2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 鲁科版（2019）双选

第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨 优化探究 第2章　化学反应的方向、限度与速率 [课程标准要求]　1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。　2.知道催化剂可以改变反应历程,对调控化学反应速率具有重要意义。 任务一　合成氨反应的限度和速率 任务二　合成氨生产的适宜条件 课时作业　巩固提升 任务一　合成氨反应的限度和速率 1.合成氨反应的限度 (1)合成氨的反应: N2(g)+3H2(g) ⥫⥬2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。 (2)反应的特点: ①可逆性:工业合成氨反应属于　　　　反应。  ②焓变:反应的焓变ΔH　　　　(填“>”“<”或“=”)0,属于　　　　(填“吸”或“放”)热反应。  可逆 < 放 ③熵变:反应的熵变ΔS　　　　(填“>”“<”或“=”)0,属于熵　　　　(填“增”或“减”)的反应。  ④自发性:常温(298 K)下,ΔH-TΔS　　　　(填“>”“<”或“=”)0,反应 　　　(填“能”或“不能”)自发进行。  < 减 < 能 (3)合成氨的物料比 研究发现,在一定的温度、压强下,反应物N2和H2的体积比为　　　　时平衡混合物中氨的含量最高。  1∶3 2.合成氨反应的速率 (1)合成氨反应的速率与反应物浓度的关系式 v=　 。  kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3) (2)提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 综合结果 压强 高压 　　　  高压 温度 高温 　　　  兼顾速率和平衡,且考虑催化剂活性 催化剂 使用 　　　  使用 浓度 由反应速率方程可知,增大氮气、氢气的浓度,减小氨气的浓度 　　　反应物的浓度,　　　　反应产物的浓度  增大反应物的浓度,且不断减小反应产物的浓度 高压 低温 无影响 增大 降低 1.工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应,在任何温度下都可自发进 行。(　　) 2.合成氨反应是气体体积减小的反应,故实际生产中采用的压强越大越 好。(　　) 3.合成氨工业生产中,N2和H2的转化率相等。(　　) 4.合成氨反应在提高反应速率和原料的转化率上对温度的要求是一致 的。(　　) 5.增大反应物的浓度,减少反应产物的浓度,可以提高氨气的产率。(　　) × × × × √ 实验研究表明,在特定条件下,合成氨反应的速率与参与反应的物质浓度的关系式为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3),请你根据该关系式分析,各物质的浓度对反应速率有哪些影响?可以采取哪些措施来提高反应速率? 提示:由合成氨反应的化学反应速率公式可知,在一定温度、压强下,化学反应速率与反应物浓度[c(N2)或c1.5(H2)]成正比关系,与反应产物浓度[c(NH3)]成反比关系。由此在一定温度、压强下,可采取增大反应物浓 度、减小反应产物浓度的措施来提高化学反应速率。另外还可采取升高温度、使用合适的催化剂等措施来加快反应速率。 合成氨反应条件选择的理论分析 1.(2024·海南高二检测)氨主要来源于工业合成氨:N2+H2―→NH3(未配 平)。科学家研制出新型催化剂,将该反应的温度、压强降至350 ℃、1 MPa.相比于常温、常压。下列措施一定能提高H2的平衡转化率的是 (　　) A.采用合适的高效催化剂 B.采用较高的温度 C.采用较高的压强 D.增大反应体系中H2的浓度 C 采用合适的高效催化剂,只能降低反应的活化能,从而加快反应速率,缩短反应达到平衡的时间,但不能提高H2的平衡转化率,A不符合题意;合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则在较高温度下,H2的平衡转化率降低,B不符合题意;合成氨正向反应为气体分子数减小的反应,采用较高的压强,有利于平衡正向移动,能提高H2的平衡转化率,C符合题意;增大反应体系中H2的浓度,虽然平衡正向移动,但H2的平衡转化率降低,D不符合题意。 2.(2024·天津宁河高二统考期末)已知合成氨反应N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0,既要使合成氨的产率增大,又要使反应速率加快,可采取的方法是(　　) ①减压;②加压;③升温;④降温;⑤及时从平衡混合气中分离出NH3;⑥补充N2或H2;⑦加催化剂 A.③④⑤⑦　　　　　　　 B.②④⑥ C.仅②⑥ D.②③⑥⑦ C 合成氨反应N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0,该反应的特点为正反应放热且气体分子数减小;据此分析。①减压,反应速率减慢,平衡逆向移动, NH3的产率减小,①不可采取;②加压,反应速率加快,平衡正向移动,NH3的产率增大,②可采取;③升温,反应速率加快,平衡逆向移动,NH3的产率减 小,③不可采取;④降温,反应速率减慢,平衡正向移动,NH3的产率增大,④不可采取;⑤及时从平衡混合气中分离出NH3,反应速率减慢,平衡正向移动,NH3的产率增大,⑤不可采取;⑥补充N2或H2,反应速率加快,平衡正向移动,NH3的产率增大,⑥可采取;⑦加催化剂,反应速率加快,但平衡不移 动,NH3的产率不变,⑦不可采取;故选②⑥,C项正确。 任务二　合成氨生产的适宜条件 1.提高合成氨的平衡转化率和反应速率的理论分析 提高反应的平衡转化率 提高反应的速率 反应特点 措施 反应特点 措施 放热 　　 　  活化能高 　　 　  正向反应 分子数减小 　　 　  低温时反 应速率低 　　　   反应可逆 　　　 　  原料气浓度增大能提高反应速率 　　 　  — — 氨气浓度增大能降低反应速率 　　 　  降低温度 使用催化剂 增大压强 升高温度 降温、增压 增大压强 分离出氨气 2.工业合成氨的适宜条件 影响因素 选择条件 选择的依据 压强 　　　 　　  ①　 ;  ②__________________________________   　;  ③从设备投资与经济效益方面考虑, _______________________________ 温度 反应温度控制在 　　　　左右  ① 　 ;  ② 　 。  