2.4 工业合成氨（二）（同步讲义）化学沪科版2020选择性必修1

第二章 化学反应的方向、限度和速率 第四节 工业合成氨 第2课时 工业合成氨的生产流程 教学目标 1. 熟悉合成氨生产的工艺流程，包括原料气的制备、净化、除杂、压缩、合成、冷却分离和循环压缩等环节。 2. 掌握工业化生产中调控反应的一般思路，包括考虑反应的可行性、化学平衡、反应速率、设备可行性和成本核算等方面。 重点和难点 根据合成氨的适宜条件，选择合适的条件合成氨。 ◆知识点一 合成氨的工业生产步骤 1．造气 （1）氮气：合成氨所需要的氮气都取自空气。 从空气中制取氮气通常有两种方法：一是将空气液化、蒸发，分离出氮气；二是将空气中的氧气跟碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳，即得到氮气。 （2） 氢气：氢气则来源于水和碳或碳氢化合物反应。如以天然气为原料制取氢气，反应可简单表示为：H2O+CH4 CO+3H2，H2O + CO CO2+ H2 2．净化 在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质（如 H2S、CO等）会使合成氨所用的催化剂“中毒”，所以必须除去。 3．合成 净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，氮气与氢气在高温、高压和催化剂作用下合成氨（如图）。 从合成塔出来的混合气体，通常约含15%(体积分数)的氨，把反应后的混合气体通过冷凝器使氨液化而分离，再把分离出来的气体经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。 特别提醒 合成氨反应，该反应的特点为：正反应放热且气体分子数减小. 即学即练 1．已知合成氨反应，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；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 【答案】C 【分析】合成氨反应，该反应的特点为：正反应放热且气体分子数减小；据此分析。 【解析】①减压，反应速率减慢，平衡逆向移动，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，的产率增大，②可采取； ③升温，反应速率加快，平衡逆向移动，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，的产率增大，④不可采取； ⑤及时从平衡混合气中分离出，反应速率减慢，平衡正向移动，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，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，的产率不变，⑦不可采取； 故选②⑥； 故选C。 2．工业上合成氨时一般采用左右的温度，其原因是 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催化剂在时活性最大 A．只有① B．①② C．②③④ D．①④ 【答案】D 【分析】由，可知合成氨为放热的反应，升高温度可加快反应速率，但平衡逆向移动，且温度太高易使催化剂失去活性，以此来解答； 【解析】适当提高氨的合成速率、催化剂在770K左右时活性最大，该温度下转化率已经较高，不考虑转化率及产率； 所以①④说法正确； 故选D。 3．化学与生产、生活、科技等息息相关。下列说法错误的是 A．合成氨工业使用铁触媒提高氨的平衡产率 B．用熟石灰中和土壤酸性 C．用醋酸除去水壶中的水垢 D．核能、风能属于新能源 【答案】A 【解析】A．催化剂能加快反应速率，缩短反应到达平衡的时间，但不能改变产率，则合成氨工业使用铁触媒不能提高氨的平衡产率，A错误； B．土壤的酸性或碱性过强都不适合农作物生长，若土壤呈酸性，可用熟石灰中和土壤酸性，B正确； C．水垢的主要成分为CaCO3、Mg(OH)2等，可用醋酸除去水壶中的水垢，C正确； D．新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，太阳能、风能、生物质能、核能、氢能、地热能、海洋能等都属于新能源，D正确； 故选A。 ◆知识点二 工业合成氨工艺流程 原料气的制取→净化→压缩→合成→→液氨 特别提醒 加压既能提高反应速率，又能促进平衡正向移动，合成氨的反应为放热反应，低温有利于平衡正向移动，但是低温下，催化剂活性低，反应速率也低，因此综合考虑将温度设定在500℃并使用含铁催化剂进行催化反应，及时将产生的NH3液化分离出来以提高N2和H2的转化率，剩余的N2和H2再循环利用。 即学即练 1．下列关于工业合成氨的叙述正确的是 A．合成氨工业温度选择为450℃左右，主要是为了提高NH3产率 B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响 C．合成氨生产过程中将NH3液化分离，不能提高反应物的转化率 D．合成氨工业中为了提高氢气的转化率，可适当增加氮气浓度 【答案】D 【解析】A．合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高NH3产率，因此合成氨工业温度选择为450℃左右，主要是为了提高反应速率，A错误； B．施加高压即增大压强，化学平衡正移，因此对化学平衡状态有影响，B错误； C．减少生成物的浓度平衡正向移动，因此将NH3液化分离，可以提高反应物的转化率，C错误； D．增加一种反应物的浓度，平衡正向移动，则另一种反应物的转化率提高，因此合成氨工业中为了提高氢气的转化率，可适当增加氮气浓度，D正确； 答案选D。 2．下图为工业合成氨的流程图。下列说法正确的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”不能提高原料的转化率，但可以加快反应速率 C．步骤③中反应温度越高催化剂活性越大 D．步骤③、④均有利于提高原料的平衡转化率 【答案】A 【解析】A．步骤①中“净化”是除去杂质以防止铁触媒中毒，故A正确； B．合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，故B错误； C．催化剂的活性受温度影响，一定温度范围内，催化剂活性最佳，而不是温度越高越大，故C错误； D．催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料平衡的转化率，步骤③不利于提高原料的平衡转化率，故D错误； 故选A。 3．工业合成氨的反应为，其工艺如图所示。下列措施能提高N2平衡转化率的是 ①干燥净化“原料气”②采用“10MPa~30MPa”③“热交换”分离热量④“冷却”分离液氨⑤使用“铁触媒” A．②③④ B．①④⑤ C．①②③ D．③④⑤ 【答案】A 【解析】①“干燥净化”主要有两个作用，一是从催化剂中毒角度考虑，防止催化剂失活失去效用，与速率有关，与平衡转化率无关，二是防止有氧化性气体进入，从而引起爆炸，也与平衡转化率无关，①不符合题意； ②采用合适压强既考虑了速率、转化率，又考虑了设备材料，②符合题意； ③热交换及时分离热量，合成氨正反应是放热反应，降低温度有利于平衡正向移动，③符合题意； ④分离氨，平衡正向移动，④符合题意； ⑤铁触媒只改变速率，不改变平衡转化率，⑤不符合题意； 故选择②③④，答案选A。 1、 工业生成氨的生产流程 1．合成氨的工业生产主要包括造气、净化、合成三个步骤。 2．原料气中氮气来自空气，氢气来自水与碳或碳氢化合物的反应。 3．原料气进入氨合成塔之前需净化，目的是防止催化剂中毒。 4．从合成塔出来的混合气体中分离出液氨后，剩余的气体（N2和H2）要循环使用。 实践应用 1．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。 下列说法不正确的是 A．控制原料气，是因为相对易得，适度过量可提高转化率 B．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．压缩机加压是为了保证尽可能高的平衡转化率和反应速率 【答案】B 【解析】A．空气中氮气充足，相对易得，控制原料气比，使氮气过量，增加氢气的转化率，A正确； B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，是考虑综合效率；该反应是放热反应，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误； C．热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确； D．根据合成氨特点，该反应是气体体积减小的反应，加压提高原料的转化率并加快了反应速率，D正确； 故选B。 2．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图如下。 下列有关合成氨说法正确的是 A．从合成氨平衡体系中分离出，可提高正反应速率，减小逆反应速率，平衡正移 B．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 C．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 D．步骤④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 【答案】B 【解析】A．从合成氨平衡体系中分离出氨气，减少了生成物的浓度，使平衡正向移动，但正反应速率和逆反应速率都减小，故A错误； B．热交换将氨气的热量转给氮气和氢气，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温，利于液化分离，故B正确； C．合成氨一般选择进行，主要是让铁触媒的活性最大，但该反应是放热反应，温度升高，原料气的平衡转化率降低，故C错误； D．步骤④是有利于铁触媒的活性最大，由于该反应是放热反应，升高温度，原料的平衡转化率降低，步骤⑤分离出氨气，有利于平衡正向移动，可以提高原料的转化率，故D错误； 故选B。 3．某温度下，在密闭容器中进行合成氨反应：  。下列叙述正确的是 A．、在实际生产中可循环使用，从而提高原料利用率 B．充入一定量，平衡向正反应方向移动，的转化率变大 C．工业生产中采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁的活性最大 D．升高温度，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增多，平衡向正反应方向移动 【答案】A 【解析】A．未转化的合成气循环利用，主要是为了提高氮气和氢气的利用率，A正确； B．充入一定量，平衡会正反应方向移动，的转化率变大，但的转化率减小，B错误； C．压强增大，加快反应速率，压强增大，对生产设备要求高，故工业生产中采用的压强是10~30MPa，铁触媒对温度有一定要求，C错误； D．升高温度，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增多，化学反应速率加快，该反应该是放热反应，平衡向逆反应方向移动，D错误； 故选A。 二、实验室模拟合成氨 1．无论工业上还是实验室，用N2和H2反应生成NH3的反应都是可逆反应。 2．NH3极易溶于水，其水溶液呈碱性。 3．检验NH3的生成，一般使用酚酞试液，或挥发性酸（如浓盐酸）。 实践应用 1．氮及其化合物在农业、医药、国防等领域应用广泛。回答下列问题： （1）实验室加热固体混合物制取的化学方程式为 。 （2）干燥氨气不可选用的试剂是 (填字母)。 a．浓硫酸        b．碱石灰       c．无水CaCl2 （3）工业合成氨及氨氧化制取硝酸的流程示意图如下。 ①合成塔中生成，说明H2具有 (填“氧化性”或“还原性”)。 ②氧化炉中发生反应的化学方程式是 。 ③《本草纲目拾遗》记载“强水性最烈，能蚀五金”，“强水”指硝酸。写出稀硝酸与铜反应的离子方程式： 。 （4）汽车尾气净化装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示： ①该过程的中间产物是 。 ②催化转化过程中，发生的总反应方程式为 。 【答案】（1） （2）ac （3）还原性 （4）NO2 2NO+O2+4CO4CO2+N2 【分析】氮气和氢气在一定条件下在合成塔中反应生成氨气，经氨分离器得氨气，氨气进入氧化炉催化氧化生成一氧化氮和水，一氧化氮进入吸收塔和氧气、水反应生成硝酸，最后尾气处理。 【解析】（1）实验室加热和混合物制取，反应的化学方程式是； （2）a．浓硫酸能与氨气反应，干燥氨气不能用浓硫酸，       b．