合气体中,a b=.5到达平稳时, N 2 和 H 2 的转化率之比, N2 H 2=.6平稳混合气体中, nN2 nH 2 nNH 3=.参考答案一、挑选题1.BD 2. A3. D4. C5. B6. C7. CD8. AC二、填空题1.向右、不、向左、向右2.30 、 2mol三、运算题1a=1628mol35：442： 3可编辑资料 - - - 欢迎下载