107~108 Pa 增大反应速率 促进平衡正向移动,提高氨的产率和反 应物的转化率 压强过大,设备投资将大幅增加 700 K 提高化学反应速率 催化剂活性最大 影响因素 选择条件 选择的依据 催化剂 选择　　　　作催化剂  　　　 　　　　  浓度 将　　　　及时从混合气中分离出去,分离后的原料气　　 　　,并及时补充　　　　  _______________________________ 铁 提高化学反应速率 氨 循环使用 N2和H2 提高氨的产率和原料利用率 特别提醒　生产过程中,原料气必须净化,目的是防止催化剂“中毒”。 1.在合成氨中,为增加H2的转化率,充入的N2越多越好。(　　) 2.使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去,可提高原料的利用率。(　　) 3.合成氨反应选择在700 K左右进行的重要原因是催化剂在700 K左右时的活性最大。(　　) 4.一个化工生产的过程中只考虑反应的限度问题即可。(　　) × √ √ × 合成氨的反应中,为何将氮气、氢气的投料比定为1∶2.8呢? 提示:温度、压强一定时,N2与H2的体积比为1∶3时,平衡混合物中氨的含量最高;根据在特定条件下,v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3),提高H2的压强似乎更有利于提高合成氨反应的速率,但是,N2在催化剂上的吸附分解为总反应中最慢的步骤,即这是影响反应速率的关键步骤。实验表明,适当提高N2的比例,当N2与H2的物质的量之比为1∶2.8时更能加快合成氨反应的进行。 合成氨工业中生产条件的控制 1.化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用,如果设法提高化学反应的限度,下列哪项不是其主要目的(　　) A.节约原料和能源　　　 B.提高产品的产量 C.提高经济效益 D.提高化学反应速率 提高化学反应的限度,可使更多的反应物转化为生成物,提高产品的产量,提高原料的利用率,从而提高经济效益,但不一定能提高化学反应速率。 D 2.(2024·江苏苏州高二检测)NH3是重要的化工原料,合成氨反应为N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。工业上常用氨氧化法制硝酸(如图):将氨和空气混合后先经过热交换器,再通入灼热催化剂铂铑合金网生成NO,经过反应2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)　ΔH=-116.4 kJ·mol-1,将NO2与水反应制得硝酸。 下列有关合成氨工业和硝酸工业的说法正确的是(　　) A.合成氨工业中可用空气代替N2作原料 B.硝酸工业的尾气可以直接排放 C.催化剂铂铑合金网同时降低了正、逆反应的活化能 D.经过热交换器后,反应2NO+O2===2NO2中的NO转化率降低 C 空气中含氧气,与氢气混合加热时会发生爆炸,则合成氨工业中不可用空气代替N2作原料,A错误; 氮氧化物有毒、会污染空气,硝酸工业的尾气不可以直接排放,B错误; 催化剂铂铑合金网能使正、逆反应速率增大同等幅度,因为催化剂能同时降低正、逆反应的活化能,C正确;由题干和图可知,氨和空气的混合气体经过热交换器后升温、再通入灼热催化剂铂铑合金网生成NO,而一氧化氮、氧气和氮气的混合气体经过热交换器后,混合气体降温,则反应2NO+O2===2NO2朝放热方向即正反应移动,故2NO+O2===2NO2中NO的转化率增大,D错误。 3.合成氨反应为N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1, K=6.6×105。 (1)从平衡常数来看,反应的限度已经很大了,还需要使用催化剂的原因是   　 。  (2)试分析实际生产中采取700 K左右温度的原因是__________________ _____________________________________________________________  　 。  加快化学反应速率,提高单位时间内氨的产量 温度过高,不利于提高反应物的转化率,温度过低,反应速率小,单位时间内NH3的产量低,并且在700 K时,催化剂的活性最大 (3)压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率,而实际采用的压强为107~108 Pa,不采用更高的压强,其原因是____________________ ______________________________________________________________ _____________________________________________________________  　 。  实际生产中,应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。采用更高的压强,对设备和材料的要求越高,需要的动力越大,会增加投资和能量消耗,不经济 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　合成氨反应的限度和速率 1.下列关于工业合成氨:N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0的说法正确的是(　　) A.增大氮气的浓度,化学反应速率加快,平衡常数增大 B.该反应达平衡状态后,恒温恒容下充入氦气,则正反应速率增大,逆反应速率减小 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 C.该反应使用催化剂,加快反应速率的原因是降低了反应的活化能,提高了活化分子百分数 D.该反应中反应物的键能之和大于生成物的键能之和 答案:C 9 10 11 增大氮气的浓度,单位体积内活化氮气分子总数增大,化学反应速率加快,但化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,A错误;该反应达平衡状态后,恒温恒容下充入氦气,氮气、氢气、氨气的浓度均不变,则正反应速率、逆反应速率均不变,B错误;催化剂能降低反应的活化能,部分普通分子转化为活化分子,故提高了活化分子百分数,有效碰撞次数增大,反应速率增大,C正确;工业合成氨反应为放热反应,则由ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能<0,可知反应物的总键能<生成物的总键能,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2.