碱石灰可以用于干燥氨气，        c．无水CaCl2能与氨气反应，干燥氨气不能用无水CaCl2，       答案选ac； （3）①合成塔中生成，反应时氢元素化合价升高，说明H2具有还原性；②氧化炉中转化为，氮元素的化合价由-3价升高为+2价，空气中氧气为氧化剂，氧元素化合价由0价降低为-2价，发生反应的化学方程式是；③稀硝酸与铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式为； （4）①由图可知，净化装置中发生的反应为催化剂作用下NO、CO、O2反应生成N2和CO2，则二氧化氮是中间产物， ②由图可知，净化装置中发生的反应为催化剂作用下NO、CO、O2反应生成N2和CO2的化学方程式为2NO+O2+4CO4CO2+N2。 2．氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。 I.实验室制氨气。 某兴趣小组同学利用如图甲装置制备氨气(部分夹持仪器已略去)。 （1）装置甲中制取氨气的化学方程式是 。湿润棉花的作用为 (填一条)，干燥管中的碱石灰 (填“能”或“不能”)用无水代替。 （2）用装置乙进行喷泉实验，烧瓶中装满干燥氨气，引发喷泉的操作是 。下列组合也能形成喷泉实验的是 (填字母)。 A．(饱和溶液)　　　　B．(浓NaOH溶液)　　　　　C．NO() Ⅱ.工业合成氨。 如图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。 （3）合成塔中发生反应的化学方程式为 。向吸收塔中通入A的作用是 。 （4）工业生产中为了储运大量浓硝酸，最好选择 (填字母)作为罐体材料。 a.铜　　　b.铂　　　c.铝　　　d.镁 （5）尾气中的可用纯碱溶液吸收法处理，请写出相关反应的化学方程式：(提示：与纯碱溶液反应可发生歧化生成两种盐) 。 【答案】（1） 吸收多余的或防止空气对流，以便收集纯净的 不能 （2）打开止水夹，挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶 B （3） 将充分氧化为，使被水吸收得到硝酸，从而提高硝酸的产率 （4）c （5） 【分析】N2与H2在高温、高压、催化剂存在条件下反应产生NH3，该反应是可逆反应，反应产生的混合气体进入进入氨分离器中分离出NH3，NH3与O2在催化剂存在条件下发生氧化反应产生NO、H2O，NO再被氧化产生NO2，NO2被水吸收得到HNO3，反应产生的NO进入尾气处理装置进行吸收处理，然后再排放。 【解析】（1）装置甲中反应为氯化铵和氢氧化钙加热生成氯化钙、水和氨气， ；氨气极易溶于水，湿润棉花的作用为吸收多余的或防止空气对流，以便收集纯净的，氨气会和氯化钙反应而被吸收，故干燥管中的碱石灰不能用无水代替。 （2）氨气极易溶于水，被水吸收使得装置中压强减小，产生喷泉，引发喷泉的操作是：打开止水夹，挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶；氯气在饱和食盐水中溶解度很小、NO不溶于水，不能形成喷泉；二氧化硫和氢氧化钠反应可以使得装置中压强减小，形成喷泉，故选B； （3）合成塔中发生反应为氮气和氢气催化反应生成氨气，化学方程式为。结合分析，A为氧气，氧气能氧化NO为二氧化氮，向吸收塔中通入A的作用是将充分氧化为，使被水吸收得到硝酸，从而提高硝酸的产率； （4）铂价格昂贵，铜、镁会和浓硝酸反应，常温下浓硝酸和铝发生钝化反应，阻碍了反应进行，故选择c； （5）与纯碱溶液反应可发生歧化生成两种盐，则氮化合价部分升高得到硝酸钠、部分降低得到亚硝酸钠，结合质量守恒，还生成二氧化碳，反应为：。 3．氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一、 （1）写出实验室制氨气的化学方程式： 。 （2）某工厂用氨制硝酸的流程如下图： ①上述转化中，属于氮的固定的是 (填“ⅰ”、“ⅱ”或“ⅲ”)。 ②已知断裂1mol相应的化学键需要的能量如下表： 化学键 能量/kJ 436 391 946 上述“合成塔”中发生反应生成2mol ，可放出 kJ热量。 ③“吸收塔”排出的尾气中含有NO、等氮氧化物，可用将其催化还原成不污染环境的气体，写出与反应的化学方程式： 。 （3）以和为原料直接合成的反应能耗高，科研人员选用固体进行转化。合成氨的过程如图所示。 ①实验研究：查阅资料，同位素示踪法可以证实中的氮元素在“转氨”过程中能转变为氨中的氮元素。 实验：将 (填化学式)两种物质混合，充分反应。 检测结果：经探测仪器检测，所得氨气中存在。 ②测量的转化率：取固体、的混合物m g［］，充分反应。生成的与V mL 恰好完全反应生成正盐。的转化率为 %(用含m、V、c的代数式表示)。 【答案】（1） （2）ⅰ 92 （3）、 【分析】工业制硝酸的流程为氮气、氢气合成氨气，氨气催化氧化得到NO，NO被氧气氧化再被水吸收得到硝酸。 【解析】（1）实验室用氯化铵和氢氧化钙加热的方法制氨气，化学方程式为Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O （2）①氮的固定指将氮气转化为氮的化合物，上述转化中，属于氮的固定的是反应i；N2+3H22NH3，由反应方程式知，生成2molNH3，需断裂1molN≡N、3molH-H，形成6molN-H，故放出的热量=6×391-3×436-946=92kJ；③NH3与NO2反应生成N2和水，反应方程式为8NH3+6NO27N2+12H2O； （3）①为了证实Mg3N2中的氮元素在“转氨”过程中能转变为NH3中的氮元素，可以利用同位素对Mg3N2中的N元素进行同位素标记，通过检验NH3中是否含有该同位素即可，所以需要将Mg315N2和NH4Cl混合，充分反应；②依据Mg3N2+6NH4Cl=3MgCl2+8NH3↑，由于生成的NH3与 VmL、cmol/L的H2SO4恰好完全反应生成正盐，则n(NH3)=2cV×10-3mol，又由Mg3N2~8 NH3可知反应的n(Mg3N2)= cV×10-3mol，故Mg3N2的转化率为。 三、以合成氨为载体的综合考查 这类题目往往是化学反应的能量变化、化学反应的方向、限度、速率的综合考查。 实践应用 `1．吉林大学科研人员合作研究得出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在较温和的条件下由氮气合成氨的新方案(如下图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数平衡时可高达。已知合成氨反应  。下列说法正确的是 A．该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁做催化剂 B．采用该方案生产氨气，活化能和均减小 C．该方案提高了氨的平衡体积分数，与反应温度较低有关 D．为了提高氢气的平衡转化率和反应速率，应尽量采取较高温度 【答案】C 【解析】A．催化剂不能使平衡移动，该方案所得氨的含量高，不是因为使用了铁做催化剂，故A错误； B．只与反应体系的始态和终态有关，与反应过程无关，采用该方案生产氨气，不变，故B错误； C．合成氨反应放热，降低温度，平衡正向移动，该方案提高了氨的平衡体积分数，与反应温度较低有关，故C正确； D．合成氨反应放热，升高温度，平衡逆向移动，氢气的平衡转化率降低，故D错误； 选C。 2．合成氨工业中原料气进入合成塔前需经过铜氨溶液“净化”，除去其中的，原理为 [Cu(NH3)2]+ (aq)+CO(g)+ NH3(g)[Cu(NH3)3CO]+(aq) ΔH<0。下列说法正确的是 A．该反应在任何温度下均能自发进行 B．降低温度增大的转化率 C．增大压强有利于制氨溶液再生 D．为节约成本，原料气可以不进行净化 【答案】B 【解析】A．该反应△H<0，△S<0，根据△G=△H-T△S<0反应自发进行可知，该反应在低温条件下自发进行，A错误； B．该反应△H<0，降低温度利于平衡正向移动，即可增大CO的转化率，B正确； C．该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，不利于制氨溶液再生，C错误； D．反应过程中涉及的CO为有毒气体，必须进行原料气的净化，D错误； 答案选B。 3．基于单簇催化剂(SCC)的NO还原反应(NORR)的主要反应如下： (Ⅰ) (Ⅱ) (Ⅲ) 在T℃、100kPa反应条件下，向密闭容器中充入2mol NO和，发生上述反应，测得含氮元素占比[如的含氮元素占比]与时间的关系如图所示。 已知：反应Ⅱ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅰ、Ⅲ的影响；K为用物质的量分数表示的平衡常数。下列有关说法正确的是 A．反应Ⅱ的 B．曲线c表示的是氨气的含氮元素占比 C．若选择对反应Ⅱ催化效果更好的催化剂，则F点将平移至E点 D．若95min时达到平衡，则反应Ⅲ的平衡常数K的计算式为 【答案】D 【解析】A．反应Ⅱ是气体量减少的反应，，反应快速自发进行，故该反应的，A错误； B．起始的含氮物质只有一氧化氮，反应ii为快反应，曲线a表示物质快速减少，故曲线a表示NO，NH3快速增加，故曲线b表示氨气，曲线表示c氮气，B错误； C．若选择对反应Ⅱ催化效果更好的催化剂，反应Ⅱ会更快，生成NH3达到最高点所用时间短，NH3的占比更大，因此F点可能移向E点上方的某个点，C错误； D．起始时，2 mol NO、6 mol H2，若95 min时达到平衡，则由图知，NO的含氮元素占比为6%，n(NO)=2mol×6%=0.12mol，N2的含氮元素占比为86%，n(N2)=，NH3的含氮元素占比为100%-6%-86%=8%，n(NH3)=2mol×8%=0.16mol，由氧原子守恒得，n(H2O)=2mol-0.12mol=1.88mol，由氢原子守恒得，n(H2)=，此时总物质的量为(0.12+0.86+0.16+1.88+3.88)=6.9mol，N2的物质的量分数为，H2的物质的量分数为：，NH3的物质的量分数为：，则反应Ⅲ的平衡常数Kx=，D正确； 故选D。 考点一 工业合成流程 【例1】硫酸是重要的化工原料。工业上以黄铁矿 为原料制备硫酸流程如图所示： 下列有关说法错误的是 A．步骤I前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率 B．反应II选择 是为了提高： 的转化率 C．焦硫酸 或 ，推测其具有吸水性、腐蚀性和强氧化性 D．将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生 【答案】B 【解析】A．将黄铁矿粉碎，可增大固体表面积，使固体充分反应，且加快反应速率，提高原料利用率，故A正确； B．反应II发生反应：2SO2+O22SO3，该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高二氧化硫的转化率，工业生产中反应温度控制在主要是此温度下催化剂活性最高且反应速率快，故B错误； C．焦硫酸 或 ，从组成上分析，焦硫酸由等物质的量的三氧化硫和硫酸化合而成，浓硫酸具有吸水性、腐蚀性和强氧化性，因此推测焦硫酸也具有吸水性、腐蚀性和强氧化性，故C正确； D．将黄铁矿换成硫黄，则不再产生氧化铁，可以减少废渣的产生，故D正确。 答案选B。 解题要点 黄铁矿粉碎，通入空气煅烧反应生成氧化铁和二氧化硫，4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，二氧化硫在催化剂作用下加热，发生反应：2SO2+O22SO3，三氧化硫被98.3%的浓硫酸吸收生成焦硫酸。 【变式1-1】合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。 2018年是合成氨工业先驱哈伯(P·Haber)获得诺贝尔奖100周年。和生成的反应为：  在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态) 化学吸附：；； 表面反应：；； 脱附： 其中，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： （1）合成氨反应平衡常数的表达式为 。温度升高，K值 (填“增大”“减小”或“不变”)。 （2）实际生产中，常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温度773K，压强，原料中和物质的量之比为1：2.8。 ①分析说明原料气中过量的理由 。 ②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。 A．合成氨工艺采用循环操作，主要为了增大化学反应速率 B．