化学反应条件的优化――――工业合成氨

1化学反应条件的优化――――工业合成氨[知识要点]：一、合成氨的化学平衡分析：工业合成氨是可逆反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时△H=－92.2KJ·mol-1△S=－198.2J·K―1·mol―1可知，该反应在298K时是一个能进行的反应，同时也是气体的物质的量的减反应。[结论]因此温度压强将有利于化学平衡向生成的方向移动，在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时，平衡混合物的氨的含量最高。二、合成氨的反应速率分析：特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度关系为v=kC(N2)C1.5(H2)C―1(NH3),可知，合成氨反应的速率与氨气浓度的次方成，在反应过程中，随着氨气的浓度的增大，反应速率会逐渐，因此为保持足够高的反应速率，应适时将从混和气中分离出来。使用___________可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍，此外温度越高，反应速率。[结论]有利于提高合成氨反应速率的措施有：①提高反应温度②使用催化剂③适当提高氮氢比④适时分离反应产物氨三、提高合成氨反应的平衡转化率和反应速率的措施提高反应的平衡转化率提高化学反应速率性质措施性质措施放热活化能高分子数减小低温时反应速率低平衡常数不大原料气浓度增加能提高反应速率氨气浓度增加能降低反应速率四、实际生产中采取的措施：目前，合成氨生产中一般选择作为催化剂。控制反应温度在左右，根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致可分为（1×107Pa）、（2×107～3×108Pa）、(8.5×107~1×108Pa)三种类型，通常采用氮气与氢气物质的量之比为的投料比。且氮气氢气循环使用。目前的工艺条件下，合成氨厂出口气的氨含量一般为。五、合成氨生产流程合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分氮气来自于空气，将空气，先得液态，气体为造气氢气来自于含氢的天然气，煤、炼油产品，反应可表示为净化目的氨的分离（方法将液化）合成氨氮气、氢气的循环使用反应产生的热预热合成气2反馈练习1、合成氨工业的生产中，应采取的适宜条件是（）A、高温高压B、适宜的温度，高压催化剂C、低温低压D、高温，高压催化剂2、在一定温度和压强下，合成氨反应达到平衡时，下列操作不会使平衡发生移动的是（）A、恒温恒压时充入氨气B、恒温恒容时充入氮气C、恒温恒容时充入氦气D、恒温恒压时充入氦气3、工业合成氨一般采用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、①B、①②C、②③④D、①④4、在合成氨工业中，达到下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是（）A、为增加NH3的日厂量，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的日产量而采用1×107Pa～1×108Pa的压强D、为增加NH3的日产量，采用700K左右的高温5、二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g)N2O4(g)(正反应为放热反应)。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件较为适宜的是（）A、温度130℃、压强3.03×105PaB、温度25℃、压强1.01×105PaC、温度130℃、压强5.05×104PaD、温度0℃、压强5.05×105Pa6、下列事实中不能用勒夏特列原理来解释的是（）A、实验室常用排饱和食盐水法收集氯气B、加入催化剂有利于氨氧化的反应C、高压有利于合成氨的反应D、700K左右比室温更有利于合成氨的反应7、在密闭容器中进行下列可逆反应：N2＋3H22NH3起始时，氮气和氢气分别为10mol和30mol，当反应达到平衡时N2的转化率为30％，若以NH3作为起始反应物，反应条件相同，要使其达平衡时各组分的物质的量分数和前者相同，则NH3的起始物质的量和它的转化率分别是（）A、20mol70%B、20mol30%C、10mol50%D、4mol35%8、在一定条件下，可逆反应X(g)+2Y(g)2Z(g)达到平衡后，有50％的Y转化为Z，且X的转化率为25％，则起始时充入容器中的X和Y的物质的量之比为（）A、2：1B、1：1C、2：3D、3：29、下列关于合成氨工业的说法正确的是（）A、从合成塔出来的气体，其中氨一般占15％，所以生成氨的工业效率低B、由于氨易液化，N2、H2可循环使用，所以总的来说氨的产率很高C、合成氨工业的温度控制在500℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行D、合成氨采用20Mpa～50Mpa是因为该条件下催化剂的活性最高10、合成氨时必须除去原料气中的杂质，其主要原因是（）A、减少副反应B、提高N2、H2的浓度C、防止催化剂中毒D、不断移去NH311、在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积占25％，若反应前后条件不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是（）A、1/5B、1/4C、1/3D、1/212、将V1L的H2和V2L的N2在一定条件下发生反应，达到平衡后，混合气体的总体积为V3L（气体体积均在相同条件下测得），则生成的NH3的体积是（）A、(V1+V2－V3)LB、(V1+V2+V3)LC、(V1+V2－2V3)LD、(V3－V1－V2)L13、合成氨所需H2可由煤和水反应制得，其中一