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,都对化学平衡状态无影响 B.都对平衡状态有影响,都不影响达到平衡状态所用的时间 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.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而加压无此作用 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 合成氨的正反应为反应前后气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,能加快反应速率,缩短达到平衡状态所用的时间;加入催化剂,也能加快反应速率,缩短达到平衡状态所用的时间,但对化学平衡状态没有影响,故选C。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 3.氨在国民经济中占有重要地位。 (1)合成氨工业中,合成塔中每产生2 mol NH3,放出92.2 kJ热量。写出合成氨反应的热化学方程式:  　;  该可逆反应,若起始时向容器内放入2 mol N2和6 mol H2,达到平衡后放出的热量为Q,则Q　　　　(填“>”“<”或“=”)184.4 kJ。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1 < 11 (1)工业合成氨是用氮气和氢气化合生成氨气,热化学方程式为N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1;反应是可逆反应,不能进行彻底,若起始时间向容器中放入2 mol N2和6 mol H2,生成的氨气小于 2 mol,故达平衡后放出的热量小于184.4 kJ。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)反应N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)的化学平衡常数表达式为 　　　　　　 　　。请结合表中数据分析,工业上选用氮气与氢气反应固氮,而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是___________________ 　  　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 序号 化学反应 K(298 K)的数值 ① N2(g)+O2(g)⥫⥬2NO(g) 5×10-31 ② N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g) 4.1×106 K= 氮气与氢气的 反应限度大于氮气与氧气的反应限度 11 (2)反应N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)的化学平衡常数表达式为生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,为K=;由表知,反应②化学平衡常数K值大于反应①的,K值越大反应进行越完全,则工业上选用氮气与氢气反应固氮,而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是氮气与氢气的反应限度远大于氮气与氧气的反应限度。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (3)在一定条件下氨的平衡含量如表。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 温度/℃ 压强/Mpa 氨的平衡含量 200 10 81.5% 550 10 8.25% 11 其他条件不变时,温度升高氨的平衡含量改变的原因是　　(填字母)。  a.温度升高,正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡逆向移动 b.温度升高,浓度商(Q)变大,Q>K,平衡逆向移动 c.温度升高,活化分子数增多,反应速率加快 d.温度升高,K变小,平衡逆向移动 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 d 11 (3)升高温度,正逆反应速率都增大,由于正反应放热,平衡逆向移动,导致氨的平衡含量减小,只有d符合。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (4)如图是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线,图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是　　　(填“温度”或“压强”);判断L1、L2的大小关系并说明理由:_________________ ______________________________________________________________ 　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 压强 L1<L2,当压强一定时,温度升高,合成氨反应的平衡向逆反应方向移动,平衡混合气中NH3的体积分数减小 11 (4)合成氨反应是正向气体体积减小的放热反应,增大压强,平衡正向移动,平衡混合气中NH3的体积分数增大,升高温度,平衡逆向移动,平衡混合气中NH3的体积分数减小,由图可知,NH3的体积分数随着X的增大而增大,则说明X代表的是压强,L代表的是温度,相同压强下,L1的NH3的体积分数大于L2,合成氨反应为放热反应,压强相同时,升高温度, N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)平衡逆向移动,NH3的体积分数减小,则L1<L2。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 题组二　合成氨生产的适宜条件 4.合成氨工业上采用了循环操作,主要原因是(　　) A.加快反应速率 B.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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 合成氨反应是可逆反应,采取循环操作的主要目的是提高N2和H2的利用率。