合成氨反应方程式

合成氨反应方程式

-12u机柜尺寸

2023年2月15日发(作者：电缆支架)

1

第四节化学反应条件的优化—工业合成氨（预习案）№49

高二化学组2011-10-26

【学习目标】以合成氨工业生产为例，了解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。

【课前预习】

一、合成氨反应的限度问题：

对于化学反应N

2

(g)＋3H

2

(g)2NH

3

(g)；已知298K时：△H=－92.2KJ·mol-1；

【结论】合成氨反应是一个可逆反应，正反应是一个热反应、气体体积的反应，

因此，温度、压强、适时地将氨从反应混合物中分离出去将有利于化学平衡

向生成氨的方向移动。在一定的温度和压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时，平衡

混合物中氨的含量最高。

二、合成氨反应的速率问题：

增大的浓度可加快化学反应速率；温度，化学反应速率加快；

压强，化学反应速率加快；催化剂可加快化学反应速率，且使用催化剂可以

使合成氨的速率提高上万亿倍。

三、综合分析合成氨的适宜条件：

提高反应的平衡转化率提高化学反应速率

反应特点措施反应特点措施

放热

分子数减小低温时反应速率低

反应可逆原料气浓度增加能提

高反应速率

结论：合成氨最适宜的条件是：温度：700K左右；压强：根据反应器可使用的钢材质量和综合

指标，选择压强（高、中、低压），一般中小型合成NH3

选择中压（20MPa-30MPa）；N

2

和H

2

的分压为1：2.8的投料比；催化剂：铁触媒

2

四、反应流程：

【课前预习检测】

1．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是（）

A．使用铁触媒，使N

2

和H

2

混合气体有利于合成氨

B．常压比高压条件更有利于合成氨的反应

C．700K左右比室温更有利于合成氨的反应

D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率

2．(双选）促使化学平衡N

2

+3H

2

2NH

3

；△H<0向右移动有各种措施，下列措施中可行的

是（）

A、及时分离出氨B、升高温度

C、通入HCl气体D、扩大容器体积

3．对于可逆反应N

2

(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)（正反应为放热反应），下列说法正确的是（）

A、达到平衡时N

2

、H

2

、NH

3

的反应速率为零

B、达到平衡后加入N

2

，当重新达到平衡时，NH

3

的浓度比原平衡的大，H

2

的浓度比原平衡的

小

C、达到平衡时，升高温度，加快了逆反应速率，减慢了正反应速率，所以平衡向逆反应方向移

动

D、加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率加快了，逆反应速率减慢了

4．在恒温恒容下发生反应：N

2

（g）＋3H

2

（g）2NH

3

（g）；△H＜0。

下列判断不正确

．．．

的是（）

A．30s内，H

2

的浓度改变了0.30mol/L，则平均反应速率V（N

2

）=0.010mol/（L•s）

B．当气体总压不随时间改变时，表明该反应达到平衡状态

C．使用铁触媒可明显减少达到平衡的时间

3

D．降温可提高N

2

的转化率

第四节化学反应条件的优化—工业合成氨（探究案）№50

高二化学组2011-10-26

【问题探究】

一、压强越大反应速率越大，平衡转化率越高，为什么不采用更高的压强？

二、工业合成氨中为什么选用700K左右的温度？

三、工业合成氨中把氨气从混合气中分离出去的目的是什么？怎样分离？

四、合成氨厂出口中氨含量一般为13%-14%工业生产中采取怎样措施提高N2

、H

2

的转化率

的？

讨论总结：工业生产中条件的选择应综合考虑哪些因素？

例1.合成氨时，既要使合成氨

的产率增大，又要使反应速率

加快，可采取的办法是（）

①减压②加压③升温④降温

⑤补充氮气和氢气⑥加催化

剂⑦减小或氢气的量

A.③④⑤⑦B.②⑤⑥

C.②⑤D.②③⑥⑦

例2.在硫酸的工业生产中，通过下列反应使SO

2

转化为SO

3

：2SO

2

+O

2

2SO

3

；△H<0。其实

验数据见下表

4

（1）应选用的温度是

（2）应采用的压强是，理由是。

（3）在生产中常用过量的空气是为了。

变式训练：（2011山东高考28选编）

（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为

CO（g）+2H

2

（g）CH

3

OH（g）。

实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择

此压强的理由是。

例题3.在一定条件下，合成氨反应达到平衡后,混合气体中NH

3

的体积占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之比是()

A.B.C.D.

