考点30合成氨条件的选择
1．复习重点
1．如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。   
2.了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。
2．难点聚焦
1．合成氨条件的选择
工业上用N2和H2合成氨：
    N2+3H2       2NH3+Q
  从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率和降低成本呢？
    从速率看，温度高、压强大（即N2、H2浓度大）都会提高反应速率；
    从化学平衡看，温度低、压强大都有利于提高N2和H2的转化率。
    可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。但从生产实际考虑，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越高，将使成本增大。故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa帕斯卡。
而温度升高，有利于反应速率但不利于N2和H2的转化率。
如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？选用合适的催化剂能达到这个目的。那么，较低的温度是低到什么限度呢？不能低于所用催化剂的活性温度。目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。其活性温度为450℃~550℃，即温度应在450~550℃为宜。将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。
选择适宜的条件：根据N2+3H2          2NH3+Q这一反应的特点，运用化学反应速
率和化学平衡的理论来选择适宜条件。该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。
（1）适宜的压强：为何强调适宜？压强越大、有利于NH3的合成，但太大，所需动力大，材料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择2×107~5×107Pa压强。
思考：工业上生产H2SO4：2SO2(g)+O2(g)    2SO3(g)为何不采用加压方法？（因为在常压下SO2的转化率已达91%，不需要再加压）
（2）适宜的温度：温度越低越有利于NH3的合成，为何还要选择5000C高温？因为温度越低，反应速率越小，达平衡时间长，单位时间产量低，另外5000C时，催化剂活性最大。
（3）使用催化剂
（4）及时分离出NH3，并不断补充N2和H2（N2要过量，提高成本较高的H2转化率）
小结：合成氨的适宜条件：
     压强：20~50MPa帕斯卡
     温度：500℃左右
 催化剂：铁触媒
2．合成氨工业简述
1．原料气的制备、净化
① 制N2：   
物理方法： 空气      液态空气          N2 
化学方法：    空气      CO2+N2         N2 
②制H2：
水蒸气  CO+H2         CO2+H2               H2  
反应方程式为：
C+H2O（g）====   CO+H2；CO+H2O（g）====    CO2+H2
注意：制得的N2、H2需要净化，清除杂质，以防止催化剂“中毒”。
2.合成氨反应的特点
    化学反应：N2+3H2 2NH3  ;  △H=-92.4KJ/mol
  （1）可逆反应； （2）正反应是放热反应； （3）正反应是气体体积缩小的反应。
3．工业合成氨适宜条件的选择
在实际生产中，需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况，以确定最佳的生产条件。
4. 图示合成氨的原理
3．例题精讲
例1C.  500℃高温比室温更有利于合成氨的反应
   D.  恒温恒容下，在合成氨平衡体系中充入He，使压强增大，则平衡正向移动，NH3增多
[解析]A. 加入催化剂只能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，提高“单位时间”的产量，不能使化学平衡发生移动。注意：催化剂能相同倍数地改变正、逆反应速率，故而不改变化学平衡状态。
B. 合成氨是一个气体体积减小的反应，所以增大压强，使平衡正方向移动，有利于合成氨，符合勒沙特列原理。
C. 因为合成氨是一个放热反应，所以从化学平衡移动角度分析，应采用较低温度。500℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动。采用500℃既考虑到温度对速率的影响，更主要的是500℃左右催化剂活性最大。
D. 恒温恒容下充He，惰性气体He不与N2、H2、NH3反应。虽总压强增大了，实际上平衡体系各成分浓度不变（即分压不变）所以平衡不移动，NH3的产量不变。
[答案]
[点]
 勒沙特列原理是说改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方法移动。不要混淆影响速率的条件和影响平衡的条件。
例2(N2，H2及少量的CO，NH3的混合气)在进入合成塔前常用乙酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中CO，其反应为：
[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO；△H 0
(1)必须除去原料气中CO的原因是什么？
(2)吸收CO的生产适宜条件是什么？
(3)吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，再生的适宜条件是什么？
[解析] CO。根据吸收原料气中CO的反应方程式：
[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO；△H 0
可知，加压和采取较低的温度可使平衡向正反应方向移动，有利于CO的吸收。要使吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，只要使平衡向逆反应方向移动即可。
答案：(1)防止催化剂中毒；(2)低温、高压；(3)高温、低压。
[点评] 例H2	6	1	3.5	5		N2	2	0	1	1.5		NH3	0	4	2	1		 [分析].根据反应“一边倒”换算.     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，符合题意的是B.
[解答] 
[小] 可逆反应，在条件相同时（等温等容），若达到等同平衡，其初始状态必须能互变，从极限角度看，就是各物质的物质的量要相当.因此可以采用一边倒的原则来处理以下问题：    （1）         aA(g)＋bB(g)    cC(g)    ①始  a      b        0   平衡态Ⅰ    ②始  0      0        c   平衡态Ⅱ    ③始  x      y        z   平衡态Ⅲ    为了使平衡Ⅲ ＝Ⅱ＝Ⅰ    根据“一边倒”原则，即可得    x＋z＝a            ＋＝1    y＋z＝b            ＋＝1
例N2、H2混合气体的密度为0.5536g/L(标准状况)，从合成塔中出来的混合气体在相同条件下密度为0.693g/L(标准状况)。求该合成氨厂N2的转化率。
[解析]N2、H2是按化学方程式中物质的计量数投放物料，因此部分学生就假设N2为1molH2为3mol，进行解题，依据是不足的。故本题解答时只能设反应前混合气体中氮气的物质的量分数为x，氢气物质的量分数为(1-x)，依题意得：
28x+
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