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注意：制得的N_2、H₂需要凈化，清除雜質(zhì)，以防止催化劑“中毒”。

2.合成氨反應(yīng)的特點

    化學(xué)反應(yīng)：N₂+3H₂ 2NH₃  ;  △H=-92.4KJ/mol

  （1）可逆反應(yīng)； （2）正反應(yīng)是放熱反應(yīng)； （3）正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。

3．工業(yè)合成氨適宜條件的選擇

在實際生產(chǎn)中，需要考慮反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、原料選擇、產(chǎn)量和設(shè)備等多方面情況，以確定最佳的生產(chǎn)條件。

4. 圖示合成氨的原理

3．例題精講

例1 下列說法，能夠用勒沙特列原理來解釋的是（    ）

A.     加入催化劑可以提高單位時間氨的產(chǎn)量

B.      高壓有利于氨的合成反應(yīng)

   C.  500℃高溫比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)

   D.  恒溫恒容下，在合成氨平衡體系中充入He，使壓強增大，則平衡正向移動，NH₃增多

[解析]

 A. 加入催化劑只能加快反應(yīng)速率，縮短到達平衡的時間，提高“單位時間”的產(chǎn)量，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動。注意：催化劑能相同倍數(shù)地改變正、逆反應(yīng)速率，故而不改變化學(xué)平衡狀態(tài)。

B. 合成氨是一個氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強，使平衡正方向移動，有利于合成氨，符合勒沙特列原理。

C. 因為合成氨是一個放熱反應(yīng)，所以從化學(xué)平衡移動角度分析，應(yīng)采用較低溫度。500℃高溫較室溫不利于平衡向合成氨方向移動。采用500℃既考慮到溫度對速率的影響，更主要的是500℃左右催化劑活性最大。

D. 恒溫恒容下充He，惰性氣體He不與N₂、H₂、NH₃反應(yīng)。雖總壓強增大了，實際上平衡體系各成分濃度不變（即分壓不變）所以平衡不移動，NH₃的產(chǎn)量不變。

[答案] B

[點評]

 勒沙特列原理是說改變影響平衡的一個條件，平衡就向能夠減弱這種改變的方法移動。不要混淆影響速率的條件和影響平衡的條件。

例2：合成氨工業(yè)中，原料氣(N₂，H₂及少量的CO，NH₃的混合氣)在進入合成塔前常用乙酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來吸收原料氣中CO，其反應(yīng)為：

[Cu(NH₃)₂Ac]+CO+NH₃ [Cu(NH₃)₃]Ac?CO；△H<0

(1)必須除去原料氣中CO的原因是什么？

(2)吸收CO的生產(chǎn)適宜條件是什么？

(3)吸收CO后的乙酸銅氨液經(jīng)過適當處理后又可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，再生的適宜條件是什么？

[解析]

合成氨工業(yè)中要使用催化劑，某些物質(zhì)會使催化劑的活性降低甚至消失，從而發(fā)生催化劑中毒。故必須除去原料氣中CO。根據(jù)吸收原料氣中CO的反應(yīng)方程式：

[Cu(NH₃)₂Ac]+CO+NH₃ [Cu(NH₃)₃]Ac?CO；△H<0

可知，加壓和采取較低的溫度可使平衡向正反應(yīng)方向移動，有利于CO的吸收。要使吸收CO后的乙酸銅氨液經(jīng)過適當處理后又可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，只要使平衡向逆反應(yīng)方向移動即可。

答案：(1)防止催化劑中毒；(2)低溫、高壓；(3)高溫、低壓。

[點評] 在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，適宜生產(chǎn)條件的選擇需要考慮反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、原料選擇、產(chǎn)量和設(shè)備等多方面因素。

例3溫度、催化劑不變，向某一固定體積的密閉容器內(nèi)按下列各組物質(zhì)的量加入H₂、N₂、NH₃，反應(yīng)達平衡時；氨氣濃度最大的一組是（   ）

A

B

C

D

H₂

6

1

3.5

5

N₂

2

0

1

1.5

NH₃

0

4

2

1

 [分析]    2NH₃       N₂＋ 3H₂.根據(jù)反應(yīng)“一邊倒”換算.
     B      0       2    6＋1＝7
     C      0       2    3＋3.5＝6.5
     D      0       2    1.5＋5＝6.5
    由此可知，符合題意的是B.

[解答] B

[小結(jié)] 可逆反應(yīng)，在條件相同時（等溫等容），若達到等同平衡，其初始狀態(tài)必須能互變，從極限角度看，就是各物質(zhì)的物質(zhì)的量要相當.因此可以采用一邊倒的原則來處理以下問題：
    （1）化學(xué)平衡等同條件（等溫等容）
         aA(g)＋bB(g)    cC(g)
    ①始  a      b        0   平衡態(tài)Ⅰ
    ②始  0      0        c   平衡態(tài)Ⅱ
    ③始  x      y        z   平衡態(tài)Ⅲ
    為了使平衡Ⅲ ＝Ⅱ＝Ⅰ
    根據(jù)“一邊倒”原則，即可得
    x＋z＝a            ＋＝1
    y＋z＝b            ＋＝1

例4合成氨工廠常通過測定反應(yīng)前后混合氣體的密度來確定氮的轉(zhuǎn)化率。某工廠測得合成塔中N₂、H₂混合氣體的密度為0.5536g/L(標準狀況)，從合成塔中出來的混合氣體在相同條件下密度為0.693g/L(標準狀況)。求該合成氨廠N₂的轉(zhuǎn)化率。

[解析]

由于題目中沒有告訴起始物質(zhì)的量，也沒有說明N₂、H₂是按化學(xué)方程式中物質(zhì)的計量數(shù)投放物料，因此部分學(xué)生就假設(shè)N₂為1molH₂為3mol，進行解題，依據(jù)是不足的。故本題解答時只能設(shè)反應(yīng)前混合氣體中氮氣的物質(zhì)的量分數(shù)為x，氫氣物質(zhì)的量分數(shù)為(1-x)，依題意得：

28x+2(1-x)=0.5536×22.4

設(shè)起始有氮氣2mol，氫氣為3mol，氮氣轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為y，

N₂　 +　 3H₂　 　　2NH₃

起始物質(zhì)的量　　　　2mol　　　 3mol　　　　　　 0mol

轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量　　　　ymol　　　 3ymol　　　　　 2ymol

平衡物質(zhì)的量　　　  2-ymol　   3-3ymol　　　　 2ymol

n總=(2-y)mol+(3-3y)mol+2ymol=(5-2y)mol

根據(jù)反應(yīng)前后氣體質(zhì)量守恒可知

解得　 y=0.5mol

[答案]25%

[點評]

本題是一道化學(xué)平衡綜合計算題，考查學(xué)生綜合計算的解題能力。正確的計算方法應(yīng)是先由兩種混合氣體的密度，分別計算出反應(yīng)前后兩種混合氣體的平均式量，由氫氨混合氣的平均式量求出反應(yīng)氣體中氫氣、氮氣的體積比，再按合成氨化學(xué)反應(yīng)中有關(guān)起始，轉(zhuǎn)化、平衡物質(zhì)的量的關(guān)系及平衡時混合氣體的平均式量，從而求出氮氣的轉(zhuǎn)化率。

4．實戰(zhàn)演練

一、選擇題

試題詳情