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【同步讲义】高中化学（沪科版2020）选修第一册--2.4.1 合成氨生产适宜条件的选择 讲义
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这是一份【同步讲义】高中化学（沪科版2020）选修第一册--2.4.1 合成氨生产适宜条件的选择 讲义，文件包含241合成氨生产适宜条件的选择学生版沪科版2020选择性必修第一册docx、241合成氨生产适宜条件的选择教师版沪科版2020选择性必修第一册docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共29页， 欢迎下载使用。
2.4.1 合成氨适宜生产条件的选择
学习聚焦
知识精讲
知识点01 氮的存在和固定
1．存在
主要以游离态存在于空气中，大气中氮气占空气体积的78%。
2．氮的固定
（1）概念：氮的固定是指将游离态氮转变为化合态氮的方法。
（2）分类
生物固氮
氮的固定 大气固氮
人工固氮
【即学即练1】关于氮肥的说法正确的是（ ）
A．尿素属于铵态氮肥
B．植物吸收氮肥属于氮的固定
C．使用碳铵应深施盖土
D．硫铵与草木灰混用肥效增强
知识点02 合成氨反应的特点
N2(g) +3H2(g)2NH3(g) ΔH<0
从化学方程式可知，合成氨反应的特点有：可逆反应、正反应气态物质的体积减少、正反应是放热反应、熵减。
【即学即练2】合成氨反应不具备的特征是（ ）
A．放热 B．熵增 C．可逆 D．气态
知识点03 从合成氨反应的限度和速率分析
1．从合成氨反应限度的角度
在温度一定时，增大压强有利于提高平衡混合物中氨的含量；
在压强一定时，降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。
2．从合成氨反应速率的角度
升高温度、增大压强及使用催化剂等都可以使合成氨的化学反应速率增大。
综上所述，要使合成氨反应又快又多，理论上的生产条件是：高压、适宜温度、催化剂。
【即学即练3】下列有关合成氨工业的说法中正确的是（ ）
A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间
D．合成氨采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高
知识点04 合成氨的适宜条件
1. 催化剂的选择：合成氨工业要求催化剂具有活性强、机械强度高、不易中毒、容易制备、价格低廉等特点，目前公认的最适当的催化剂是铁催化剂。
2. 温度的选择：在兼顾反应速率和反应限度两个因素的同时，考虑到铁催化剂的活性温度，一般选择在500℃左右的温度。
3. 压强的选择：高压既能使平衡正向移动，也能加快反应速率，但受动力、材料、设备等条件限制，一般采用的压强是20~50MPa。
4. 反应物和生成物浓度的影响：①将氨液化分离后的原料气循环使用，②及时补充氮气和氢气，③维持氢氮比为2.8~2.9。
【即学即练4】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是（ ）。
A．①②③ B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④
常见考法
常见考法一 合成氨反应的特点
【例1】已知N2(g) +3H2(g)2NH3(g) 298 K时，ΔH=―92.2 kJ·mol-1 ΔS=―198.2 J·K一1·mol一1。试判断该反应在常温下能否自发进行。
必杀技
可逆反应
合成氨反应 正反应气体体积减小
焓变ΔH<0，熵变ΔS<0
常温下，ΔH-TΔS<0，常温能自发反应
【同步练习1-1】已知：298K下合成氨反应的平衡常数K=4.1×106，下列说法错误的是
A．合成氨反应在298K是进行得比较完全
B．合成氨反应在298K时反应速率较快
C．仅从K的值无法得知该反应的平衡转化率
D．改变温度，K的值也会变化
【同步练习1-2】有关合成氨反应的说法，正确的是( )
A．根据计算，常温下合成氨反应的ΔH-TΔS<0，所以常温下的反应速率很快
B．升高温度，既可以加快合成氨的速率，又可以提高平衡转化率
C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行
常见考法二 提高合成氨反应的限度和速率的措施
【例2】在合成氨时，既要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有
①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦使用合适的催化剂
A．①④⑤ B．②③④⑦
C．②⑤ D．②③⑤⑥⑦
必杀技
从反应限度考虑，合成氨反应需：低温、高压。
从反应速率考虑，合成氨反应需：高温、高压、催化剂。
【同步练习2-1】在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是
A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响
B．都对化学平衡有影响，但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，只有施加高压对化学平衡有影响
D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果
【同步练习2-2】可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，达到平衡后，下列选项中采用的三种方法都能使氢气的转化率增大的是
A．升高温度、降低压强、增加氮气
B．降低温度、增大压强、加入催化剂
C．升高温度、增大压强、增加氮气
D．降低温度、增大压强、分离出部分氨气
常见考法三 合成氨适宜的生产条件
【例3】如图表示的是反应条件对合成氨含量的影响。
（1）由图示得出合成氨反应条件是 。
（2）实际工业生产选择的压强是20 ～ 50 MPa，试说明原因。
（3）实际工业生产选择的温度是500℃左右，试说明原因。
（4）理论上，合成氨反应氢氮比为3∶1 时，平衡混合物中氨的百分含量最大，但实际生产中维持氢氮比为 2.8 ～ 2.9，试说明原因。
必杀技
化工生产条件的选择需要注意的问题：
（1）选取适宜的化工生产条件时，既要考虑反应速率问题，又要考虑化学平衡移动的问题，同时也要考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响，综合选取适宜条件。
（2）温度的选择，不仅要考虑速率、平衡问题，同时还要照顾到催化剂的活性。
（3）压强的选择，除了考虑速率和平衡问题，还要考虑对设备的技术要求和成本问题。
【同步练习3-1】合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料气中的CO ，其反应是[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)2]Ac·CO ΔH<0。
（1）必须除去原料气中CO的原因为 。
（2）醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液吸收CO的生产适宜条件应是 。
（3）吸收CO后的醋酸二氨合铜溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜溶液再生的生产适宜条件应是 。
【同步练习3-2】在硫酸工业中，通过下列反应将SO2 氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。
已知催化剂是V2O5，在400℃-500℃左右时催化效果最好。下表为不同温度和压强下SO2的转化率：
压强
1×105 Pa
1×106 Pa
5×106 Pa
1×107 Pa
450℃时SO2的转化率
97.5%
99.2%
99.6%
99.7%
550℃时SO2的转化率
85.6%
94.9%
97.7%
98.3%
试回答：
（1）根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽快地转化为三氧化硫，从化学反应速率的角度考虑，应该选择什么样的条件？
（2）根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽量多地转化为三氧化硫，从化学反应限度的角度考虑，应该选择什么样的条件？
（3）在实际生产中，选定450℃左右作为操作温度，其原因是什么？
（4）根据表中的数据分析，制取SO3时采用的压强是多少？原因是什么？
（5）在生产中，通入过量空气的目的是什么？
（6）根据上述分析，实际工业生产中该反应应选择的条件是什么?
分层提分
题组A 基础过关练
1．在合成氨反应中，下列情况不能使反应速率加快的是（ ）。
A．加入氮气 B．减小压强，扩大容器体积
C．加入催化剂 D．适当升高温度
2．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是（ ）。
A．不断将氨分离出来
B．使用催化剂
C．采用700K左右的高温而不是900K的高温
D．采用2×107～5×107Pa的压强
3．工业合成氨的反应原理为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，，下列措施既能加快反应速率又能提高产率的是 ( )
A. 升高温度 B. 增大压强 C. 分离出NH3 D. 使用催化剂
4．下图为反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，在某段时间t0～t6反应速率与反应过程的曲线图，则氨的百分含量最高的一段时间是( )
A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t6
5．合成氨反应为N2（g）+3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92.4 kJ/mol，下列有关合成氨反应的说法正确的是（ ）。
A．反应的ΔS＞0
B．反应的ΔH＝E（N－N）+3E（H－H）－6E（N－H）（E表示键能）
C．反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023
D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率
6．氯化硫酰（SO2Cl2）主要用作氯化剂。它是一种无色液体，熔点－54.1℃，沸点69.1℃，遇水生成硫酸和氯化氢。氯化硫酰可用干燥的二氧化硫和氯气在活性炭催化剂存在下反应制取：SO2（g）+Cl2（g）SO2Cl2（l）△H＝－97.3kJ/mol。为了提高上述反应中Cl2的平衡转化率，下列措施合理的是（ ）。
A．扩大容器体积 B．使用催化剂
C．增加SO2浓度 D．升高温度
7．有平衡体系：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）ΔH＜0，为了增加甲醇的产量，应采取的正确措施是（ ）。
A．高温、高压 B．适宜温度、高压、催化剂
C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂
8．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是( )
A．提高分离技术
B．研制耐高压的合成塔
C．研制低温催化剂
D．探索不用N2和H2合成氨的新途径
9．合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，下列有关该反应的说法正确的是（ ）
A．催化剂增大了正、逆反应的活化能
B．升高温度，该反应的平衡常数增大
C．正反应的活化能小于逆反应的活化能
D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高的平衡转化率
10．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，其部分工艺流程如图所示。
反应体系中各组分的部分性质如表所示。
气体
N2
H2
NH3
熔点/℃
－210.01
－252.77
－77.74
沸点/℃
－195.79
－259.23
－33.42
回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式K＝__________。随着温度升高，K值____________（填“增大”“减小”或“不变”）。
（2）合成氨反应的平衡常数很小，所以在工业上将气体循环利用，即反应后通过把混合气体的温度降低到________，将________分离出来；继续循环利用的气体是________。
题组B 能力提升练
11．（双选）对于密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A．a点的正反应速率比b点的大
B．c点处反应达到平衡状态
C．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)相等
D．其他条件不变，温度为773 K时反应至t1时刻，n(H2)比图中d点的值小
12．合成氨反应通常控制在20～50MPa的压强和500℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度（体积分数）如表所示：
20MPa
60MPa
500℃
19.1
42.2
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明（ ）。
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
13．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，在反应过程中，正反应速率的变化如图。下列说法正确的是( )
A．t1时升高了温度 B．t2时使用了催化剂
C．t3时增大了压强 D．t4时降低了温度
14．工业合成氨反应在催化剂表面的反应历程及能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A. 增大压强，①→②之间的能量差值会增大
B. 合成氨的正、逆反应的焓变相同
C. 合成氨的过程是吸热过程
D. 若使用催化剂，生成等量的NH3需要的时间更短
15．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均会在工业生产硝酸过程中发生，其中反应Ⅰ、Ⅱ发生在氧化炉中，反应Ⅲ发生在氧化塔中，不同温度下各反应的化学平衡常数如下表所示。下列说法正确的是（ ）。
温度（K）
化学平衡常数
反应Ⅰ：4NH3+5O2→4NO+6H2O
反应Ⅱ：4NH3+3O2→2N2+6H2O
反应Ⅲ：2NO+O2→2NO2
500
1.1×1026
7.1×1034
1.3×102
700
2.1×1019
2.6×1025
1.0
A．使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大氧化炉中NO的含量
B．通过改变氧化炉的温度可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
C．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
D．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
16．CO2催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下：
反应ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－58 kJ· mol－1
反应ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝42 kJ· mol－1
下列说法错误的是( )
A．增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率
B．增大压强，有利于向生成甲醇的方向进行，反应ⅰ的平衡常数增大
C．升高温度，生成甲醇的速率加快，反应ⅱ的限度同时增加
D．选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率
17．一定条件下，反应：6H2(g)＋2CO2(g) C2H5OH(g)＋3H2O(g)的数据如图所示。
下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH＞0
B．达平衡时，3v正(H2)＝v逆(CO2)
C．b点对应的平衡常数K大于c点
D．a点对应的H2的平衡转化率为90%
18．近年来，科学家发现彗星上存在氨，或许可以揭示彗星与地球生命起源的关系。下列有关氨的说法正确的是（ ）
A．NH3属于弱电解质
B．液氨汽化时，放出热量
C．N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在高温下可自发进行，则该反应的△H>0
D．氨水显碱性，是由于发生：NH3+H2ONH3•H2O+OH-
题组C 培优拔尖练
19．在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1，研究发现，反应过程中会发生副反应为CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是（ ）。
A．△H1＜0，△H2＞0
B．增大压强有利于加快合成反应的速率
C．选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生
D．生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率
20．一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化生成S。催化剂不同，其他条件相同（浓度、温度、压强）情况下，相同时间内SO2的转化率随反应温度的变化如下图，下列说法不正确的是（ ）。
A．不考虑催化剂价格因素。选择Fe2O3作催化剂可以节约能源
B．选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340℃左右
C．a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了
D．其他条件相同的情况下。选择Cr2O3作催化剂，SO2的平衡转化率最小
21．乙醇是重要的化工产品和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇：
2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）①298K时，K1＝2.95×1011
2CO（g）+4H2（g）CH3CH2OH（g）+H2O（g）②298K时，K2＝1.71×1022
（1）写出反应①的平衡常数表达式K＝_______________________。
（2）条件相同时，反应①与反应②相比，转化程度更大的是_______。以CO2为原料合成乙醇的优点是_________________________________________________。（写出一点即可）
（3）在一定压强下，测得反应①的实验数据如下表：
根据表中数据分析：
①温度升高，K值_________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
②提高氢碳比（），对生成乙醇__________（填“不利”或“有利”）。
22．为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物CCl4，以减少其对臭氧层的破坏。化学家研究在催化条件下，通过下列反应：CCl4+H2CHCl3+HCl使CCl4转化为重要的化工原料氯仿（CHCl3）。此反应伴随有副反应，会生成CH2Cl2、CH3Cl和CH4等。已知CCl4的沸点为77℃，CHCl3的沸点为61.2℃。
（1）在密闭容器中，该反应达到平衡后，测得如下数据（假设不考虑副反应）。
实验序号
温度℃
初始CCl4浓度
（mol·L－1）
初始H2浓度
（mol·L－1）
CCl4的平
衡转化率
1
110
0.8
1.2
A
2
110
1
1
50%
3
100
1
1
B
①此反应的化学平衡常数表达式为______________，在110℃时平衡常数为_______。
②实验l中，CCl4的转化率A_______50％（填“大于”、“小于”或“等于”）。
③实验2中，10 h后达到平衡，H2的平均反应速率为______________。
④实验3中，B的值______________（选填序号）。
A．等于50％ B．大于50％
C．小于50％ D．从本题资料，无法判断
（2）120℃，在相同条件的密闭容器中，分别进行H2的初始浓度为2mol·L一1和4mol·L－1的实验，测得反应消耗CCl4的百分率（x％）和生成物中CHCl3，的百分含量（y％）随时间（t）的变化关系如下图（图中实线是消耗CCl4的百分率变化曲线，虚线是产物中CHCl3的百分含量变化曲线）。
在图中的四条线中，表示H2起始浓度为2mol·L一1实验的消耗CCl4的百分率变化曲线是_______（选填序号）。根据上图曲线，氢气的起始浓度为_______mol·L一1时，有利于提高CCl4的平衡转化率和产物中CHCl3的百分含量。你判断的依据是________________________。
2.4.1 合成氨适宜生产条件的选择
学习聚焦
知识精讲
知识点01 氮的存在和固定
1．存在
主要以游离态存在于空气中，大气中氮气占空气体积的78%。
2．氮的固定
（1）概念：氮的固定是指将游离态氮转变为化合态氮的方法。
（2）分类
生物固氮
氮的固定 大气固氮
人工固氮
【即学即练1】关于氮肥的说法正确的是（ ）
A．尿素属于铵态氮肥
B．植物吸收氮肥属于氮的固定
C．使用碳铵应深施盖土
D．硫铵与草木灰混用肥效增强
知识点02 合成氨反应的特点
N2(g) +3H2(g)2NH3(g) ΔH<0
从化学方程式可知，合成氨反应的特点有：可逆反应、正反应气态物质的体积减少、正反应是放热反应、熵减。
【即学即练2】合成氨反应不具备的特征是（ ）
A．放热 B．熵增 C．可逆 D．气态
知识点03 从合成氨反应的限度和速率分析
1．从合成氨反应限度的角度
在温度一定时，增大压强有利于提高平衡混合物中氨的含量；
在压强一定时，降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。
2．从合成氨反应速率的角度
升高温度、增大压强及使用催化剂等都可以使合成氨的化学反应速率增大。
综上所述，要使合成氨反应又快又多，理论上的生产条件是：高压、适宜温度、催化剂。
【即学即练3】下列有关合成氨工业的说法中正确的是（ ）
A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间
D．合成氨采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高
知识点04 合成氨的适宜条件
1. 催化剂的选择：合成氨工业要求催化剂具有活性强、机械强度高、不易中毒、容易制备、价格低廉等特点，目前公认的最适当的催化剂是铁催化剂。
2. 温度的选择：在兼顾反应速率和反应限度两个因素的同时，考虑到铁催化剂的活性温度，一般选择在500℃左右的温度。
3. 压强的选择：高压既能使平衡正向移动，也能加快反应速率，但受动力、材料、设备等条件限制，一般采用的压强是20~50MPa。
4. 反应物和生成物浓度的影响：①将氨液化分离后的原料气循环使用，②及时补充氮气和氢气，③维持氢氮比为2.8~2.9。
【即学即练4】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是（ ）。
A．①②③ B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④
常见考法
常见考法一 合成氨反应的特点
【例1】已知N2(g) +3H2(g)2NH3(g) 298 K时，ΔH=―92.2 kJ·mol-1 ΔS=―198.2 J·K一1·mol一1。试判断该反应在常温下能否自发进行。
必杀技
可逆反应
合成氨反应 正反应气体体积减小
焓变ΔH<0，熵变ΔS<0
常温下，ΔH-TΔS<0，常温能自发反应
【同步练习1-1】已知：298K下合成氨反应的平衡常数K=4.1×106，下列说法错误的是
A．合成氨反应在298K是进行得比较完全
B．合成氨反应在298K时反应速率较快
C．仅从K的值无法得知该反应的平衡转化率
D．改变温度，K的值也会变化
【同步练习1-2】有关合成氨反应的说法，正确的是( )
A．根据计算，常温下合成氨反应的ΔH-TΔS<0，所以常温下的反应速率很快
B．升高温度，既可以加快合成氨的速率，又可以提高平衡转化率
C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行
常见考法二 提高合成氨反应的限度和速率的措施
【例2】在合成氨时，既要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有
①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦使用合适的催化剂
A．①④⑤ B．②③④⑦
C．②⑤ D．②③⑤⑥⑦
必杀技
从反应限度考虑，合成氨反应需：低温、高压。
从反应速率考虑，合成氨反应需：高温、高压、催化剂。
【同步练习2-1】在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是
A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响
B．都对化学平衡有影响，但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，只有施加高压对化学平衡有影响
D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果
【同步练习2-2】可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，达到平衡后，下列选项中采用的三种方法都能使氢气的转化率增大的是
A．升高温度、降低压强、增加氮气
B．降低温度、增大压强、加入催化剂
C．升高温度、增大压强、增加氮气
D．降低温度、增大压强、分离出部分氨气
常见考法三 合成氨适宜的生产条件
【例3】如图表示的是反应条件对合成氨含量的影响。
（1）由图示得出合成氨反应条件是 。
（2）实际工业生产选择的压强是20 ～ 50 MPa，试说明原因。
（3）实际工业生产选择的温度是500℃左右，试说明原因。
（4）理论上，合成氨反应氢氮比为3∶1 时，平衡混合物中氨的百分含量最大，但实际生产中维持氢氮比为 2.8 ～ 2.9，试说明原因。
必杀技
化工生产条件的选择需要注意的问题：
（1）选取适宜的化工生产条件时，既要考虑反应速率问题，又要考虑化学平衡移动的问题，同时也要考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响，综合选取适宜条件。
（2）温度的选择，不仅要考虑速率、平衡问题，同时还要照顾到催化剂的活性。
（3）压强的选择，除了考虑速率和平衡问题，还要考虑对设备的技术要求和成本问题。
【同步练习3-1】合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料气中的CO ，其反应是[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)2]Ac·CO ΔH<0。
（1）必须除去原料气中CO的原因为 。
（2）醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液吸收CO的生产适宜条件应是 。
（3）吸收CO后的醋酸二氨合铜溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜溶液再生的生产适宜条件应是 。
【同步练习3-2】在硫酸工业中，通过下列反应将SO2 氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。
已知催化剂是V2O5，在400℃-500℃左右时催化效果最好。下表为不同温度和压强下SO2的转化率：
压强
1×105 Pa
1×106 Pa
5×106 Pa
1×107 Pa
450℃时SO2的转化率
97.5%
99.2%
99.6%
99.7%
550℃时SO2的转化率
85.6%
94.9%
97.7%
98.3%
试回答：
（1）根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽快地转化为三氧化硫，从化学反应速率的角度考虑，应该选择什么样的条件？
（2）根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽量多地转化为三氧化硫，从化学反应限度的角度考虑，应该选择什么样的条件？
（3）在实际生产中，选定450℃左右作为操作温度，其原因是什么？
（4）根据表中的数据分析，制取SO3时采用的压强是多少？原因是什么？
（5）在生产中，通入过量空气的目的是什么？
（6）根据上述分析，实际工业生产中该反应应选择的条件是什么?
分层提分
题组A 基础过关练
1．在合成氨反应中，下列情况不能使反应速率加快的是（ ）。
A．加入氮气 B．减小压强，扩大容器体积
C．加入催化剂 D．适当升高温度
2．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是（ ）。
A．不断将氨分离出来
B．使用催化剂
C．采用700K左右的高温而不是900K的高温
D．采用2×107～5×107Pa的压强
3．工业合成氨的反应原理为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，，下列措施既能加快反应速率又能提高产率的是 ( )
A. 升高温度 B. 增大压强 C. 分离出NH3 D. 使用催化剂
4．下图为反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，在某段时间t0～t6反应速率与反应过程的曲线图，则氨的百分含量最高的一段时间是( )
A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t6
5．合成氨反应为N2（g）+3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92.4 kJ/mol，下列有关合成氨反应的说法正确的是（ ）。
A．反应的ΔS＞0
B．反应的ΔH＝E（N－N）+3E（H－H）－6E（N－H）（E表示键能）
C．反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023
D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率
6．氯化硫酰（SO2Cl2）主要用作氯化剂。它是一种无色液体，熔点－54.1℃，沸点69.1℃，遇水生成硫酸和氯化氢。氯化硫酰可用干燥的二氧化硫和氯气在活性炭催化剂存在下反应制取：SO2（g）+Cl2（g）SO2Cl2（l）△H＝－97.3kJ/mol。为了提高上述反应中Cl2的平衡转化率，下列措施合理的是（ ）。
A．扩大容器体积 B．使用催化剂
C．增加SO2浓度 D．升高温度
7．有平衡体系：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）ΔH＜0，为了增加甲醇的产量，应采取的正确措施是（ ）。
A．高温、高压 B．适宜温度、高压、催化剂
C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂
8．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是( )
A．提高分离技术
B．研制耐高压的合成塔
C．研制低温催化剂
D．探索不用N2和H2合成氨的新途径
9．合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，下列有关该反应的说法正确的是（ ）
A．催化剂增大了正、逆反应的活化能
B．升高温度，该反应的平衡常数增大
C．正反应的活化能小于逆反应的活化能
D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高的平衡转化率
10．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，其部分工艺流程如图所示。
反应体系中各组分的部分性质如表所示。
气体
N2
H2
NH3
熔点/℃
－210.01
－252.77
－77.74
沸点/℃
－195.79
－259.23
－33.42
回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式K＝__________。随着温度升高，K值____________（填“增大”“减小”或“不变”）。
（2）合成氨反应的平衡常数很小，所以在工业上将气体循环利用，即反应后通过把混合气体的温度降低到________，将________分离出来；继续循环利用的气体是________。
题组B 能力提升练
11．（双选）对于密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，在673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A．a点的正反应速率比b点的大
B．c点处反应达到平衡状态
C．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)相等
D．其他条件不变，温度为773 K时反应至t1时刻，n(H2)比图中d点的值小
12．合成氨反应通常控制在20～50MPa的压强和500℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度（体积分数）如表所示：
20MPa
60MPa
500℃
19.1
42.2
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明（ ）。
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
13．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，在反应过程中，正反应速率的变化如图。下列说法正确的是( )
A．t1时升高了温度 B．t2时使用了催化剂
C．t3时增大了压强 D．t4时降低了温度
14．工业合成氨反应在催化剂表面的反应历程及能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A. 增大压强，①→②之间的能量差值会增大
B. 合成氨的正、逆反应的焓变相同
C. 合成氨的过程是吸热过程
D. 若使用催化剂，生成等量的NH3需要的时间更短
15．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均会在工业生产硝酸过程中发生，其中反应Ⅰ、Ⅱ发生在氧化炉中，反应Ⅲ发生在氧化塔中，不同温度下各反应的化学平衡常数如下表所示。下列说法正确的是（ ）。
温度（K）
化学平衡常数
反应Ⅰ：4NH3+5O2→4NO+6H2O
反应Ⅱ：4NH3+3O2→2N2+6H2O
反应Ⅲ：2NO+O2→2NO2
500
1.1×1026
7.1×1034
1.3×102
700
2.1×1019
2.6×1025
1.0
A．使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大氧化炉中NO的含量
B．通过改变氧化炉的温度可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
C．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
D．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
16．CO2催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下：
反应ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－58 kJ· mol－1
反应ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝42 kJ· mol－1
下列说法错误的是( )
A．增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率
B．增大压强，有利于向生成甲醇的方向进行，反应ⅰ的平衡常数增大
C．升高温度，生成甲醇的速率加快，反应ⅱ的限度同时增加
D．选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率
17．一定条件下，反应：6H2(g)＋2CO2(g) C2H5OH(g)＋3H2O(g)的数据如图所示。
下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH＞0
B．达平衡时，3v正(H2)＝v逆(CO2)
C．b点对应的平衡常数K大于c点
D．a点对应的H2的平衡转化率为90%
18．近年来，科学家发现彗星上存在氨，或许可以揭示彗星与地球生命起源的关系。下列有关氨的说法正确的是（ ）
A．NH3属于弱电解质
B．液氨汽化时，放出热量
C．N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在高温下可自发进行，则该反应的△H>0
D．氨水显碱性，是由于发生：NH3+H2ONH3•H2O+OH-
题组C 培优拔尖练
19．在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1，研究发现，反应过程中会发生副反应为CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是（ ）。
A．△H1＜0，△H2＞0
B．增大压强有利于加快合成反应的速率
C．选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生
D．生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率
20．一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化生成S。催化剂不同，其他条件相同（浓度、温度、压强）情况下，相同时间内SO2的转化率随反应温度的变化如下图，下列说法不正确的是（ ）。
A．不考虑催化剂价格因素。选择Fe2O3作催化剂可以节约能源
B．选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340℃左右
C．a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了
D．其他条件相同的情况下。选择Cr2O3作催化剂，SO2的平衡转化率最小
21．乙醇是重要的化工产品和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇：
2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）①298K时，K1＝2.95×1011
2CO（g）+4H2（g）CH3CH2OH（g）+H2O（g）②298K时，K2＝1.71×1022
（1）写出反应①的平衡常数表达式K＝_______________________。
（2）条件相同时，反应①与反应②相比，转化程度更大的是_______。以CO2为原料合成乙醇的优点是_________________________________________________。（写出一点即可）
（3）在一定压强下，测得反应①的实验数据如下表：
根据表中数据分析：
①温度升高，K值_________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
②提高氢碳比（），对生成乙醇__________（填“不利”或“有利”）。
22．为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物CCl4，以减少其对臭氧层的破坏。化学家研究在催化条件下，通过下列反应：CCl4+H2CHCl3+HCl使CCl4转化为重要的化工原料氯仿（CHCl3）。此反应伴随有副反应，会生成CH2Cl2、CH3Cl和CH4等。已知CCl4的沸点为77℃，CHCl3的沸点为61.2℃。
（1）在密闭容器中，该反应达到平衡后，测得如下数据（假设不考虑副反应）。
实验序号
温度℃
初始CCl4浓度
（mol·L－1）
初始H2浓度
（mol·L－1）
CCl4的平
衡转化率
1
110
0.8
1.2
A
2
110
1
1
50%
3
100
1
1
B
①此反应的化学平衡常数表达式为______________，在110℃时平衡常数为_______。
②实验l中，CCl4的转化率A_______50％（填“大于”、“小于”或“等于”）。
③实验2中，10 h后达到平衡，H2的平均反应速率为______________。
④实验3中，B的值______________（选填序号）。
A．等于50％ B．大于50％
C．小于50％ D．从本题资料，无法判断
（2）120℃，在相同条件的密闭容器中，分别进行H2的初始浓度为2mol·L一1和4mol·L－1的实验，测得反应消耗CCl4的百分率（x％）和生成物中CHCl3，的百分含量（y％）随时间（t）的变化关系如下图（图中实线是消耗CCl4的百分率变化曲线，虚线是产物中CHCl3的百分含量变化曲线）。
在图中的四条线中，表示H2起始浓度为2mol·L一1实验的消耗CCl4的百分率变化曲线是_______（选填序号）。根据上图曲线，氢气的起始浓度为_______mol·L一1时，有利于提高CCl4的平衡转化率和产物中CHCl3的百分含量。你判断的依据是________________________。
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