逍遥学能 2013-10-10 20:51
一. 教学内容合成氨条件的选择
二. 重点、难点
1. 使理解合成氨的原理，并能应用反应速率和平衡理论，选择合成氨的适宜条件，从而培养分析问题和解决问题的。
2. 了解合成氨工业生产的主要流程。
3. 向学生介绍我国解放后合成氨工业的发展情况，对学生进行爱国主义。
三. 具体内容
（一）原理
合成氨反应
分析角度
反应要求
外界条件
使氨生成得快
（从化学反应速率分析）
使氨生成得多
（从化学平衡分析）
压强
（高压）
（高压）
温度
（高温）
（低温）
是否要用催化剂
（使用）
（不影响）
唯物辩证法告诉我们：一切从实际出发，要全面地分析问题．综合考虑化学反应速率和化学平衡移动的条件，再根据工业生产的特点和实际需要，才能正确地选择合成氨工业的适宜条件。
（二）适宜条件的选择
1. 压强。增大压强，有利于 的合成，但在实际生产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产成本，降低综合经济效益。因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强是 。
2. 温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。但是温度越低，反应速率越慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素，在实际生产上，采用500℃的温度，此时催化剂的活性最大。
3. 催化剂。由于 分子非常稳定， 与
（三）综合分析：
的体积比，并不断分离出 ，同时补充 和2. 增大压强为设备钢板能承受的程度，一般为 ～ 。
，符合下列图象（I）所示关系。由此推断对图象（II）的正确说法是（ ）
A. ，Y轴表示B的百分含量
C. ，Y轴表示混合气体的平均相对分子质量
I II
解析：依图（I）中，确定P，看T1、T2曲线，先拐说明先达到平衡，由此可知 ；再观察曲线与纵坐标关系，可知当T↑c%↓，则平衡向左移动，正反应为放热反应，P↑c%↑，则平衡向右移动， ， 。由图（I）所得结论，分析图II，可知y代表A的转化率，还可表示混合气体的平均相对分子质量。
答案：A、D
[例2] 将 建立了平衡体系： 的转化率为30%，下列图象能正确表示气体的物质的量浓度（m）跟时间（t）的关系的是（ ）
A B
C D
解析：根据题意可知如下几点：
（1）O2转化率为30%。
（2）开始反应器中无O3，经计算又可知 但平衡时 ，则A、B、D错误。
答案：C
[例3] 在容积不同的密闭容器内，分别充入同量的 和 ，并分别在t秒时测定其中 的体积百分含量，如图。
（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是 。
（2）此可逆反应的正反应是 （反应）（填“放热”或“吸热”）。
（3）A、C段的曲线是增函数，C、E段曲线是减函数，试从反应速率和化学平衡的角度说明理由： 。
解析：首先弄懂此图的涵义，从0→C是平衡前，由于正反应是放热反应，随反应进行， %↑，T升高，从C→E是平衡时，T升高，平衡向←移动， %下降。
答案：
（1）A、B；
（2）放热；
（3）C点生成 %最高，是平衡点，在A?D?DC段平衡前，C?D?DE段升高温度， %含量减少，正向放热，升温平衡逆向移动。
[例4] 合成氨所用的 ，欲提高CO转化率可采用的有：① 降低温度；② 增加压强；③ 使用催化剂；④ 增大CO的浓度；⑤ 增大水蒸气的浓度；其中正确的组合是（ ）
A. ①②③④⑤ B. ①⑤
C. ①④⑤ D. 只有⑤
解析：该反应是一个气体总体积不变的放热反应，欲提高CO的转化率，可设法使化学平衡向正反应方向移动，显然降低温度可以满足这一要求，增加水蒸气的浓度，平衡向正反应方向转动，CO的转化率也可以增大；但若增加CO的浓度，平衡虽然向右移动，但CO的总量增大，其转化率反而减小，增大压强的使用催化剂的操作只能加快反应速率，缩短达平衡的时间，而与平衡时CO的转化率无关。
答案：B
[例5] 下列事实不能用勒沙特列原理解释的是（ ）
A. 加入催化剂有利于合成氨的反应
B. 高压有利于合成氨的反应
C. 500℃有利于合成氨的反应
D. 将混合气体中的氨气液化有利于合成氨反应
解析：合成氨的反应是一个气体体积缩小的放热反应，加压能使平衡向生成氨的方向移动，升温不利于生成氨，但能使催化剂活性大，提高反应速率；将氨液化降低氨气浓度，平衡向生成氨气方向移动；催化剂只能提高反应速率，缩短达到平衡的时间。
[例6] 在一定条件下，合成氨反应到达平衡状态，此时，再进行如下操作，平衡不发生移动的是（ ）