【当堂检测】

1.在N

2

(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)；△H<0的反应中，下列叙述不正确

．．．

的是()

(1)加压，使正反应速率加快，逆反应速率减慢；平衡向正反应方向移动

(2)升高温度，使正反应速率变慢、逆反应速率加快，平衡向逆反应方向移动

(3)使用催化剂，既加快正、逆反应速率，又有利于平衡向正反应方向移动

(4)温度越低，单位时间内氨的产量越高

(5)增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，反应物的利用率一定提高

A．只有(1)(2)B．只有(1)(2)(3)C．只有(4)(5)D．全不正确

2．工业上合成氨一般采用700K左右的温度，其原因是（）

①适当提高氨的合成速率②提高氢气的转化率③提高氨的产率④催化剂在700K时活

性最大

A．只有①B．①②C．②③④D．①④

5

1

4

1

3

1

2

1

5

3．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NH

3

的平衡浓度

C、降低NH

3

的沸点D、提高N

2

和H

2

的利用率

4.(2011全国II卷8)在容积可变的密闭容器中，2mo1N

2

和8mo1H

2

在一定条件下发生反应，达到

平衡时，H

2

的转化率为25%，则平衡时的氮气的体积分数接近于（）

A．5%B．10%C．15%D．20%

第四节化学反应条件的优化—工业合成氨（拓展案）№51

高二化学组2011-10-26

A组

1.一定条件下，合成氨反应呈平衡状态，

N

2

(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)K

1

1

2

N

2

(g)+

3

2

H

2

(g)NH

3

(g)K

2

则K

1

与K

2

的关系为()

A.K

1

=K

2

B.K

1

=K

2

2C.K

1

2=K

2

D.无法确定

2.右图是198K时N

2

与H

2

反应过程中使用催化剂和不使用

催化剂条件下能量变化的曲线图。下列叙述正确的是()

A．反应物总能量小于生成物总能量，反应为吸热反应

B．a曲线是加入催化剂时的能量变化曲线

C．使用催化剂可以影响该化学反应的反应热大小

D．一定条件下在密闭容器中含有1mol氮气与3mol氢气，充分反应后放出热量92kJ

3．在恒温、恒容下的可逆反应N

2

(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)，达到平衡时，向该平衡体系中充

入Ne，则下列叙述正确的是()

A．V正增大、V逆减小B．V正、V逆均不变

C．平衡向左移动D．平衡向右移动

4.将aLNH

3

通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管后，气体体积变为bL（气体体积均在同温同

压下测定），该bL气体中的NH

3

体积分数是()

A．

a

ba2

B．

b

ab

C．

b

ba2

D．

a

ab

B组

5.(09山东理综28选编）合成氨反应N

2

(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)，若在恒温、恒压条件下向平衡体

系中通入氩气，平衡移动（填“向左”“向右”或“不”）；使用催化剂反应的ΔH

2NH

3

508

600

反应过程

能量/(kJ/mol)

b

a

N

2

+3H

2

6

（填“增大”“减小”或“不改变”）。

6．合成氨反应：N

2

(g)＋3H

2

(g)2NH

3

(g)，在一定条件下已经达到化学平衡状态，

（1）若降低温度，会使上述化学平衡向生成氨的方向移动，则正反应是热反应；一

定量N

2

(g)和H

2

(g)生成1molNH

3

(g)放出的热量是46.2kJ，则该反应的热化学方程式

为。

（2）若反应容器的体积不变，原反应温度不变，而将平衡体系中混合气体的浓度增大一倍，则

上述平衡向移动，若在平衡体系中加入He，则上述平衡移动。

7.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义，对我国实现农业现代化起着重要作用。已知：

250C时，N

2

(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)；△H＝－92.4kJ/mol。

（1）250C时，在容积为2L的密闭容器内充入1molN

2

和2molH

2

，经过2min达到平衡状

态时，测得反应混合物中NH

3

的物质的量为0.2mol，则H

2

在2min内的平均反应速率

为。

（2）250C时，密闭容器中1molN

2

和3molH

2

在催化剂存在下进行反应，测得反应放出的

热量为9.24kJ，则密闭容器中H

2

的转化率为。

8．（2008，广东）工业合成氨的反应为N

2

(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)。设在容积为2.0L的密闭容器

中充入0.60molN

2

(g)和1.6molH

2

(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH

3

的物质的量分

数（NH

3

的物质的量与反应体系中总的物质的量之比）为

7

4

。计算：

（1）该条件下N

2

的平衡转化率为；

（2）该条件下反应2NH

3

(g)N

2

(g)+3H

2

(g)的平衡常数是。

C组

9.在密闭容器中保持一定温度进行如下反应N

2

(g)+3H

2

(g)2NH

3

(g)，已知加入1molN

2

和

3molH

2

，在恒压条件下达到平衡时生成amolNH

3

，在恒容条件下达到平衡时生成bmolNH

3

（见表中编号①的一行）。若相同条件下，达到平衡时混合物中各组分的质量分数不变。回答

下列问题：

（1）写出该反应的化学平衡常数表达式：K=

（2）平衡常数K值越大，表明建立平衡时（填序号）。

A.N

2

的转化率越高

3

的产率越大

C.正反应进行得越彻底D.化学反应速率越快

（3）a与b的大小关系是：ab（填“>”、“<”或“=”）。

（4）填写下表：

7

状态

条件

起始时物质的物质的量（mol）

平衡时NH

3

的物质的

量（mol）

编号n(N

2

)n(H

2

)n(NH

3

)

恒容

①130b

②00b

③2.25b