控制温度(773K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 C．当温度、压强一定时，在原料气(和的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 D．基于有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 E．分离空气可得，通过天然气和水蒸气转化可得，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生。 （3）在T℃、压强为0.9MPa条件下，向一恒压密闭容器中通入的混合气体，体系中各气体的含量与时间变化关系如下面图所示。已知：分压=总压×体积分数。 ①以下叙述不能说明该条件下反应达到平衡状态的是 (填字母)。 A．氨气的体积分数保持不变 B．容器中保持不变 C．气体平均相对分子质量保持不变 D．气体密度保持不变 E． ②反应20min时达到平衡，则0～20min内= ，= 。(为以分压表示的平衡常数，代入数据列出计算式，不必化简) ③若起始条件相同，在恒容容器中发生反应，则达到平衡时的含量符合图中点 (填“d”“e”“f”或“g”)。 【答案】（1） 减小 （2）原料气中相对易得，适度过量有利于提高的转化率；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 DE （3）BE 0.005 g 【解析】（1）合成氨气的平衡常数表达式为：。由于正反应是放热反应，升高温度，平衡逆移，所以平衡常数会减小。 （2）①相对易得、便宜，适度过量有利于提高氢气的转化率，另外由题给信息知，氮气在铁催化剂上的吸附分解反应速率慢，决定总反应快慢，适度过量有利于提高整体反应速率。 ②A．合成氨工艺采用循环操作，主要为了提高原料利用率，A错误； B．升高温度，平衡逆向移动，因此高温时平衡转化率降低，控制温度远高于室温，是为了达到催化剂的活性温度，加快反应速率，B错误； C．当温度、压强一定时，添加少量惰性气体，容器体积增大，平衡逆向移动，平衡转化率降低，C错误； D．不断将液氨移去，平衡正向移动，减小产物浓度，有利于反应正向进行，D正确； E．氢气易燃，要注意安全，催化剂的使用与活性有关，在工业生产中要防止催化剂中毒，E正确； 故选DE。 （3）①A．反应从氮气和氢气开始，随着反应进行，氨气的体积分数不断增大，当氨气的体积分数不变时，反应达到了平衡状态，故A不符合题意； B．起始投入的氢气和氮气的物质的量之比为3:1，消耗的氢气和氮气的物质的量之比也为3:1，所以容器中氢气和氮气的物质的量之比一直保持不变，即当保持不变时， 不能说明反应达到了平衡状态，故B符合题意； C．气体平均相对分子质量等于气体总质量除以气体总物质的量，混合气体总质量是不变的，但气体总物质的量是变化的，未平衡前， 气体的平均相对分子质量是变量，当气体平均相对分子质量保持不变时，反应达到了平衡状态，故C不符合题意； D．气体密度等于气体总质量除以容器的体积，气体总质量是不变的，由于气体物质的量是变量，所以容器体积在未平衡前是变化的，当气体密度保持不变时，反应达到了平衡状态，故D不符合题意； E．不能说明正逆反应速率相等，所以不能说明反应是否达到了平衡状态，故E符合题意； 故答案为：BE。 ②氨气从无到有，当达到平衡时，氨气的分压为：，故。根据图像，平衡时氮气、氢气、氨气的分压之比为，氨气的分压为，所以氮气和氢气的分压分别为，则该反应的。 ③若起始条件相同，在恒容容器中发生反应，相当于在恒压达到平衡后扩大容器体积，则平衡向逆向移动，所以氢气的体积分数会增大， 由于扩大了容器体积，各物质浓度降低，所以反应速率减慢，达到平衡所需时间变长，所以达到平衡时的含量符合点。 【变式1-2】工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下： （1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：。时，往密闭容器中充入和水蒸气。反应建立平衡后，体系中。该温度下此反应的平衡常数 (填计算结果)。 （2）合成塔中发生反应  。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中 (填“>”、“<”或“=”)。 300 K （3）和在铁作催化剂作用下从就开始反应，不同温度下产率如图所示。温度高于时，产率下降的原因 。 （4）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为 。 （5）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：       则甲烷直接将还原为的热化学方程式为： 。 （6）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式 。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极是 (填“正极”或“负极”)；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为 。 【答案】（1）1 （2）< （3）温度高于900℃时，平衡向左移动 （4） （5） （6） 负极 【分析】将氢气和氮气通入吸收塔中，发生反应，生成氨气，将混合气体通入氨分离器中，将氨气分离出来，未反应的氮气和氢气继续通入吸收塔循环反应，分理出来的氨气通入氧化炉，与空气发生，生成的一氧化氮和空气中的氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，即可制得硝酸，据此回答。 【解析】（1）由三段式可得，该温度下此反应的平衡常数； （2）正反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，K值减小，降低温度，K值增大，由表中数据可知，所以T1＜300℃； （3）由可知，该反应为放热反应，温度高于900℃时，平衡向左移动，产率下降； （4）由分析知，氧化炉中发生反应的化学方程式为； （5）令为  ，为  ，由，得：； （6）氨气在纯氧中燃烧，生成一种氮气和水，化学方程式；分析中，元素化合价的变化：N元素的化合价由氨气中的-3价，反应后，变为N2中的0价，失电子，负极发生失电子的反应，则正极为O2得电子；碱性条件下，通入氨气的电极的电极反应为： 。 考点二 多因素影响平衡 【例2】恒容反应器中，和均能催化反应：(羟基乙醛)，反应历程如图所示，为中间体，为过渡态。 下列描述错误的是 A．催化作用下，达平衡时羟基乙醛的产率较大 B．催化作用下，“加氢”为决速步骤 C．适当降低反应温度，有利于提升羟基乙醛的平衡转化率 D．其它条件相同时，两种不同催化剂作用下，“插入”步骤的活化能相同 【答案】A 【解析】A．催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，因此两种催化剂作用下达平衡时羟基乙醛的产率相同，故A错误； B．决速步骤是反应历程中活化能最大的步骤，催化下，“加氢”步骤活化能最大，为决速步骤，故B正确； C．该反应的ΔH=终态能量-始态能量<0，为放热反应，根据勒夏特列原理，降低温度，平衡正向移动，羟基乙醛的平衡转化率提高，故C正确； D．活化能是过渡态与起始态的能量差，由图可知，两种不同催化剂作用下，“插入”步骤的起始态（）与过渡态（）能量相同，活化能相同，故D正确； 故答案选A。 解题要点 催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，因此两种催化剂作用下达平衡时羟基乙醛的产率相同. 决速步骤是反应历程中活化能最大的步骤，催化下，“加氢”步骤活化能最大，为决速步骤. 【变式2-1】把附着在分子筛上，可催化、生成及碳氢化合物，部分反应历程如图1所示。催化剂中、转化率、烃的选择性关系如图2所示。 下列叙述错误的是 A．整个反应历程中，涉及到非极性键的断裂和极性键的形成 B．每生成，整个反应历程转移 C．随增加，烯烃选择性逐渐减少 D．大于1后，转化率降低的原因与的含量减少，导致吸附的量减少有关 【答案】B 【解析】A．反应中H2参与反应，H-H非极性键断裂，生成CH3OH等产物中有C-H、O-H等极性键形成，A正确； B．生成CH3OH的反应为CO+2H2=CH3OH，C元素从+2价降为-2价，转移4e-，故生成1mol CH3OH转移4mol e-，但是结合图可知，该过程中还会生成其他碳氢化合物，则整个反应历程中，每生成1mol CH3OH转移电子数不是4mol e-，B错误； C．由图2可知，随n(Zn)/n(Zr)增加，烯烃选择性逐渐减少，C正确； D．n(Zn)/n(Zr)＞1时，Zr含量相对减少，而Zr是吸附CO的活性位点，吸附CO量减少导致CO转化率降低，D正确； 故选B。 【变式2-2】乙醇水蒸气重整制氢广泛运用于工业生产中，其原理是。一定温度下，恒压时，按水醇比向密闭反应容器中充入原料，发生上述反应。下列说法正确的是 A．反应体系压强越小，反应物平衡转化率越大，越有利于工业生产 B．若之比保持不变，说明反应达到了平衡状态 C．若时，测得反应吸收能量，则 D．若在原料气体中充入一定量的惰性气体，则平衡转化率会增大 【答案】D 【解析】A．虽然降低压强有利于平衡向正反应（气体物质的量增加的方向）移动，提高转化率，但工业生产需权衡转化率与反应速率、设备成本等因素，不能简单认为压强越小越有利，故A错误； B．CO与H2的生成比例为1:2，该比值在反应过程中始终不变，无法作为平衡状态的判断依据，故B错误； C．根据ΔH=+255.7kJ/mol，吸收511.4kJ对应2mol乙醇反应，但速率计算需体积数据，题干未提供，无法得出v=1mol·L-1·min-1，故C错误； D．恒压下充入惰性气体，总压不变但各物质分压降低，相当于系统体积增大，平衡向物质的量多的正反应方向移动，乙醇转化率提高，故D正确； 故选D。 考点三 反应条件的控制 【例3】工业制硫酸中的一步重要反应是，这是一个正反应放热的可逆反应。如果在密闭容器中通入和足够多的氧气，按上述条件进行反应，下列有关说法中错误的是 A．无论反应时间长短，最终生成的一定少于2mol B．使用催化剂的目的是加快反应速率，提高生产效率 C．达到平衡时，和的物质的量不变 D．该反应在较高温度下进行，有利于提高的平衡产率 【答案】D 【解析】A．可逆反应无法完全转化，SO2的初始量为2mol，即使O2过量，SO3的生成量仍少于2mol，故A正确； B．使用催化剂加快了反应速率，大大缩短达到平衡所需的时间，提高反应效率，平衡不会移动，故B正确； C．化学平衡的核心特征是各物质的浓度（或物质的量）不再随时间变化，因此达到平衡时，和的物质的量不变，故C正确； D．该可逆反应为放热反应，提高反应温度，平衡逆向移动，SO2转化率降低，导致SO3的产率降低，因此高温不利于提高平衡产率，故D错误； 故答案选D。 解题要点 根据反应的焓变和熵变确定反应的温度；寻找合适的催化剂；从设备和反应条件等各个方面思考反应所需的条件。。 【变式3-1】对于反应。下列说法正确的是 A．该反应，在低温条件下自发进行 B．升高温度，平衡朝正反应方向移动，反应速率加快 C．其他条件不变，增大可提高的平衡转化率 D．断裂的同时有断裂说明反应到达该条件下的平衡状态 【答案】D 【解析】A．反应中气体物质的量由9mol增至10mol，熵变ΔS>0，放热熵增的反应在任意温度下都可以自发进行，A错误； B．升温使平衡向吸热方向（逆反应）移动，但反应速率均加快，B错误； C．增大会提高O2的转化率，但NH3的转化率降低，C错误； D．正反应每断裂12mol N-H键对应逆反应断裂12mol O-H键，1:1的断裂速率说明正逆反应速率相等，达到平衡，D正确； 故选D。 【变式3-2】还原的反应为。其他条件相同，该反应分别在不同催化剂（a、b）下进行，相同时间内测得的转化率与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是 A．甲点达到平衡状态 B．在相同温度下反应达到平衡状态，使用催化剂a时平衡转化率高 C．温度高于400℃后，的转化率降低可能是温度升高使催化剂的活性降低 D．催化剂a能降低反应的焓变，加快反应速率，相同时间内NO转化率高 【答案】C 【解析】A． 400℃时，在催化剂a和b的催化下，转化率不同，所以没有达到平衡状态，故A错误； B．催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡状态，也不能改变平衡转化率，在相同温度下达到平衡时，无论使用催化剂a还是b，NO的平衡转化率是相同的，故B错误； C．温度会对催化剂的活性有影响，当温度过高时，催化剂的活性会降低，故C正确； D．