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)（正反应放热）欲提高CO的转化率可采用的方法有：①降低温度②增大压强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、①②③B、④⑤C、①⑤D、⑤14、已建立化学平衡的某可逆反应，当改变条件使化学平衡向正反应的方向移动时，下列有关的叙述正确的是（）①生成物的体积分数一定增加②生成物的产量一定增加③反应物的转化率一定增大④反应物的浓度一定降低⑤正反应速率一定大于逆反应速率⑥使用了合适的催化剂A、①②⑤B、②⑤C、③⑤D、③⑥15、将氮气和氢气以体积比为1：1混合均匀，分成三等份，分别充入甲、乙、丙三个装有催化剂的且容积不变的真空容器中，在相同的温度下使其分别达到化学平衡，已知平衡时甲中的氮气的转化率为20％，乙中氢气的转化率为30％，丙中混合气体的平均相对分子质量是16，则有关三容器内反应叙述正确的是（）A、三容器中起始反应速率相同B、三容器中的平均反应速率的大小是甲乙丙C、三容器中的平均反应速率的大小是丙乙甲D、平衡时,丙中NH3的体积分数比甲中NH3的体积分数大16、已知焦炭，CO和烃类化合物都能与水反应产生合成尿素的原料氢气和CO2，以充分利用原料的角度考虑，用下列物质生产H2和CO2的最为合适的是：（）3（提示：CO2+2NH3=CO(NH2)2+H2O）A、CB、COC、天然气D、石脑油（C5H12、C6H14）17、对于可逆反应：C(s)+CO22CO，在一定温度下其平衡常数为K，下列条件的变化中能使K发生变化的是A、将C(s)的表面积增大B、增大体系压强C、升高体系温度D、使用合适的催化剂18、对于3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为A、K=[Fe3O4]•[H2]/[Fe]•[H2O]B、K=[Fe3O4]•[H2]4/[Fe]•[H2O]4C、K=[H2O]4/[H2]4D、K=[H2]4/[H2O]419、一定条件下，在2SO2(g)+O2(g)==2SO3(g)的化学平衡体系中，SO2、O2、SO3的浓度分别是2.0mol/L、0.8mol/L、2.4mol/L，则在起始O2的浓度可能是A、0.8~2mol/LB、0~2mol/LC、0~0.8mol/LD、无法确定20、反应2A(g)2B(g)+E(g)(正反应是吸热反应)达到平衡时，要使正反应速率减小，A的浓度增大，应采取的措施是：A、加压B、减压C、减小E的浓度D、降温21、对于任何一个化学平衡体系，采取以下措施，一定会使平衡发生移动的是A、加入一种反应物B、增大体系的压强C、升高温度D、使用催化剂22、常温下的定容容器中，建立如下平衡：3NO2+H2O2HNO3+NO，在其它条件不变时，若通入少量的O2，原体系将会发生的变化是A、平衡向正反应方向移动B、NO的物质的量可能不变C、NO的物质的量一定会减少D、NO2增加的物质的量是通入O2的物质的量的2倍23、在一固定容积的密闭容器中，放入3LX(g)和2LY(g)，在一定条件下发生下列反应：4X(g)+3Y(g)2Q(g)+nK(g)，达到平衡后，容器内温度不变，混合气体的压强比原来增加了5%，[X]减少了1/3，则化学方程式中的n值是A、3B、4C、5D、624、在一定温度下，硫酸铜晶体的培养皿中存在下列平衡：Cu2++SO42—+xH2OCuSO4•xH2O，当向溶液中加入少量无水硫酸铜粉末后，下列说法正确的是A、溶液中Cu2+浓度增大B、溶液中Cu2+数目减少C、该硫酸铜晶体体积增大D、溶液的蓝色变浅25、某温度下，H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)达到平衡时，各物质的浓度分别是C(H2)=0.5mol/LC(Br2)=0.1mol/LC(HBr)=1.6mol/L，则起始时;①C(H2)、C(Br2)、C(HBr)的范围分别是___、_____________、。②若开始时平衡正向移动，C(H2)、C(Br2)、C(HBr)的范围分别是、、③若开始时平衡逆向移动，C(H2)、C(Br2)、C(HBr)的范围分别是、、26、在水溶液中橙红色的Cr2O72―与黄色CrO42―有下列平衡关系：Cr2O72―＋H2O2CrO42―＋2H+，把重铬酸钾（K2Cr2O7）溶于水配成的稀溶液是橙色。（1）向上述溶液中加入NaOH溶液，溶液呈色，因为（2）向已加入NaOH溶液的（1）中再加入过量的H2SO4，则溶液呈色，因为（3）向原溶液中加入Ba(NO3)2溶液（已知BaCrO4为黄色沉淀），则平衡，溶液颜色将__________。27、下表为不同温度和压强下SO2转变成SO3的转化率从理论上看，为了使SO2尽可能转化为SO3，可控制的条件是（1）在实际工业生产中选用的反应温度是℃（2）采用的压强是Pa，理由是28、将1体积的氮气和4体积的氢气放入密闭容器中，测得容器内压强为3.03×105Pa，达到平衡后测得含氨气为12％，试求：（1）平衡时混合气体中氮气和氢气的体积分数（2）达到平衡时密闭容器内的压强压强（Pa）1×1055×1051×1065×1061×107450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.34合成氨的反馈练习答案1~5BCDBDC6~10BDABBC11~15AACBB16~20DCDBD21~24CACDBC25、①0.4≤C(H2)≤1.30≤C(Br2)≤0.90≤C(HBr)≤1.8②0.5C(H2)≤1.30.1C(Br2)≤0.90≤C(HBr)1.6③0.4≤C(H2)0.50≤C(Br2)0.11.6C(HBr)≤1.826、（1）黄色NaOH溶液中和H+，使C(H+)下降，平衡右移，溶液变黄色（2）橙红色C(H+)增大，平衡左移，溶液呈橙红色（3）右移溶液橙色褪去27、高温、低压（1）450（2）1×105常压下SO2转化率已经很高，不需要加压28、（1）氮气：16.4％氢气：71.6％压强：2.7×105