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 5.工业上用氮气和氢气合成氨:N2+3H2⥫⥬2NH3(反应放热),从反应速率和化学平衡两方面看,合成氨的适宜条件一般为压强:107 Pa~108 Pa,温度: 700 K左右,催化剂:铁。下列有关合成氨工业的叙述不正确的是(　　) A.使用铁触媒,可使氮气和氢气混合气体之间的反应在较低温度下取得较快的反应速率 B.工业上选择上述条件下合成氨,可以使氮气全部转化为氨 C.上述化学平衡的移动受到温度、反应物的浓度、压强等因素的影响 D.温度升高,不利于提高氮气的转化率 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 铁触媒是该反应的催化剂,使用铁触媒,可使氮气和氢气混合气体之间的反应在较低温度下取得较快的反应速率,A正确;合成氨的反应是可逆反应,反应物的平衡转化率不可能达到100%,B错误;改变温度、反应物浓 度、压强均可使合成氨正、逆反应速率以不同倍数增大、减小,故题述化学平衡的移动受到温度、反应物的浓度、压强等因素的影响,C正确;合成氨反应是放热反应,温度升高,合成氨平衡逆向移动,故温度升高,不利于提高氮气的转化率,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 6.下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　) A.从合成塔出来的混合气体中,其中NH3只占15%,所以合成氨厂的产率都很低 B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说合成氨的产率较高 C.合成氨工业的反应温度控制在700 K左右,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越大,产率越高,不需要考虑设备、条件 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时,原料的转化率并不高,但生成的NH3分离出后,再将未反应完的N2、H2循环利用,这样处理后,合成氨的产率较高,A项错误,B项正确;合成氨工业选择700 K左右的温度,主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑,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,C项错误;不论从反应速率还是化学平衡角度考虑,高压更有利于合成氨,但压强太大,对设备、动力的要求更高,使经济成本更高,因此压强选择107 Pa~108 Pa,D项错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 7.如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是(　　) A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率 C.步骤③④⑤均有利于提高原料转化率 D.产品液氨除可生产化肥外,还可用作制冷剂 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 合成氨使用含铁催化剂,为防止催化剂中毒,须将原料“净化”处理,A项正确;步骤②中“加压”,可增大氮气、氢气浓度,既能加快合成氨反应速率又能使平衡右移,提高原料转化率,B项正确;合成氨反应放热,步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率,同时使用催化剂也不能使平衡移动,步骤④⑤有利于提高原料的转化率,C项错误;产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥,液氨汽化时会吸收大量热,可用作制冷剂,D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 8.氨对发展农业有着重要意义,也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 下列说法不正确的是(　　) A.为防止原料气中混有的杂质使催化剂“中毒”而丧失催化活性,原料气必须经过净化 B.压缩机加压过程,既要考虑平衡移动的问题,又要考虑加压对设备材料的强度、设备的制造要求的问题 C.合成氨反应的温度控制在700 K左右,此温度下反应物的平衡转化率最大 D.冷却过程,及时将NH3从平衡混合物中分离除去,促使合成氨反应平衡向生成氨气的方向移动 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 催化剂“中毒”会丧失催化活性,所以原料气必须经过净化处理,故A正确;加压,合成氨平衡向右移动,但加压又要考虑对设备材料的强度、设备的制造要求的问题,故B正确;合成氨反应为放热反应,温度越低,平衡转化率越高,所以温度控制在700 K左右,不是因为此温度下反应物的平衡转化率最大,故C错误;冷却过程中,及时将NH3从平衡分离除去,减小反应产物浓度,可促使平衡向生成混合物中氨气的方向移动,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 9.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (1)X的化学式为　　　　　。 (1)原料气N2和H2经一定条件下的反应,生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来,同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 NH3 11 (2)图中条件选定的主要原因是　　　　(填字母)。  A.温度、压强对化学平衡的影响 B.铁在该温度时活性大 C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 BC 11 (2)温度选择在700 K并不是从化学平衡的影响分析的,而是因为催化剂在此温度时活性大,而且还可以适当提高化学反应速率,压强选择107 Pa~108 Pa是从化学平衡理论分析的,压强增大,平衡向生成NH3的方向移动,但不能过大,因为压强过大,对设备、材料的要求高,投资大,这样不经济。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (3)改变反应条件,会使平衡发生移动。