催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的焓变，故D错误； 故答案为：C。 基础达标 1．下列关于工业合成氨的叙述正确的是 A．合成氨工业温度选择为450℃左右，主要是为了提高的平衡产率 B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡无影响 C．将液化分离以及、循环使用均能提高合成氨反应速率和原料转化率 D．为了提高氢气的转化率，可适当增加氮气浓度 【答案】D 【解析】A．合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高NH3产率，因此合成氨工业温度选择为450℃左右，主要是为了提高反应速率，A错误； B．施加高压即增大压强，它会使化学平衡正移，因此对化学平衡状态有影响，B错误； C．减少生成物的浓度平衡正向移动，因此将NH3液化分离，可以提高反应物的转化率，但是反应速率下降，C错误； D．增加一种反应物的浓度，平衡正向移动，则另一种反应物的转化率提高，因此合成氨工业中为了提高氢气的转化率，可适当增加氮气浓度，D正确； 故选D。 2．工业制硫酸的一步重要反应是SO2在400～600 ℃下的催化氧化：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂可加快反应速率，SO3产率不变 B．其他条件保持不变，温度越高，速率越快，生产效益越好 C．实际生产中选定400～600 ℃作为操作温度，其原因是在此温度下催化剂的活性最高 D．增大压强可以提高SO3产率，但高压对动力和设备要求太高，会增加生产成本 【答案】B 【解析】A．使用催化剂加快了反应速率，缩短反应时间，提高反应效率，平衡不移动，SO3产率不变，故A正确； B．升高温度增大活化分子百分数，化学反应速率加快，但该反应的正反应为放热反应，其它条件保持不变时，升高温度平衡逆向移动，所以生产效益不一定好，故B错误； C．正反应为放热反应，操作温度应考虑催化剂的活性以及反应的速率，故C正确； D．增大压强平衡正向移动，则提高SO3产率，但高压会导致对动力和设备要求太高，从而增加生产成本，故D正确； 故选B。 3．工业上用和合成：，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．在上述条件下，不可能100%地转化为 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．达到平衡时，的浓度和的浓度之比一定为1：3 【答案】D 【解析】A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率，有利于缩短反应时间，A正确； B．因为是可逆反应，氢气不可能全部转化，B正确； C．通过调控反应外界条件，如增大压强，让反应正向移动，可以提高该反应进行的程度，C正确； D．未告诉反应前加入的反应物的量，不能判断，D错误； 答案选D 4．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 A．高压比常压更有利于合成氨反应 B．Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)选取适宜的温度，使K成蒸气从反应混合物中分离出来 C．压缩H2和I2(g)反应的平衡混合气体，气体颜色变深 D．用浓氨水和氢氧化钠固体快速制取氨气 【答案】C 【解析】A．合成氨的反应是气体体积减小的反应。增大压强会使平衡向正反应方向移动，有利于合成氨，可用勒夏特列原理解释，A不符合题意； B．K蒸气被分离，相当于减少生成物浓度，平衡向正反应方向移动，可用勒夏特列原理解释，B不符合题意； C．反应在反应前后气体体积相等。压缩系统时，压强增大但平衡不移动，颜色变深是因浓度增大（物理变化），而非平衡移动，不能用勒夏特列原理解释，C符合题意； D．NaOH固体溶于水放热并增大浓度，促使平衡右移，可快速制取氨气，可用勒夏特列原理解释，D不符合题意； 故选C。 5．在一定条件和催化剂作用下，二氧化碳加氢可以合成二甲醚，发生反应Ⅰ：  ，在同一条件下还可能发生副反应Ⅱ：  。下列说法正确的是 A．实际生产中温度常常控制在左右，这是因为在高温下生成二甲醚的选择性较高 B．增大压强有助于生成更多二甲醚，故生产中使用的压强越大越好 C．在任何温度下反应Ⅰ都能自发进行 D．及时将二甲醚从体系中分离出来有助于提高二甲醚的平衡产率 【答案】D 【解析】A．反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，故高温下发生反应Ⅰ生成二甲醚的选择性较低，实际生产中温度常常控制在左右可能是考虑催化剂活性，A错误； B．反应Ⅰ是气体分子数减小的反应，故增大压强有助于生成更多产物，但生产中还需考虑设备成本等问题，故压强并非越大越好，B错误； C．反应Ⅰ是放热、熵减的反应，即，则吉布斯自由能在高温下可能大于零，此时反应不能自发进行，C错误； D．及时将二甲醚从体系中分离减小了反应Ⅰ的生成物浓度，使反应Ⅰ平衡正向移动，提高了二甲醚的平衡产率，D正确； 故选D。 6．氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是 A．氨分离器可以加快合成氨的反应速率 B．吸收塔中通入过量A的目的是提高硝酸的产率 C．工业生产中可选择铝作为罐体材料盛装大量浓硝酸 D．可以用对硝酸生产尾气中的氮氧化物进行处理 【答案】A 【分析】氮气和氢气在合成塔中生成氨气，氨分离器用来分离氨气，氨气在氧化炉中氧化生成一氧化氮，进一步氧化生成二氧化氮，吸收塔中氮氧化合物与氧气、水反应生成硝酸，通入过量的氧气X可以提高硝酸的产率。 【解析】A．氨分离器将氨气分离出来，减小浓度，反应速率减小，平衡正向移动，A错误； B．吸收塔中氮氧化合物与氧气、水反应生成硝酸，通入过量的氧气可以提高硝酸的产率，B正确； C．铝能与浓硝酸发生钝化，可以使用铝作为罐体材料盛装大量浓硝酸，C正确； D．硝酸生产中的尾气为氮氧化合物，具有氧化性，氨气具有还原性，可以发生归中反应生成氮气，故可以用对硝酸生产尾气中的氮氧化物进行处理，D正确； 答案选A。 7．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了 A．增加反应速率 B．降低氨的沸点 C．提高平衡体系中氨的含量 D．提高原料的利用率 【答案】D 【分析】合成氨工业中氢气和氮气在催化剂作用下生成氨气的反应为可逆反应，反应后的混合气通过将氨液化后分离出氨气、还剩余氢气和氮气，将剩余的氮气和氢气进行循环操作，故可以提高氮气和氢气的利用率，降低成本。 【解析】A．增大浓度、升高温度、增大压强等可以提高化学反应速率，据分析，循环操作不能增加反应速率，A错误； B．沸点是物理性质是不会降低的，B错误； C．据分析，循环操作不能提高平衡体系中氨的含量，C错误； D．据分析，循环操作提高原料的利用率，D正确； 选D。 8．下列说法中正确的是 A．在合成氨中，为增加的转化率，充入的越多越好 B．在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保 C．工业合成氨的反应是、的反应，在任何温度下都可自发进行 D．合成氨反应选择在进行的重要原因是催化剂在左右时的活性最大 【答案】D 【解析】A．在合成氨中，多充入N2可增大H2的转化率，但H2转化率提高到足够高后，再充入N2对H2的转化率影响不大，但成本增加太多，不是充入的N2越多越好，故D错误； B．在工业生产条件优化时，不但要考虑经济性，还要考虑环保，不能只顾了生产而污染环境，故B错误； C．工业合成氨的反应是、的反应，在高温下不能自发进行，故C错误； D．合成氨反应选择在进行的重要原因是催化剂在左右时的活性最大，反应速率快，故D正确； 选D。 9．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。回答下列问题： （1）合成氨工业中采用循环操作，主要是为了______（填字母）。 A．增大化学反应速率 B．提高氮气和氢气的利用率 C．降低氨的沸点 D．提高平衡混合物中氨的含量 （2）在密闭容器中通入和，若在一定条件下反应达到平衡状态，容器中剩余。 ①达到平衡时，的转化率为 。 ②若把容器的体积扩大一倍，则正反应速率 （填“增大”“减小”或“不变”，下同），逆反应速率 ，的转化率 。 （3）研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在铁催化剂表面上的微粒用标注。 该反应历程中最大活化能对应步骤的化学方程式为 。合成氨反应：的 （用图中字母表示）。 【答案】（1）B （2） 减小 减小 减小 （3） 【解析】（1）将未完全反应的氮气和氢气循环利用可以提高氮气和氢气的利用率，对反应速率和平衡时氨的含量无影响，故答案选B。 （2）①据所给信息可知消耗的物质的量为，则消耗的物质的量为，的转化率为。 ②容器体积扩大一倍，各物质浓度减小，压强减小，正逆反应速率均减小，平衡向逆反应方向移动，的转化率减小。 （3）由反应历程和相对能量图可知，活化能最大的是过渡态4的反应，化学方程式为；从相对能量上看，合成氨反应是放热反应，反应焓变=生成物总能量-反应物总能量，则。 10．氨是一种重要的化工产品。回答下列问题： （1）已知：①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)  ΔH=-92.0kJ/mol ②H2(g)＋O2(g) H2O(g)  ΔH=-240.0kJ/mol ③2Fe(s)＋O2(g) Fe2O3(s) ΔH=-1644.0kJ/mol 则反应2NH3(g)＋Fe2O3(s) N2(g)＋3H2O(g)＋2Fe(s)  ΔH= kJ/mol，该反应在 （填“高温”“低温”或“任意温度”）下能自发进行。 （2）下列关于合成氨工艺的理解中，正确的有______（填标号）。 A．控制温度远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 B．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 C．NH3易液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 D．原料气中N2由分离空气得到，H2由天然气与水蒸气反应生成，原料气需要经过净化处理，以防催化剂中毒和安全事故发生 （3）温度为T℃，压强恒定为pMPa，用Fe2O3处理NH3和HCN（起始时NH3的体积分数为58%）的混合气体，部分气体的体积分数随时间的变化如图，反应经30min达到平衡。 ①0～30min内用NH3的压强变化表示的反应速率v(NH3)= MPa·min-1。 ②反应2NH3(g)＋Fe2O3(s)N2(g)＋3H2O(g)＋2Fe(s)的平衡常数Kp= (MPa)2（列出计算式即可）；若降低温度，该反应的平衡常数将 （填“增大”“减小”或“不变”）。 （4）在催化剂作用下，可用NH3去除NO，其反应原理为4NH3＋6NO=5N2＋6H2O。不同温度条件下，n(NH3)：n(NO)分别为4：1、3∶1、1：3时，得到的NO脱除率曲线如图所示： ①曲线a中，在温度超过900℃时，NO脱除率骤然下降的原因可能是 。 ②曲线c对应的NH3与NO的物质的量之比是 。 【答案】（1）＋1016.0 高温 （2）BCD （3）0.019p 减小 （4）催化剂失去活性 1：3 【解析】（1）由盖斯定律可知，反应得到反应 ，则，该反应为熵增的吸热反应，高温条件下反应，反应能自发进行。 （2）A．合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的产率减小，则控制温度远高于室温，是为了保证催化剂的活性最大，反应速率较快，A错误； B．合成氨反应是熵减的放热反应，反应的焓变ΔH、熵变ΔS均小于0，B正确； C．不断将液氨移去，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，氨气的产率增大，C正确； D．合成氨反应所需原料气中氮气由分离空气得到，氢气由天然气与水蒸气反应生成，原料气中的杂质会使催化剂中毒，易燃易爆的氢气与氧气反应可能发生安全事故，所以原料气需要经过净化处理，以防催化剂中毒和安全事故发生，D正确； 故选BCD。 （3）①由图可知，起始时氨气的体积分数，分压为，反应达到平衡时氨气的体积分数为，分压为a，则氨气反应速率为。 ②由图可知，反应达到平衡时氨气、氮气、水蒸气的体积分数分别为，则反应的平衡常数，该反应是吸热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。 （4）①催化剂在一定温度下具有较强的催化活性，当温度较高时，催化剂会失去活性导致反应速率减小，则曲线a中，在温度超过900℃时，一氧化氮脱除率骤然下降说明温度过高，催化剂失去活性，导致反应速率减小。 ②氨气和一氧化氮的物质的量的比值增大，相当于增大氨气的浓度，平衡向正反应方向移动，一氧化氮的脱除率增大，则由图可知，物质的量之比分别为4：1、3：1、1：3时，曲线c对应的物质的量之比是3：1。 综合应用 11．1，3-丁二烯与可发生1，2-加成或1，4-加成，反应历程中包含两步基元反应，反应过程中的能量变化如图所示。 已知，经历相同时间，-15℃下反应，25℃下反应。 下列说法不正确的是 A．1，2-加成和1，4-加成均为放热反应 B．1，2-加成和1，4-加成的决速步骤均为第二步 C．低温下1，2-加成产物比例较大，是因为能量较低 D．室温下A可以缓慢转化为B，是因为B能量较低 【答案】B 【解析】A．1，2-加成和1，4-加成的产物A、B能量均低于反应物（1，3-丁二烯与的能量和），故均为放热反应，A正确； B．决速步骤为活化能最大的基元反应，由能量图可知，第一步反应的过渡态能量最高，其活化能（反应物到的能量差）大于第二步（中间体到或），故决速步骤为第一步，B错误； C．低温下反应受动力学控制，活化能低的路径反应更快，A为1，2-加成产物（低温占比高），其生成路径的过渡态能量较低（活化能小），故A比例大，C正确； D．室温下反应受热力学控制，更稳定（能量低）的产物占比高，B能量低于A（更稳定），故A可缓慢转化为B，D正确； 故答案选B。 12．Deacon发明的将氯化氢转化为氯气的总反应为：，。该总反应可按下列催化过程进行： Ⅰ．， Ⅱ．， Ⅲ．， 实验测得在一定体积的容器中，当进料浓度比的比值分别为1、4、7时，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。 下列说法中不正确的是 A． B．图中曲线③代表的 C．增加少量，不改变HCl的平衡转化率 D．曲线①表明时，HCl平衡转化率已经接近100%，但在工业生产中通常采用的反应温度为，可能是因为此温度下催化剂活性更高，反应速率更快 【答案】B 【解析】A．根据图像，随温度升高，HCl平衡转化率降低，可知升高温度，平衡逆向移动，，故A正确； B．其它条件相同，增大HCl的投料，HCl转化率减小，所以图中曲线③代表的=7，故B错误； C．是催化剂，增加少量，平衡不移动， HCl的平衡转化率不变，故C正确； D．工业上为提高生产效率，需综合考虑反应速率和限度，曲线①表明时，HCl平衡转化率已经接近100%，但在工业生产中通常采用的反应温度为，可能是因为此温度下催化剂活性更高，反应速率更快，故D正确； 选B。 13．下列陈述Ⅰ与陈述Ⅱ均正确，且具有因果关系的是 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ A 键能：Si-O键>Si-Cl键 熔点：SiO2>SiCl4 B 工业合成氨选用400~500℃高温条件 升温有利于加快合成氨的速率 C 将装有红棕色NO2气体的注射器由10mL压缩至5mL，气体颜色变浅 ，增大压强，平衡正向移动 D H2O(g)的热稳定性比H2S(g)高 H2O分子间存在氢键 【答案】B 【解析】A．由于SiO2为共价晶体，SiCl4为分子晶体，则熔点：SiO2＞SiCl4，与键能大小无关，A不合题意； B．合成NH3的反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，但升高温度为加快反应速率，B符合题意； C．压缩注射器，增大压强，平衡向正反应方向移动，但容器的体积减小，NO2浓度增大，气体颜色比压缩前深，C不合题意； D．H2O(g)的热稳定性比H2S(g)高是由于H-O的键能比H-S键能更大，与H2O分子间存在氢键无关，D不合题意； 故答案为：B。 14. 工业上用黄铁矿制备硫酸的工艺如下图所示。 1．下列说法不正确的是_____。 A．步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率 B．步骤Ⅱ中选择的压强是高压 C．步骤Ⅱ中使用双层催化和热交换器 D．步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂 某同学设计如图所示装置探究步骤Ⅱ中二氧化硫的转化率。实验时，装置D锥形瓶中溶液产生白色沉淀，装置E中溶液褪色。已知装置A是用来制备SO2。 2．装置B的三个作用是a． ；b． ；c．通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例。 3．实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热，其原因除了影响催化剂活性还有 。 4．D中锥形瓶盛放的溶液可以是(选填字母)_____。 A．足量澄清石灰水 B．足量小苏打溶液 C．足量氯化钡溶液 D．足量稀硫酸 【答案】1．B 2． 使SO2、O2混合均匀 干燥SO2和O2 3．该反应的正反应放热，温度过高平衡向逆反应方向移动，不利于三氧化的生成 4．C 【分析】黄铁矿成分为FeS2名称为二硫化亚铁，通入空气煅烧反应生成氧化铁和二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收得到硫酸， 1．A．步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率，A正确； B．已知SO2和O2反应生成SO3的反应在常压下SO2转化率就相当高，而且增大压强需增加设备和动力的投入，故工业生产中步骤Ⅱ中选择的压强是常压，B错误； C．步骤Ⅱ中常采用双层催化和热交换器，利用反应放出的热量，对原料气进行预热，从而提高能量利用率，C确； D．步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂吸收剂，而不用水吸收是防止形成酸雾阻止吸收，D正确； 故答案为：B； 2．装置B中盛有浓硫酸的三个作用是a．使SO2、O2混合均匀；b．干燥SO2和O2；c．通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例，故答案为：使SO2、O2混合均匀；干燥SO2和O2； 3．合成三氧化硫的反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，三氧化硫的产率降低，所以反应过程中温度不能过高，故答案为：该反应的正反应放热，温度过高平衡向逆反应方向移动，不利于三氧化的生成； 4．A．足量的澄清石灰水既吸收三氧化硫又吸收二氧化硫，D中产生白色沉淀CaSO3和CaSO4，但导致E溶液无法褪色，A不合题意； B．足量小苏打溶液既吸收三氧化硫又吸收二氧化硫，D中没有白色沉淀生成，同时导致E溶液无法褪色，B不合题意； C．足量氯化钡溶液只能吸收三氧化硫，产生白色沉淀BaSO4，不能吸收二氧化硫，导致E溶液褪色，C符合题意； D．足量稀硫酸只能吸收三氧化硫，产生H2SO4，无白色沉淀生成，同时不能吸收二氧化硫，导致E溶液褪色，D不合题意； 故答案为：C。 15．二氧化碳已成为社会的热点话题。 I．二氧化碳的制备 （1）仪器D的名称是 。 （2）实验室制取并收集二氧化碳需在上图中选用与 (填字母序号)组合；为能方便控制反应，可将上述某个仪器换成 (填仪器名称)。 Ⅱ．二氧化碳的性质 小组同学利用下图装置探究了二氧化碳与焦炭的反应(实验前已排尽装置内空气)。 （3）C装置的作用是 。 （4）能说明二氧化碳与焦炭发生了反应的现象有：A中固体逐渐减少， 。 Ⅲ．二氧化碳的应用 2021年中国科学院天津工业生物技术研究所宣布在淀粉的人工合成方面取得了重大突破性进展。在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。具体合成的原理是：科学家们先将二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇，然后将甲醇转化成为三碳化合物，接下来再将三碳化合物合成为六碳化合物，最后聚合成为淀粉。 （5）由制甲醇的反应原理：二氧化碳和氢气在多原子金属簇催化剂表面吸附，逐步转化为气态的甲醇和另一种常见的液态化合物。请写出该反应的化学方程式 。该反应受催化剂等外界条件的影响如下图。分析图像可知：催化效果最佳的是催化剂 (填“A”、“B”、“C”)，合适的温度是 ，压强是 。 （6）人工合成淀粉目前面临的较大问题之一是氢气的制备问题。科学家正致力于光催化分解水(如图3所示)。相较于电解水，这种方法的优点是 。 【答案】（1）水槽 （2）F 分液漏斗(或注射器或带多孔隔板的大试管) （3）检验是否除尽 （4）集气瓶中收集到无色气体 （5） A （6）利用太阳能，节约能源(成本低、环保等合理即可) 【分析】制备二氧化碳，探究二氧化碳的性质以及二氧化碳的应用，据此分析； 【解析】（1）根据仪器特征，仪器D的名称是水槽； （2）实验室常用大理石(或石灰石)和稀盐酸制取二氧化碳，发生装置是固液常温型，收集用向上排空气法，需要的仪器有锥形瓶、集气瓶、双孔导管、长颈漏斗，需在上图中选用ACG与F组合；为能方便控制反应，可将上述的长颈漏斗换成分液漏斗，通过分液漏斗活塞控制液体流速从而控制反应速率； （3）B中氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳，所以C装置中澄清石灰水作用是检验是否除尽； （4）二氧化碳与焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳难溶于水，可观察到：A中固体逐渐减少，集气瓶中收集到无色气体； （5）二氧化碳与氢气在催化剂的作用下反应生成甲醇和水，该反应的化学方程式为：；根据图1分析可知，催化剂A相同时间反应生成的甲醇的质量多，催化效果最佳；根据图2可知，催化效果最合适的温度是，压强是。此时二氧化碳的转化率较高，且压强较容易达到。虽然60Mpa压强转化率更高，但是压强较难达到。 （6）光催化分解水，相较于电解水，这种方法的优点是利用太阳能，节约能源，成本低、环保。故填：利用太阳能，节约能源(成本低、环保等合理即可)。 拓展培优 16．合成氨技术是人类科学技术领域的一大进步，合成氨工业的发展大大提高了粮食产量，促进了国民经济和国防工业的发展，也丰富了我国的能源结构。哈伯因此获得了诺贝尔化学奖，近年来，中国化学家也取得了重要突破。其反应原理：  。工业合成氨生产流程示意图如图： 回答下列问题： （1）合成氨反应在 (填“高温”或“低温”)下能自发进行。 （2）“干燥净化”是为了除去原料气(、及少量的CO，的混合气)中的CO，高压，低温条件有利于醋酸亚铜氨溶液(含有、的溶液)更好地吸收CO，生成含的溶液，其原理为： (用离子方程式解释)，吸收CO后的溶液经过加热，减压处理能再生，恢复其吸收CO的能力，可循环使用。 （3）流程中“干燥净化”除去原料气中CO的作用是： ；“冷却”分离X的目的是： 。 （4）工业上和混合气反应后经过图1中的过程再及时补充和进入合成塔反应，以一定量的和为研究对象，计算转化率时不考虑新补充进入的和，循环过程中转化率随温度变化曲线如图所示，图中所示进程中表示热交换过程的是 。 A．      B．      C．      D．   E．      F．      G．      H． （5）某化学小组利用虚拟仿真软件模拟合成氨的反应。一定温度下，在容积固定为1L的密闭容器内充入和发生反应。 ①下列能说明反应已达到平衡状态的是 (填字母标号)。 a．容器内的压强保持不变        b．反应停止，正、逆反应的速率都等于零 c．、、的浓度之比为    d．混合气体的平均摩尔质量不再变化 e．气体的密度不再发生改变    f．断裂键的同时生成键 ②已知，、表示组分的分压(分压总压物质的量分数)。反应达到平衡时，，此时的转化率为80%。通过上述信息可知： 。 【答案】（1）低温 （2） （3）防止催化剂中毒 冷却使氨气液化，减小生成物浓度，平衡正向移动，有利于提高氨的平衡产率 （4） （5） 【解析】（1）合成氨反应是放热，同时，根据为自发进行，故反应温度应该选择低温。答案为：低温。 （2）由题可知，反应物中有、、，生成物中有，高压，低温条件下吸收，吸收后的溶液经过加热，减压处理能再生，恢复其吸收的能力，可循环使用，说明反应是可逆反应。方程式为：，答案为：。 （3）合成氨反应用了催化剂，除杂是防止催化剂中毒；“冷却”分离的目的是冷却使氨气液化，减小生成物浓度，平衡正向移动，有利于提高氨的平衡产率。故答案为:防止催化剂中毒；冷却使氨气液化，减小生成物浓度，平衡正向移动，有利于提高氨的平衡产率。 （4）反应混合气在热交换器中与原料气进行热交换，在此过程中反应混合物不与催化剂接触，反应速率大幅度减小，虽然温度降低但是转化率几乎不变；由于以一定量的氮气和氢气为研究对象，计算转化率时不考虑新补充进入的氮气和氢气，故回收利用的原料气的温度升高，转化率也几乎不变；故图中所示进程中表示热交换过程的是、、、，故选。 （5）①a．合成氨气是气体体积缩小的反应，压强在变小，当压强不变，说明达到平衡状态，a符合题意； b．反应达到平衡状态，是动态平衡，反应没有停止，b不符合题意； c．、、的浓度之比为，化学反应达到平衡状态时，各物质的浓度保持不再变化，但并不意味着它们的浓度之比一定为某个固定值，此时正逆反应速率不一定相等，c不符合题意； d．反应两边均是气体，气体质量不变，而气体的物质的量在变化，当混合气体的平均摩尔质量不再变化，达到平衡状态，d符合题意； e．反应两边均是气体，气体质量不变，而容器体积不变，气体密度不变时不一定平衡，e不符合题意； f．断裂键的同时生成键，均表示是正反应，不一定平衡，f不符合题意； 答案选ad。 ②的转化率为，则氮气反应了，列出三段式：，由三段式可计算平衡时、、的物质的量分数分别为、、，、、的平衡分压分别为： ，，，代入计算得，根据方程式计量系数关系，则。答案为：。 17．氨是重要化工原料，其工业合成原理为  。回答下列问题： （1）已知：ⅰ.  ； ⅱ.  (a、b都大于0)。 则反应的 (用含a、b的代数式表示)，利于该反应正向进行的条件为 (填“低温”“高温”或“任意温度”)。 （2）向恒温恒容密闭容器中充入体积比的和，发生反应。下列情况表明该反应一定达到平衡状态的是___________(填字母，下同)。 A．气体密度不随时间变化 B．气体平均摩尔质量不随时间变化 C．气体总压强不随时间变化 D．体积分数不随时间变化 （3）下列关于  的叙述正确的是 。 A．生成速率等于消耗速率的2倍 B．若加入高效催化剂，平衡常数和反应热都会增大 C．若起始按体积比投入和，则和的转化率相等 （4）向刚性密闭容器中充入和合成氨，经历相同时间测得转化率与温度及时间的关系如图1所示。 ①温度： (填“>”或“<”)。 ②温度下，合成氨反应的平衡常数为 (结果保留三位有效数字)。 （5）一定温度下，向体积可变的密闭容器中充入和，合成，测得体积分数与压强关系如图2所示。 ①ab段体积分数增大的原因是 ； ②cd段体积分数急减的主要原因可能是 。 【答案】（1） 低温 （2）BC （3）AC （4）> 8.33 （5）压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，平衡时NH3的体积分数增大 压强过大，此时氨液化(或压强过大，催化剂活性降低等) 【解析】（1）根据盖斯定律，得N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的ΔH=；合成氨为放热反应，正反应为体积减小反应，即、，根据可知低温利于该反应正向进行。 （2）A．气体总质量不变、容器体积不变，密度是恒量，混合气体密度不随时间变化，反应不一定平衡， A错误； B．气体总质量不变，气体物质的量减少，混合气体平均摩尔质量是变量，混合气体平均摩尔质量不随时间变化，反应一定达到平衡状态， B正确； C．容器体积不变、气体物质的量减少，压强是变量，混合气体总压强不随时间变化，反应一定达到平衡状态， C正确； D．若投入、，的转化量为，由 ，可知N2体积分数，即其始终为定值，不随时间变化，反应不一定平衡；D错误， 故选BC． （3）A．同一反应方向的速率之比等于化学计量数之比，A正确； B．催化剂能改变化学反应速率，不能改变平衡常数和反应热，B错误； C．起始按化学计量数比投料，转化按化学计量数比反应，故转化率相等，C正确， 故答案选AC． （4）①根据“先拐先平数值大”可知，>。 ②根据图像可知，平衡时转化率为，用三段式计算：。。 。 （5）①由图像可知，ab段NH3体积分数增大，原因是压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，平衡时NH3的体积分数增大； ②由图像可知，cd段 NH3体积分数急减，其原因可能是压强过大，此时氨液化(或压强过大，催化剂活性降低等)。 18．氨是最基本的化工原料之一，用途广泛。自1913年合成氨工业化以来，科学家一直致力于合成氨技术的研究和发展。已知：  。 （1）有关温度对该反应自发性的影响，下列说法正确的是_______。 A．低温自发 B．高温自发 C．任何温度下均自发 D．任何温度下均不自发 （2）合成氨反应中部分共价键的键能如下表所示： 共价键 键能() H—H 436 946 计算N-H的键能为_______。 A．1173 B．782 C．391 D．360 （3）下图为使用铁催化剂和未使用催化剂合成氨反应历程的一部分。 ①上图反应历程中，表示使用了铁催化剂的是 线，基元反应有 个。 ②上图反应历程中，控速步骤的反应为 。 A．    B． C．    D． ③工业合成氨采用铁催化剂，需将反应温度控制在500℃左右的主要原因是 。 【答案】（1）A （2）C （3）实 4 A 铁催化剂的最佳活性温度为500℃左右 【解析】（1）合成氨反应为 ，其ΔS＜0，ΔH＜0，要使反应自发进行，应使ΔH-TΔS＜0，所以需采用低温条件，故选A。 （2）合成氨反应的，则，，所以N-H的键能为391 ，故选C。 （3）①催化剂能降低反应的活化能，但不能改变反应物和生成物的总能量，所以曲线中表示使用了铁催化剂的线是实线，图中每个过渡态都是一个基元反应，图中共有4个过渡态，则图中基元反应有4个，故答案为：实；4； ②控速反应是活化能最大的反应，从图中可以看出，反应历程中，第一个过渡态发生的反应为，其活化能最大，所以控速步骤的反应为A； ③工业合成氨采用铁催化剂，其正反应为放热反应，温度低有利于提高反应物的平衡转化率，但由于催化剂在500℃左右活性最大，所以需将反应温度控制在500℃左右的主要原因是：铁催化剂的最佳活性温度为500℃左右。 【点睛】物质所具有的能量越小，其键能越大，稳定性越强。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 化学反应的方向、限度和速率 第四节 工业合成氨 第2课时 工业合成氨的生产流程 教学目标 1. 熟悉合成氨生产的工艺流程，包括原料气的制备、净化、除杂、压缩、合成、冷却分离和循环压缩等环节。 2. 掌握工业化生产中调控反应的一般思路，包括考虑反应的可行性、化学平衡、反应速率、设备可行性和成本核算等方面。 重点和难点 根据合成氨的适宜条件，选择合适的条件合成氨。 ◆知识点一 合成氨的工业生产步骤 1．造气 （1）氮气：合成氨所需要的氮气都取自空气。 从空气中制取氮气通常有两种方法：一是将空气液化、蒸发，分离出氮气；二是将空气中的氧气跟碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳，即得到氮气。 （2） 氢气：氢气则来源于水和碳或碳氢化合物反应。如以天然气为原料制取氢气，反应可简单表示为：H2O+CH4 CO+3H2，H2O + CO CO2+ H2 2．净化 在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质（如 H2S、CO等）会使合成氨所用的催化剂“中毒”，所以必须除去。 3．合成 净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，氮气与氢气在高温、高压和催化剂作用下合成氨（如图）。 从合成塔出来的混合气体，通常约含15%(体积分数)的氨，把反应后的混合气体通过冷凝器使氨液化而分离，再把分离出来的气体经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。 特别提醒 合成氨反应，该反应的特点为：正反应放热且气体分子数减小. 即学即练 1．已知合成氨反应，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；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 2．工业上合成氨时一般采用左右的温度，其原因是 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催化剂在时活性最大 A．只有① B．①② C．②③④ D．①④ 3．化学与生产、生活、科技等息息相关。下列说法错误的是 A．合成氨工业使用铁触媒提高氨的平衡产率 B．用熟石灰中和土壤酸性 C．用醋酸除去水壶中的水垢 D．核能、风能属于新能源 ◆知识点二 工业合成氨工艺流程 原料气的制取→净化→压缩→合成→→液氨 特别提醒 加压既能提高反应速率，又能促进平衡正向移动，合成氨的反应为放热反应，低温有利于平衡正向移动，但是低温下，催化剂活性低，反应速率也低，因此综合考虑将温度设定在500℃并使用含铁催化剂进行催化反应，及时将产生的NH3液化分离出来以提高N2和H2的转化率，剩余的N2和H2再循环利用。 即学即练 1．下列关于工业合成氨的叙述正确的是 A．合成氨工业温度选择为450℃左右，主要是为了提高NH3产率 B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响 C．合成氨生产过程中将NH3液化分离，不能提高反应物的转化率 D．合成氨工业中为了提高氢气的转化率，可适当增加氮气浓度 2．下图为工业合成氨的流程图。下列说法正确的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”不能提高原料的转化率，但可以加快反应速率 C．步骤③中反应温度越高催化剂活性越大 D．步骤③、④均有利于提高原料的平衡转化率 3．工业合成氨的反应为，其工艺如图所示。下列措施能提高N2平衡转化率的是 ①干燥净化“原料气”②采用“10MPa~30MPa”③“热交换”分离热量④“冷却”分离液氨⑤使用“铁触媒” A．②③④ B．①④⑤ C．①②③ D．③④⑤ 1、 工业生成氨的生产流程 1．合成氨的工业生产主要包括造气、净化、合成三个步骤。 2．原料气中氮气来自空气，氢气来自水与碳或碳氢化合物的反应。 3．原料气进入氨合成塔之前需净化，目的是防止催化剂中毒。 4．从合成塔出来的混合气体中分离出液氨后，剩余的气体（N2和H2）要循环使用。 实践应用 1．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。 下列说法不正确的是 A．控制原料气，是因为相对易得，适度过量可提高转化率 B．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．压缩机加压是为了保证尽可能高的平衡转化率和反应速率 2．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图如下。 下列有关合成氨说法正确的是 A．从合成氨平衡体系中分离出，可提高正反应速率，减小逆反应速率，平衡正移 B．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 C．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 D．步骤④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 3．某温度下，在密闭容器中进行合成氨反应：  。下列叙述正确的是 A．、在实际生产中可循环使用，从而提高原料利用率 B．充入一定量，平衡向正反应方向移动，的转化率变大 C．工业生产中采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁的活性最大 D．升高温度，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增多，平衡向正反应方向移动 二、实验室模拟合成氨 1．无论工业上还是实验室，用N2和H2反应生成NH3的反应都是可逆反应。 2．NH3极易溶于水，其水溶液呈碱性。 3．检验NH3的生成，一般使用酚酞试液，或挥发性酸（如浓盐酸）。 实践应用 1．氮及其化合物在农业、医药、国防等领域应用广泛。回答下列问题： （1）实验室加热固体混合物制取的化学方程式为 。 （2）干燥氨气不可选用的试剂是 (填字母)。 a．浓硫酸        b．碱石灰       c．无水CaCl2 （3）工业合成氨及氨氧化制取硝酸的流程示意图如下。 ①合成塔中生成，说明H2具有 (填“氧化性”或“还原性”)。 ②氧化炉中发生反应的化学方程式是 。 ③《本草纲目拾遗》记载“强水性最烈，能蚀五金”，“强水”指硝酸。写出稀硝酸与铜反应的离子方程式： 。 （4）汽车尾气净化装置中，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示： ①该过程的中间产物是 。 ②催化转化过程中，发生的总反应方程式为 。 2．氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。 I.实验室制氨气。 某兴趣小组同学利用如图甲装置制备氨气(部分夹持仪器已略去)。 （1）装置甲中制取氨气的化学方程式是 。湿润棉花的作用为 (填一条)，干燥管中的碱石灰 (填“能”或“不能”)用无水代替。 （2）用装置乙进行喷泉实验，烧瓶中装满干燥氨气，引发喷泉的操作是 。下列组合也能形成喷泉实验的是 (填字母)。 A．(饱和溶液)　　　　B．(浓NaOH溶液)　　　　　C．NO() Ⅱ.工业合成氨。 如图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。 （3）合成塔中发生反应的化学方程式为 。向吸收塔中通入A的作用是 。 （4）工业生产中为了储运大量浓硝酸，最好选择 (填字母)作为罐体材料。 a.铜　　　b.铂　　　c.铝　　　d.镁 （5）尾气中的可用纯碱溶液吸收法处理，请写出相关反应的化学方程式：(提示：与纯碱溶液反应可发生歧化生成两种盐) 。 3．氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一、 （1）写出实验室制氨气的化学方程式： 。 （2）某工厂用氨制硝酸的流程如下图： ①上述转化中，属于氮的固定的是 (填“ⅰ”、“ⅱ”或“ⅲ”)。 ②已知断裂1mol相应的化学键需要的能量如下表： 化学键 能量/kJ 436 391 946 上述“合成塔”中发生反应生成2mol ，可放出 kJ热量。 ③“吸收塔”排出的尾气中含有NO、等氮氧化物，可用将其催化还原成不污染环境的气体，写出与反应的化学方程式： 。 （3）以和为原料直接合成的反应能耗高，科研人员选用固体进行转化。合成氨的过程如图所示。 ①实验研究：查阅资料，同位素示踪法可以证实中的氮元素在“转氨”过程中能转变为氨中的氮元素。 实验：将 (填化学式)两种物质混合，充分反应。 检测结果：经探测仪器检测，所得氨气中存在。 ②测量的转化率：取固体、的混合物m g［］，充分反应。生成的与V mL 恰好完全反应生成正盐。的转化率为 %(用含m、V、c的代数式表示)。 三、以合成氨为载体的综合考查 这类题目往往是化学反应的能量变化、化学反应的方向、限度、速率的综合考查。 实践应用 `1．吉林大学科研人员合作研究得出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在较温和的条件下由氮气合成氨的新方案(如下图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数平衡时可高达。已知合成氨反应  。下列说法正确的是 A．该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁做催化剂 B．采用该方案生产氨气，活化能和均减小 C．该方案提高了氨的平衡体积分数，与反应温度较低有关 D．为了提高氢气的平衡转化率和反应速率，应尽量采取较高温度 2．合成氨工业中原料气进入合成塔前需经过铜氨溶液“净化”，除去其中的，原理为 [Cu(NH3)2]+ (aq)+CO(g)+ NH3(g)[Cu(NH3)3CO]+(aq) ΔH<0。下列说法正确的是 A．该反应在任何温度下均能自发进行 B．降低温度增大的转化率 C．增大压强有利于制氨溶液再生 D．为节约成本，原料气可以不进行净化 3．基于单簇催化剂(SCC)的NO还原反应(NORR)的主要反应如下： (Ⅰ) (Ⅱ) (Ⅲ) 在T℃、100kPa反应条件下，向密闭容器中充入2mol NO和，发生上述反应，测得含氮元素占比[如的含氮元素占比]与时间的关系如图所示。 已知：反应Ⅱ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅰ、Ⅲ的影响；K为用物质的量分数表示的平衡常数。下列有关说法正确的是 A．反应Ⅱ的 B．曲线c表示的是氨气的含氮元素占比 C．若选择对反应Ⅱ催化效果更好的催化剂，则F点将平移至E点 考点一 工业合成流程 【例1】硫酸是重要的化工原料。工业上以黄铁矿 为原料制备硫酸流程如图所示： 下列有关说法错误的是 A．步骤I前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率 B．反应II选择 是为了提高： 的转化率 C．焦硫酸 或 ，推测其具有吸水性、腐蚀性和强氧化性 D．将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生 解题要点 黄铁矿粉碎，通入空气煅烧反应生成氧化铁和二氧化硫，4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，二氧化硫在催化剂作用下加热，发生反应：2SO2+O22SO3，三氧化硫被98.3%的浓硫酸吸收生成焦硫酸。 【变式1-1】合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。 2018年是合成氨工业先驱哈伯(P·Haber)获得诺贝尔奖100周年。和生成的反应为：  在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态) 化学吸附：；； 表面反应：；； 脱附： 其中，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： （1）合成氨反应平衡常数的表达式为 。温度升高，K值 (填“增大”“减小”或“不变”)。 （2）实际生产中，常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温度773K，压强，原料中和物质的量之比为1：2.8。 ①分析说明原料气中过量的理由 。 ②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。 A．合成氨工艺采用循环操作，主要为了增大化学反应速率 B．控制温度(773K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 C．当温度、压强一定时，在原料气(和的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 D．基于有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 E．分离空气可得，通过天然气和水蒸气转化可得，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生。 （3）在T℃、压强为0.9MPa条件下，向一恒压密闭容器中通入的混合气体，体系中各气体的含量与时间变化关系如下面图所示。已知：分压=总压×体积分数。 ①以下叙述不能说明该条件下反应达到平衡状态的是 (填字母)。 A．氨气的体积分数保持不变 B．容器中保持不变 C．气体平均相对分子质量保持不变 D．气体密度保持不变 E． ②反应20min时达到平衡，则0～20min内= ，= 。(为以分压表示的平衡常数，代入数据列出计算式，不必化简) ③若起始条件相同，在恒容容器中发生反应，则达到平衡时的含量符合图中点 (填“d”“e”“f”或“g”)。 【变式1-2】工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下： （1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：。时，往密闭容器中充入和水蒸气。反应建立平衡后，体系中。该温度下此反应的平衡常数 (填计算结果)。 （2）合成塔中发生反应  。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中 (填“>”、“<”或“=”)。 300 K （3）和在铁作催化剂作用下从就开始反应，不同温度下产率如图所示。温度高于时，产率下降的原因 。 （4）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为 。 （5）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：       则甲烷直接将还原为的热化学方程式为： 。 （6）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式 。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极是 (填“正极”或“负极”)；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为 。 考点二 多因素影响平衡 【例2】恒容反应器中，和均能催化反应：(羟基乙醛)，反应历程如图所示，为中间体，为过渡态。 下列描述错误的是 A．催化作用下，达平衡时羟基乙醛的产率较大 B．催化作用下，“加氢”为决速步骤 C．适当降低反应温度，有利于提升羟基乙醛的平衡转化率 D．其它条件相同时，两种不同催化剂作用下，“插入”步骤的活化能相同 解题要点 催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，因此两种催化剂作用下达平衡时羟基乙醛的产率相同. 决速步骤是反应历程中活化能最大的步骤，催化下，“加氢”步骤活化能最大，为决速步骤. 【变式2-1】把附着在分子筛上，可催化、生成及碳氢化合物，部分反应历程如图1所示。催化剂中、转化率、烃的选择性关系如图2所示。 下列叙述错误的是 A．整个反应历程中，涉及到非极性键的断裂和极性键的形成 B．每生成，整个反应历程转移 C．随增加，烯烃选择性逐渐减少 D．大于1后，转化率降低的原因与的含量减少，导致吸附的量减少有关 【变式2-2】乙醇水蒸气重整制氢广泛运用于工业生产中，其原理是。一定温度下，恒压时，按水醇比向密闭反应容器中充入原料，发生上述反应。下列说法正确的是 A．反应体系压强越小，反应物平衡转化率越大，越有利于工业生产 B．若之比保持不变，说明反应达到了平衡状态 C．若时，测得反应吸收能量，则 D．若在原料气体中充入一定量的惰性气体，则平衡转化率会增大 考点三 反应条件的控制 【例3】工业制硫酸中的一步重要反应是，这是一个正反应放热的可逆反应。如果在密闭容器中通入和足够多的氧气，按上述条件进行反应，下列有关说法中错误的是 A．无论反应时间长短，最终生成的一定少于2mol B．使用催化剂的目的是加快反应速率，提高生产效率 C．达到平衡时，和的物质的量不变 D．该反应在较高温度下进行，有利于提高的平衡产率 解题要点 根据反应的焓变和熵变确定反应的温度；寻找合适的催化剂；从设备和反应条件等各个方面思考反应所需的条件。。 【变式3-1】对于反应。下列说法正确的是 A．该反应，在低温条件下自发进行 B．升高温度，平衡朝正反应方向移动，反应速率加快 C．其他条件不变，增大可提高的平衡转化率 D．断裂的同时有断裂说明反应到达该条件下的平衡状态 【变式3-2】还原的反应为。其他条件相同，该反应分别在不同催化剂（a、b）下进行，相同时间内测得的转化率与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是 A．甲点达到平衡状态 B．在相同温度下反应达到平衡状态，使用催化剂a时平衡转化率高 C．温度高于400℃后，的转化率降低可能是温度升高使催化剂的活性降低 D．催化剂a能降低反应的焓变，加快反应速率，相同时间内NO转化率高 基础达标 1．下列关于工业合成氨的叙述正确的是 A．合成氨工业温度选择为450℃左右，主要是为了提高的平衡产率 B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡无影响 C．将液化分离以及、循环使用均能提高合成氨反应速率和原料转化率 D．为了提高氢气的转化率，可适当增加氮气浓度 2．工业制硫酸的一步重要反应是SO2在400～600 ℃下的催化氧化：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂可加快反应速率，SO3产率不变 B．其他条件保持不变，温度越高，速率越快，生产效益越好 C．实际生产中选定400～600 ℃作为操作温度，其原因是在此温度下催化剂的活性最高 D．增大压强可以提高SO3产率，但高压对动力和设备要求太高，会增加生产成本 3．工业上用和合成：，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．在上述条件下，不可能100%地转化为 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．