A. 恒温、恒压时，充入NH3
B. 恒温、恒容时，充入N2
C. 恒温、恒压时，充入He
D. 恒温、恒容时，充入He
2NH3（正反应为放热）的平衡体系中，保持温度不变，充入氩气，使容器体积和压强均增大一倍，此时平衡将（ ）
A. 不移动
B. 向正反应方向移动
C. 向逆反应方向移动
D. 不能确定是否移动
2. 工业上合成氨时一般采用500℃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500℃时活性最大
A. ① B. ①②
C. ②③④ D. ①④
3. 在合成氨工业中，实现下列目的变化过程中与平衡移动无关的是（ ）
A. 为增加NH3的日产量，不断将NH3分离出来
B. 为增加NH3的日产量，使用催化剂
C. 为增加NH3的日产量，采用500℃左右的高温
D. 为增加NH3的日产量而采用2×107～5×107Pa的压强
4,高一. 在带有活塞的密闭容器中压入5molH2和5molN2，在某温度下经反应生成2mol NH3，若此时容器的压强不变，则容器体积是反应前的（ ）
A. 2倍 B. 1.5倍 C. 0.8倍 D. 0.5倍
5. 合成氨所需的氢气由煤与水发生反应制得，其中一步反应为：CO H2O CO2 H2（正反应为放热），要使CO转化率提高，可采用下列措施中的（ ）
A. 增大水蒸气的浓度 B. 增大CO的浓度
C. 降低温度 D. 增大压强
6. 将含1mol NH3的密闭容器a加热，部分NH3分解，并达到平衡，此时NH3的体积分数是x％。若在该容器中加入2mol NH3后密封，加热到相同温度，使反应达到平衡时，设此时NH3的体积分数为y％，则x和y的正确关系是（ ）
A. x＞y B. x＜y
C. x= y D. x≥y
7. 在一定条件下，可逆反应x（气） 3y（气） 2z（气）达到平衡时，有37.5％的y转化为z，有25％的x转化为z。则起始时，充入容器中的x和y的物质的量之比为（ ）
A. 1:3 B. 3:1 C. 3:2 D. 1:2
8. 在固定容积的密闭容器中，氮与氢合成氨的反应达到了平衡，此时容器中含有0.1mol N2、0.3mol H2和0.1mol NH3，若维持原来的条件，向该容器中再同时加入0.1mol N2、0.3mol H2和0.1mol NH3，则（ ）
A. 正、逆反应速率同时增大，化学平衡不移动
B. 正、逆反应速率同时增大，混合气体中NH3的体积分数增大
C. 正、逆反应速率同时增大，化学平衡向逆反应方向移动
D. 正、逆反应速率不变，化学平衡不移动
9. 下面是合成氨的简要流程示意图：
沿X路线回去的物质是（ ）
A. N2和H2 B. 催化剂 C. NH3 D. H2
10. 工业上用以合成氨的原料气?D?D氢气，来源之一是取自石油气，如用丙烷在一定条件下与水反应：C3H8 H2O→CO2 H2，按此原理1mol丙烷最多可制氨气约为（ ）
A. 4mol B. 10mol C. 2.7mol D. 6.6mol
二. 填空题
11. 工业上合成氨的反应为N2（气） 3H2（气） 2NH3（气）反应放热92.4kJ。
（1）使用铁触媒作催化剂是为了________。
（2）通常采用2×107Pa～5×107Pa的压强，原因是________。
（3）选择500℃左右的温度进行反应，是由于________。
（4）将生成的氨及时从混合气中分离出来，原因是________。
12. 在标准状况下，将67.2L氮气和44.8L氢气混合，在一定条件下使之反应合成氨气，反应达到平衡时，测得反应后的混合气体中氨的体积分数为30％。
（1）平衡时反应混合物在标准状况下的总体积是________。
（2）平衡时混合气体中氮气的体积分数是 。
13. 合成氨工业采用高压条件进行反应；接触法制硫酸工业采用常压条件进行反应，其理由是________。
三. 计算题
14. 将N2和H2按一定比例混合，在相同状况下其密度是H2的3.6倍。取0.5mol该混合气体充入密闭容器内，使之发生反应并在一定条件下达到平衡。已知反应达平衡后容器内压强是相同条件下反应前压强的0.76倍。试求：
（1）反应前混合气体中N2和H2的体积比；
（2）达到平衡时混合气体中氨的物质的量；
（3）平衡时N2的转化率。
15. 在密闭容器中充入体积比为1:3的N2、H2，平衡时测得混合气体中NH3的体积分数为20％，则此时容器内的压强与开始时的压强比是多少？
16. 有平均式量为8.5的氢氮混合气体，通过合成塔后出来的混合气体的平均式量为9.4，求H2的转化率。
2SO3尽管也是一个气体体积减小的反应，但在常压下SO2的转化率已较高。
三.
14.
（1） （2）
（3）
16. 19.15%