第9讲 2.4 工业合成氨-2023-2024学年寒假班高二化学教材知识点精讲练（沪科版2020）

第九讲 工业合成氨 知识梳理 · 考点一、合成氨适宜生成条件的选择 1. 反应原理：N2+3H22NH3 △H<0 2. 主要设备：合成塔。 3. 合成氨条件的选择：增大N2、H2浓度，及时分离出氨；适当的温度（500℃左右）和压强（2×107Pa～5×107Pa）；采用铁催化剂。 压强：20MPa~50MPa(中压) (有利于氨的合成,对动力、材料强度、设备制造要求适中) 温度：500℃左右(速率较快,转化率适中催化剂活性最大) 催化剂：铁触媒 浓度：C(N2)：C(H2)=1：2.8（将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充） 4. 合成氨工业流程：原料气制取→净化→压缩→合成→分离→液氨，原料 循环 利用 注意：①该反应为可逆反应，所以所得产品是NH3、N2、H2的混合物，利用NH3易液化的特点将NH3分离以后，N2、H2可循环使用。 ②原料N2可通过蒸馏液态空气获得，而原料H2一般通过焦炭与高温水蒸气反应获得，有关反应方程式为：C+H2OCO + H2，CO+H2OCO2 + H2，除去CO2即得H2。 1．人工合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)   ∆H<0，在5L密闭容器中进行此反应，30秒后NH3的物质的量增加了0.3mol。下列说法不正确的是 A．30秒内v(N2)=0.001mol·L-1·s-1 B．当容器内气体压强不再变化时，反应达到平衡 C．其他条件不变，升高温度能加快反应速率，但降低N2的平衡转化率 D．其他条件不变，使用催化剂能同时提高反应速率和该反应的平衡常数 【答案】D 【解析】A．，A正确； B．该反应是气体压强减小的反应，当容器内气体压强不再变化时，反应达到平衡，B正确； C．其他条件不变，升高温度能加快反应速率，该反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低N2的平衡转化率，C正确； D．其他条件不变，使用催化剂能同时提高反应速率，但不改变该反应的平衡常数，D错误； 故选D。 2．工业上通常采用在铁触媒、400-500℃、10MPa-30MPa的条件下合成氨，其反应为：，该反应一定条件下自发。2016年，中国科学院大连化学物理研究所的研究团队研制了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa。下列说法正确的是 A．不同的催化剂对化学反应速率的影响均相同 B．该反应的， C．工业上通常采用在400-500℃的条件下合成氨，主要是为了提高产率 D．采取迅速冷却的方法将生产的氨气变成液氨后分离出去，可以增大正反应速率同时提高反应物转化率 【答案】B 【解析】A．不同的催化剂反应历程不同，对化学反应速率的影响不相同，A错误； B．该反应为化合反应，属于放热反应，正反应气体体积减小为，B正确； C．该反应为放热反应，温度越低，平衡正向进行程度越大，产率越高，工业上采用在400-500℃的条件下合成氨，主要是为了提高化学反应速率，C错误； D．采取迅速冷却的方法将生产的氨气变成液氨后分离出去，可以使平衡正移，提高反应物转化率，而浓度降低，正反应速率减小，D错误； 答案选B。 3．已知  在恒压反应器中进行，原料气、按等物质的量系数比进行投料，以下分析正确的是 A．利用物质物理性质的差异可以分离出产物 B．工业上选择500℃而不是室温与勒夏特列原理有关 C．的体积分数不变说明该反应达到平衡状态 D．体系内充入对平衡转化率没有影响 【答案】A 【解析】A．利用、、沸点的差异，可以分离出产物，故A正确； B．该反应正反应为放热反应，采用500℃的高温，利用平衡向逆反应进行，反应物转化率与产物的产率降低，主要考虑反应速率与催化剂活性，不能用勒夏特列原理，故B错误； C．在恒压反应器中，假设、按1mol进行投料，假设反应过程中N2的转化量为xmol，则的体积分数为=50%是定值，的体积分数不变不能说明该反应达到平衡状态，故C错误； D．该反应在恒压反应器中进行，体系内充入，容器体积增大，相等于减小压强，平衡正向移动，、的平衡转化率增大，故D错误； 故选A。 4．某温度下发生反应：3H2(g)+N2(g)⇌2NH3(g)  ΔH=-92.4kJ/mol，N2的转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示，下列说法中正确的是 A．将1molN2、3molH2置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJ B．平衡状态由A变到B时，平衡常数KA<KB C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大 D．合成氨工业中常采用400~500℃的高温以提高原料的转化率 【答案】C 【解析】A．因为是可逆反应，所以不可能生成2mol氨气，因此放出的热量小于92.4kJ，A错误； B．平衡常数只与温度有关系，所以平衡状态由A变到B时，平衡常数不变