达到平衡时，的浓度和的浓度之比一定为1：3 4．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 A．高压比常压更有利于合成氨反应 B．Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)选取适宜的温度，使K成蒸气从反应混合物中分离出来 C．压缩H2和I2(g)反应的平衡混合气体，气体颜色变深 D．用浓氨水和氢氧化钠固体快速制取氨气 5．在一定条件和催化剂作用下，二氧化碳加氢可以合成二甲醚，发生反应Ⅰ：  ，在同一条件下还可能发生副反应Ⅱ：  。下列说法正确的是 A．实际生产中温度常常控制在左右，这是因为在高温下生成二甲醚的选择性较高 B．增大压强有助于生成更多二甲醚，故生产中使用的压强越大越好 C．在任何温度下反应Ⅰ都能自发进行 D．及时将二甲醚从体系中分离出来有助于提高二甲醚的平衡产率 6．氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是 A．氨分离器可以加快合成氨的反应速率 B．吸收塔中通入过量A的目的是提高硝酸的产率 C．工业生产中可选择铝作为罐体材料盛装大量浓硝酸 D．可以用对硝酸生产尾气中的氮氧化物进行处理 7．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了 A．增加反应速率 B．降低氨的沸点 C．提高平衡体系中氨的含量 D．提高原料的利用率 8．下列说法中正确的是 A．在合成氨中，为增加的转化率，充入的越多越好 B．在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保 C．工业合成氨的反应是、的反应，在任何温度下都可自发进行 D．合成氨反应选择在进行的重要原因是催化剂在左右时的活性最大 9．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。回答下列问题： （1）合成氨工业中采用循环操作，主要是为了______（填字母）。 A．增大化学反应速率 B．提高氮气和氢气的利用率 C．降低氨的沸点 D．提高平衡混合物中氨的含量 （2）在密闭容器中通入和，若在一定条件下反应达到平衡状态，容器中剩余。 ①达到平衡时，的转化率为 。 ②若把容器的体积扩大一倍，则正反应速率 （填“增大”“减小”或“不变”，下同），逆反应速率 ，的转化率 。 （3）研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在铁催化剂表面上的微粒用标注。 该反应历程中最大活化能对应步骤的化学方程式为 。合成氨反应：的 （用图中字母表示）。 10．氨是一种重要的化工产品。回答下列问题： （1）已知：①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)  ΔH=-92.0kJ/mol ②H2(g)＋O2(g) H2O(g)  ΔH=-240.0kJ/mol ③2Fe(s)＋O2(g) Fe2O3(s) ΔH=-1644.0kJ/mol 则反应2NH3(g)＋Fe2O3(s) N2(g)＋3H2O(g)＋2Fe(s)  ΔH= kJ/mol，该反应在 （填“高温”“低温”或“任意温度”）下能自发进行。 （2）下列关于合成氨工艺的理解中，正确的有______（填标号）。 A．控制温度远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 B．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 C．NH3易液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 D．原料气中N2由分离空气得到，H2由天然气与水蒸气反应生成，原料气需要经过净化处理，以防催化剂中毒和安全事故发生 （3）温度为T℃，压强恒定为pMPa，用Fe2O3处理NH3和HCN（起始时NH3的体积分数为58%）的混合气体，部分气体的体积分数随时间的变化如图，反应经30min达到平衡。 ①0～30min内用NH3的压强变化表示的反应速率v(NH3)= MPa·min-1。 ②反应2NH3(g)＋Fe2O3(s)N2(g)＋3H2O(g)＋2Fe(s)的平衡常数Kp= (MPa)2（列出计算式即可）；若降低温度，该反应的平衡常数将 （填“增大”“减小”或“不变”）。 （4）在催化剂作用下，可用NH3去除NO，其反应原理为4NH3＋6NO=5N2＋6H2O。不同温度条件下，n(NH3)：n(NO)分别为4：1、3∶1、1：3时，得到的NO脱除率曲线如图所示： ①曲线a中，在温度超过900℃时，NO脱除率骤然下降的原因可能是 。 ②曲线c对应的NH3与NO的物质的量之比是 。 综合应用 11．1，3-丁二烯与可发生1，2-加成或1，4-加成，反应历程中包含两步基元反应，反应过程中的能量变化如图所示。 已知，经历相同时间，-15℃下反应，25℃下反应。 下列说法不正确的是 A．1，2-加成和1，4-加成均为放热反应 B．1，2-加成和1，4-加成的决速步骤均为第二步 C．低温下1，2-加成产物比例较大，是因为能量较低 D．室温下A可以缓慢转化为B，是因为B能量较低 12．Deacon发明的将氯化氢转化为氯气的总反应为：，。该总反应可按下列催化过程进行： Ⅰ．， Ⅱ．， Ⅲ．， 实验测得在一定体积的容器中，当进料浓度比的比值分别为1、4、7时，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。 下列说法中不正确的是 A． B．图中曲线③代表的 C．增加少量，不改变HCl的平衡转化率 D．曲线①表明时，HCl平衡转化率已经接近100%，但在工业生产中通常采用的反应温度为，可能是因为此温度下催化剂活性更高，反应速率更快 13．下列陈述Ⅰ与陈述Ⅱ均正确，且具有因果关系的是 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ A 键能：Si-O键>Si-Cl键 熔点：SiO2>SiCl4 B 工业合成氨选用400~500℃高温条件 升温有利于加快合成氨的速率 C 将装有红棕色NO2气体的注射器由10mL压缩至5mL，气体颜色变浅 ，增大压强，平衡正向移动 D H2O(g)的热稳定性比H2S(g)高 H2O分子间存在氢键 14. 工业上用黄铁矿制备硫酸的工艺如下图所示。 1．下列说法不正确的是_____。 A．步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率 B．步骤Ⅱ中选择的压强是高压 C．步骤Ⅱ中使用双层催化和热交换器 D．步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂 某同学设计如图所示装置探究步骤Ⅱ中二氧化硫的转化率。实验时，装置D锥形瓶中溶液产生白色沉淀，装置E中溶液褪色。已知装置A是用来制备SO2。 2．装置B的三个作用是a． ；b． ；c．通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例。 3．实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热，其原因除了影响催化剂活性还有 。 4．D中锥形瓶盛放的溶液可以是(选填字母)_____。 A．足量澄清石灰水 B．足量小苏打溶液 C．足量氯化钡溶液 D．足量稀硫酸 15．二氧化碳已成为社会的热点话题。 I．二氧化碳的制备 （1）仪器D的名称是 。 （2）实验室制取并收集二氧化碳需在上图中选用与 (填字母序号)组合；为能方便控制反应，可将上述某个仪器换成 (填仪器名称)。 Ⅱ．二氧化碳的性质 小组同学利用下图装置探究了二氧化碳与焦炭的反应(实验前已排尽装置内空气)。 （3）C装置的作用是 。 （4）能说明二氧化碳与焦炭发生了反应的现象有：A中固体逐渐减少， 。 Ⅲ．二氧化碳的应用 2021年中国科学院天津工业生物技术研究所宣布在淀粉的人工合成方面取得了重大突破性进展。在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。具体合成的原理是：科学家们先将二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇，然后将甲醇转化成为三碳化合物，接下来再将三碳化合物合成为六碳化合物，最后聚合成为淀粉。 （5）由制甲醇的反应原理：二氧化碳和氢气在多原子金属簇催化剂表面吸附，逐步转化为气态的甲醇和另一种常见的液态化合物。请写出该反应的化学方程式 。该反应受催化剂等外界条件的影响如下图。分析图像可知：催化效果最佳的是催化剂 (填“A”、“B”、“C”)，合适的温度是 ，压强是 。 （6）人工合成淀粉目前面临的较大问题之一是氢气的制备问题。科学家正致力于光催化分解水(如图3所示)。相较于电解水，这种方法的优点是 。 拓展培优 16．合成氨技术是人类科学技术领域的一大进步，合成氨工业的发展大大提高了粮食产量，促进了国民经济和国防工业的发展，也丰富了我国的能源结构。哈伯因此获得了诺贝尔化学奖，近年来，中国化学家也取得了重要突破。其反应原理：  。工业合成氨生产流程示意图如图： 回答下列问题： （1）合成氨反应在 (填“高温”或“低温”)下能自发进行。 （2）“干燥净化”是为了除去原料气(、及少量的CO，的混合气)中的CO，高压，低温条件有利于醋酸亚铜氨溶液(含有、的溶液)更好地吸收CO，生成含的溶液，其原理为： (用离子方程式解释)，吸收CO后的溶液经过加热，减压处理能再生，恢复其吸收CO的能力，可循环使用。 （3）流程中“干燥净化”除去原料气中CO的作用是： ；“冷却”分离X的目的是： 。 （4）工业上和混合气反应后经过图1中的过程再及时补充和进入合成塔反应，以一定量的和为研究对象，计算转化率时不考虑新补充进入的和，循环过程中转化率随温度变化曲线如图所示，图中所示进程中表示热交换过程的是 。 A．      B．      C．      D．   E．      F．      G．      H． （5）某化学小组利用虚拟仿真软件模拟合成氨的反应。一定温度下，在容积固定为1L的密闭容器内充入和发生反应。 ①下列能说明反应已达到平衡状态的是 (填字母标号)。 a．容器内的压强保持不变        b．反应停止，正、逆反应的速率都等于零 c．、、的浓度之比为    d．混合气体的平均摩尔质量不再变化 e．气体的密度不再发生改变    f．断裂键的同时生成键 ②已知，、表示组分的分压(分压总压物质的量分数)。反应达到平衡时，，此时的转化率为80%。通过上述信息可知： 。 17．氨是重要化工原料，其工业合成原理为  。回答下列问题： （1）已知：ⅰ.  ； ⅱ.  (a、b都大于0)。 则反应的 (用含a、b的代数式表示)，利于该反应正向进行的条件为 (填“低温”“高温”或“任意温度”)。 （2）向恒温恒容密闭容器中充入体积比的和，发生反应。下列情况表明该反应一定达到平衡状态的是___________(填字母，下同)。 A．气体密度不随时间变化 B．气体平均摩尔质量不随时间变化 C．气体总压强不随时间变化 D．体积分数不随时间变化 （3）下列关于  的叙述正确的是 。 A．生成速率等于消耗速率的2倍 B．若加入高效催化剂，平衡常数和反应热都会增大 C．若起始按体积比投入和，则和的转化率相等 （4）向刚性密闭容器中充入和合成氨，经历相同时间测得转化率与温度及时间的关系如图1所示。 ①温度： (填“>”或“<”)。 ②温度下，合成氨反应的平衡常数为 (结果保留三位有效数字)。 （5）一定温度下，向体积可变的密闭容器中充入和，合成，测得体积分数与压强关系如图2所示。 ①ab段体积分数增大的原因是 ； ②cd段体积分数急减的主要原因可能是 。 18．氨是最基本的化工原料之一，用途广泛。自1913年合成氨工业化以来，科学家一直致力于合成氨技术的研究和发展。已知：  。 （1）有关温度对该反应自发性的影响，下列说法正确的是_______。 A．低温自发 B．高温自发 C．任何温度下均自发 D．任何温度下均不自发 （2）合成氨反应中部分共价键的键能如下表所示： 共价键 键能() H—H 436 946 计算N-H的键能为_______。 A．1173 B．782 C．391 D．360 （3）下图为使用铁催化剂和未使用催化剂合成氨反应历程的一部分。 ①上图反应历程中，表示使用了铁催化剂的是 线，基元反应有 个。 ②上图反应历程中，控速步骤的反应为 。 A．    B． C．    D． ③工业合成氨采用铁催化剂，需将反应温度控制在500℃左右的主要原因是 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $