第六节 合成氨工业
1．在氮气、氢气合成氨的合成塔中，进入的气体按氮气与氢气体积之比为1∶3，塔中的压强为1．。求： 62?l07Pa，又知从塔出来的气体中，氨气占25%（体积分数）（1）在合成塔出来的混合气体中，氮气和氢气的体积分数； （2）合成塔出来气体的压强。
解析：（1）N2?3H2?2NH3，反应中N2和H2的体积比和原料混合气体中的比值相同，因此
1从塔中出来的气体中N2∶H2?1∶3。即V(N2)?(1?25%)??100%?18.75%，V(H2)?
43(1?25%)??100%?56.25%。
4（2） N2?3H2?2NH3
起始（mol） 1 3 0 平衡（mol） 1?x 3?3x 2x
2x因此 ?100%?25%，x?0.4mol
(1?x)?(3?3x)?2x即：1?x?0.4，3?3x?1.8，2x?0.8，得n2?3.2mol，而n1?4mol。 n2，则p2?p1?T不变时，p1∶p2?n1∶n23.2?1.62?107??1.3?107Pa。 n14本题答案为：（1）N2：18．（2）1．30?107Pa。 75%；H2：56．25%。2．工业上生产苯乙烯是应用脱氢反应：
试问：
（1）在什么条件下反应，有利于平衡向正方向移动？为什么？ （2）设反应体系压强恒定在1．0atm，温度恒定在525℃时，原料气中加入不参加反应的水蒸气，乙苯、水蒸气的物质的量之比为1∶10。当反应达到平衡时，乙苯的转化率为多大？（已知1atm，525℃时反应的平稀、衡常数Kp?0.10）。
解析：（1）该反应是分解反应，反应中吸热且熵增大，?H?0，?S?0；由?G??H?T?S可知：高温低压的条件有利于正向反应。
（2）设p水?10mL，p乙苯?1mL，设生成了xmolH2。
初始 1mol 0 0 反应 1?x x x 平衡时：(p总?11?xmol)，p乙苯?1?x1?xxx，p苯乙烯?，p氢气?。 ?p总?11?x11?x11?x11?x平衡常数?p苯乙烯?p氢气p乙苯?0.1，得：11x2?10x?11?0，x?0.644。
本题答案为：（1）该反应是分解反应，反应中吸热且熵增大，?H?0，?S?0；由?G??H
（2）64．?T?S可知：高温低压条件下有利于正反反应。4%。 3．工业合成氨的反应为：N2(g)?3H2(g)?2NH3(g)，?H?0。该反应应采取的适宜条件是（ ）。
A．低温、高压、催化剂
B．适宜的温度、高压、催化剂 C．低温、常压、催化剂
D．适宜的温度和压强、催化剂
解析：低温条件下，反应速率较小，催化剂的催化活性也会受到影响，所以选项A错误； 高压条件下，对于设备的耐高压承受能力提出了更高的要求，所以选项B错误；
低温条件下，反应速率较小，这是一个体积减小的反应，常压不利于正反应，所以选项C错误；
适宜的温度和压强，可以提高反应物的转化率，让化学反应有利于向正反应方向进行，催化剂的催化活性也较高，催化剂可以加大反应速率，所以选项D正确。 本题答案为选项D。
4．在合成氨生产中，可以提高H2转化率的措施是（ ）。 A．延长反应时间 B．充入过量H2 C．充入过量N2
D．升高温度
解析：以合成氨为例，考查化学平衡移动。
延长反应时间不改变转化率，反应达到平衡状态时，平衡处于动态平衡，所以选项A错误； 充入过量H2，平衡向正反应方向移动，但是H2的转化率会减小，所以选项B错误； 充入过量N2，平衡向正反应方向移动，H2转化率会增大，所以选项C正确；
合成氨正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，H2的转化率减小，所以选项D错误。
本题答案为选项C。
5．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（ ）。 A．往氢硫酸中加入稀盐酸，c(S2?)降低
B．温度不变时，敞口久置于空气中的饱和硝酸钾溶液中会有晶体析出 C．在合成氨工业生产中，使用较高的温度，有利于提高产量 D．在密闭容器中，水面上的蒸汽压随温度升高而增大 解析：本题考查勒夏特列原理的应用。
氢硫酸是弱酸，属于弱电解质，加入盐酸后，氢离子浓度增加，抑制了氢硫酸的电离，所以c(S2?)降低，选项A错误。
当温度不变时，饱和硝酸钾溶液存在溶解平衡，敞口置于空气中时，溶液中的水会减少，平衡向析出固体方向进行，选项B错误。
合成氨是放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡会向逆反应方向移动，所以较高的温度，不利于平衡向正反应方向移动。不过温度提高，反应速率加大、催化剂活性增强，选择500℃～600℃的反应条件，所以选项C正确。
一个体系中，水的汽化、水蒸气的液化，是一个平衡，水的汽化是吸热的，体系温度升高，为了降低温度，就要不断汽化吸热，所以蒸汽压升高。符合勒夏特列原理，所以选项D错误。 本题答案为选项C。
6．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H2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① B．①② C．②③④ D．①④ 解析：从影响化学反应速率和催化剂的活性两方面考虑。 本题答案为选项D。
7．有关合成氨工业的说法中，正确的是（ ）。
A．从合成塔出来的混合气体中NH3只占15%，所以合成氨厂的效率很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在500℃，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是2?l07Pa～5?l07Pa，因为该压强下铁触煤的活性最大
解析：合成氨是生成的NH3分离出后，再将未反应的N2、H2循环利用，这样循环后，可使氨的产率较高，所以选项A错误，选项B正确；
因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，合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，是综合多方面的因素确定的，所以选项C错误；
合成氨中，高压更有利于正反应，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择20MPa～ 50MPa的高压，催化剂活性最大时的温度是500℃，所以选项D错误。 本题答案为选项B。
8．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及时分离产生的NH3 ⑧使用合适的催化剂
A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑧
解析：减小压强，反应速率变小，平衡左移，氨的产率降低，①不合题意，②合题意；升高温度，反应速率虽然加大，但是平衡左移，降低温度，反应速率变小，平衡右移，所以③④不合题意；恒温恒容，再充入等量的N2和H2，相当于加压，增大了反应物浓度，反应速率加
上海市华东师范大学第二附属中学2016高三化学一轮复习第7章化学反应速率化学平衡第六节合成氨工业习题详解