如图表示随条件改变,氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时,变化趋势正确的是　　　(填字母,下同),当横坐标为温度时,变化趋势正确的是　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 c a 11 [B组　培优训练] 10.(双选)以丙烯(C3H6)、NH3、O2为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的化学方程式分别为 反应Ⅰ:2C3H6(g)+2NH3(g)+3O2(g)⥫⥬2C3H3N(g)+6H2O(g); 反应Ⅱ:C3H6(g)+O2(g)⥫⥬C3H4O(g)+H2O(g)。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 反应时间相同、反应物起始投料相同时,丙烯腈产率与反应温度的关系如图所示(图中虚线表示相同条件下丙烯腈平衡产率随温度的变化)。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A.其他条件不变,增大压强会降低丙烯腈平衡产率 B.图中X点所示条件下,延长反应时间或使用更高效催化剂均能提高丙烯腈产率 C.图中Y点丙烯腈产率高于X点的原因是温度升高导致反应Ⅰ建立的平衡向正反应方向移动 D.图中X点丙烯腈产率与Z点相等(T1<T2),则一定有Z点的正反应速率大于X点的正反应速率 答案:AB 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 反应Ⅰ正向是气体分子数增加的反应,增大压强有利于逆反应进行,故其他条件不变,增大压强会降低丙烯腈平衡产率,故A正确;X点并未达到平衡状态,故只需要使用更高效催化剂或者延长反应时间就可以增大反应程度,从而提高丙烯腈的产率,故B正确;图中Y点丙烯腈产率高于X点的原因是温度升高,反应速率加快,生成的丙烯腈更多,但反应未达到平衡,便不存在平衡移动的说法,故C错误;X点虽然温度更低,但是反应物浓度却更高,故无法判断X、Z两点的正反应速率大小,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 11.N2和H2生成NH3的反应为N2(g)+H2(g)⥫⥬NH3(g)　ΔH(298 K)=-46.1 kJ·mol-1,在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)。 化学吸附:N2(g)―→2N*;H2(g)―→2H*; 表面反应:N*+H*⥫⥬NH*;NH*+H*⥫⥬N;N+H*⥫⥬N; 脱附:N⥫⥬NH3(g)。 其中N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。 请回答: 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (1)有利于提高平衡混合物中氨气含量的条件有　　　　　(填字母)。  A.低温 B.高温　C.低压　D.高压　E.催化剂 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 AD 11 (1)N2(g)+H2(g)⥫⥬NH3(g)　ΔH(298 K)=-46.1 kJ·mol-1是气体体积减小的放热反应,据此分析。低温有利于平衡正向移动,有利于提高氨气产率, A符合题意;高温平衡逆向移动,不利于提高氨气产率,B不符合题意;低压平衡逆向移动,不利于提高氨气产率,C不符合题意;高压平衡正向移动,有利于提高氨气产率,D符合题意;催化剂只改变反应速率,不改变化学平衡,不能提高氨气产率,E不符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)实际生产中,常用Fe作催化剂,控制温度为773 K,压强为3.0×107Pa,原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2适度过量的两个理由:　 ;  _____________________________________________________________  　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率 N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,N2适度过量有利于提高整体的反应速率 11 (2)原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8,原料气中N2过量的两个理由:原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率;N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (3)下列关于合成氨工业的理解正确的是　　　　(填字母)。  A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 B.当温度、压强一定时,向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体,平衡正向移动 C.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移出,有利于反应正向进行 D.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,防止催化剂“中毒” 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 ACD 11 (3)合成氨反应是气体体积减小的放热反应,合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零,A正确;当温度、压强一定时,向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体,总压不变,分压减小,平衡向左移动,B错误;NH3有较强的分子间作用力,可将其液化,不断将液氨移出,有利于反应正向进行,C正确;合成氨的反应在合成塔中发生,原料气中的N2是从空气中分离得来,先将空气液化,再蒸馏得N2,甲烷与水在高温、催化剂的条件下反应生成CO和H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂“中毒”,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 $$