《化学反应条件的优化——工业合成氨》
【课堂探究学案】
【合作探究】
1. 学生合作分析合成氨反应有哪些特点？
2. 利用平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的产量？
3. 利用化学反应速率知识分析什么条件有利于加快氨的生成速率？.
【精讲点拨1】. 有人认为：增大压强，从化学反应速率和化学平衡两个方面都对合成氨有利，故可以尽可能地增大压强。这种观点正确吗？请予以评价。
【精讲点拨2】. 从反应速率的角度，反应要求在高温下进行有利于加快反应速率；从化学平衡的角度，反应要求在低温下进行有利于平衡右移。如何解决这一矛盾？
【例题1】合成氨的温度和压强通常控制在约500℃和2×107Pa ～5×107Pa 的范围，且进入合成塔的
- 1 -
而实际从合成塔出来的混合气体中含氨气约为15％，这表明（ ）
A 表中所测数据有明显的误差 B 生产条件控制不当
C 氨的分解速率大于预测值 D 合成氨反应未达到平衡
【例题2】对于可逆反应：N 2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH 3(g) (正反应为放热反应) 。下列说法中正确的是（ ）
A ．达到平衡时，NH 3的生成速率等于NH 3的分解速率
B ．达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等
C ．达到平衡时，若加入N 2，在重新达平衡时，NH 3的浓度比原平衡时增大，H 2的浓度比原平衡时减小
D ．达到平衡时，若升高温度，加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以平衡向逆反应方向移动
【课堂检测】
1．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 （ ）
A ．使用铁触媒，使N 2和H 2混合气体有利于合成氨
B ．高压比低压条件更有利于合成氨的反应
C ．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D ．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
2．工业上合成氨时一般采用500℃左右的温度，其原因是 （ ）
⑴适当提高氨的合成速率 ⑵提高H 2的转化率
⑶提高氨的产率 ⑷催化剂在500℃时活性最大
A ．只有⑴ B ．⑴⑵ C．⑵⑶⑷ D ．⑴⑷
3．将H 2和N 2的混合气体通入合成塔中，经过1个小时达到平衡，此时N 2、H 2、NH 3的浓度分别为3、7、4（单位均为mol/L），则以下叙述正确的 （ ）
①N 2的反应速率为2mol/(L·h) ②H 2的反应速率为7 mol/(L·h) ③H 2的起始浓度为13mol/L ④N 2起始浓度为2 mol/L ⑤H 2的转化率为46.2%
A ．①② B ．②⑤ C ．①③⑤ D ．②④
【课后延伸】
1．二氧化氮存在下列平衡：2NO 2(g) ⇌ N 2O 4(g)（正反应为放热反应）。在测定NO 2的相对分子质量时，下列条件中较为适宜的是 （ ）
A 、温度130℃、压强3.03×105Pa B 、温度25℃、压强1.01×105Pa
C 、温度130℃、压强5.05×104Pa D 、温度0℃、压强5.05×104Pa
2．合成氨所需的氢气由煤和水发生反应制得，其中一步反应为：
CO + H2O(g) ⇌ CO2 + H2(正反应为放热反应) 。要使CO 转化率提高，（ ）
A ．增大H 2O(g)的浓度 B ．增大CO 的浓度
C ．降低温度 D ．增大压强
- 2 -
3. 合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N 2(g)+3H2(g) ⇌2NH 3(g)，673K 、30MPa 下，n(NH3) 和n(H2) 随时间的变化关系如下图所示，下列说法正确的是
A ． 点a 的正反应速率比点b 的大
B ． 点c 处反应达到平衡
C ． 点d (t1时刻) 和点e (t2时刻) 处n(N2) 不一样
D ． 其他条件不变，773K 下反应至t1时刻，n(H2) 比上图中的d 点值
要大
4. 在一定条件下，将10.0mol H2和1.0 N2充入恒容密闭容器中，发生
反应N 2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)并达到平衡状态，则H 2的转化率可能是（ ）
A 15％ B 30％ C 35％ D 75％
5．一定温度下某密闭容器中进行反应：N 2 +3H2 ⇌ 2NH 3 ，达平衡后
①保持容器体积一定，通入N 2，平衡 移动。
②保持容器体积一定，通入Ar ，平衡 移动。
③保持容器压强一定，通入Ar ，平衡 移动。
④保持容器体积一定，通入N 2、H 2、NH 3，使浓度都变为原来的2倍，平衡 移动。
6．在一定条件下，1molN 2和3molH 2混合后反应，达到平衡时测得平衡混合物的密度是同温同压下氢气的5倍，则氮气的转化率是 。若在同一个容器中，在相同的温度下，向容器中充入NH 3，为使达到平衡时各成分的百分含量与上述平衡时相同，则起始时充入的NH 3的物质的量为 。
7. 恒温下，将amolN 2与bmolH 2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N 2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
（1）若反应进行到某时刻t 时，n t （N 2）=13mol，n t （NH 3）=6mol，计算a 的值。
（2）反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L （标准状况下），其中NH 3的含量（体积分数）为25%。计算平衡时NH 3的物质的量。
（3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比（写出最简整数比，下同），n （始）∶n （平）。
（4）原混合气体中，a ∶b= 。
（5）达到平衡时，N 2和H 2的转化率之比，α（N 2）∶α（H 2）= 。
（6）平衡混合气体中，n （N 2）∶n （H 2）∶n （NH 3）= 。
8. 合成氨工厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮的转化率。某工厂测得合成塔中N 2、H 2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N 2的转化率
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《化学反应条件的优化——工业合成氨》
【课堂探究学案】
【合作探究】
1. 学生合作分析合成氨反应有哪些特点？
2. 利用平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的产量？
3. 利用化学反应速率知识分析什么条件有利于加快氨的生成速率？.
【精讲点拨1】. 有人认为：增大压强，从化学反应速率和化学平衡两个方面都对合成氨有利，故可以尽可能地增大压强。这种观点正确吗？请予以评价。
【精讲点拨2】. 从反应速率的角度，反应要求在高温下进行有利于加快反应速率；从化学平衡的角度，反应要求在低温下进行有利于平衡右移。如何解决这一矛盾？
【例题1】合成氨的温度和压强通常控制在约500℃和2×107Pa ～5×107Pa 的范围，且进入合成塔的
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而实际从合成塔出来的混合气体中含氨气约为15％，这表明（ ）
A 表中所测数据有明显的误差 B 生产条件控制不当
C 氨的分解速率大于预测值 D 合成氨反应未达到平衡
【例题2】对于可逆反应：N 2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH 3(g) (正反应为放热反应) 。下列说法中正确的是（ ）
A ．达到平衡时，NH 3的生成速率等于NH 3的分解速率
B ．达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等
C ．达到平衡时，若加入N 2，在重新达平衡时，NH 3的浓度比原平衡时增大，H 2的浓度比原平衡时减小
D ．达到平衡时，若升高温度，加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以平衡向逆反应方向移动
【课堂检测】
1．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 （ ）
A ．使用铁触媒，使N 2和H 2混合气体有利于合成氨
B ．高压比低压条件更有利于合成氨的反应
C ．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D ．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
2．工业上合成氨时一般采用500℃左右的温度，其原因是 （ ）
⑴适当提高氨的合成速率 ⑵提高H 2的转化率
⑶提高氨的产率 ⑷催化剂在500℃时活性最大
A ．只有⑴ B ．⑴⑵ C．⑵⑶⑷ D ．⑴⑷
3．将H 2和N 2的混合气体通入合成塔中，经过1个小时达到平衡，此时N 2、H 2、NH 3的浓度分别为3、7、4（单位均为mol/L），则以下叙述正确的 （ ）
①N 2的反应速率为2mol/(L·h) ②H 2的反应速率为7 mol/(L·h) ③H 2的起始浓度为13mol/L ④N 2起始浓度为2 mol/L ⑤H 2的转化率为46.2%
A ．①② B ．②⑤ C ．①③⑤ D ．②④
【课后延伸】
1．二氧化氮存在下列平衡：2NO 2(g) ⇌ N 2O 4(g)（正反应为放热反应）。在测定NO 2的相对分子质量时，下列条件中较为适宜的是 （ ）
A 、温度130℃、压强3.03×105Pa B 、温度25℃、压强1.01×105Pa
C 、温度130℃、压强5.05×104Pa D 、温度0℃、压强5.05×104Pa
2．合成氨所需的氢气由煤和水发生反应制得，其中一步反应为：
CO + H2O(g) ⇌ CO2 + H2(正反应为放热反应) 。要使CO 转化率提高，（ ）
A ．增大H 2O(g)的浓度 B ．增大CO 的浓度
C ．降低温度 D ．增大压强
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3. 合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N 2(g)+3H2(g) ⇌2NH 3(g)，673K 、30MPa 下，n(NH3) 和n(H2) 随时间的变化关系如下图所示，下列说法正确的是
A ． 点a 的正反应速率比点b 的大
B ． 点c 处反应达到平衡
C ． 点d (t1时刻) 和点e (t2时刻) 处n(N2) 不一样
D ． 其他条件不变，773K 下反应至t1时刻，n(H2) 比上图中的d 点值
要大
4. 在一定条件下，将10.0mol H2和1.0 N2充入恒容密闭容器中，发生
反应N 2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)并达到平衡状态，则H 2的转化率可能是（ ）
A 15％ B 30％ C 35％ D 75％
5．一定温度下某密闭容器中进行反应：N 2 +3H2 ⇌ 2NH 3 ，达平衡后
①保持容器体积一定，通入N 2，平衡 移动。
②保持容器体积一定，通入Ar ，平衡 移动。
③保持容器压强一定，通入Ar ，平衡 移动。
④保持容器体积一定，通入N 2、H 2、NH 3，使浓度都变为原来的2倍，平衡 移动。
6．在一定条件下，1molN 2和3molH 2混合后反应，达到平衡时测得平衡混合物的密度是同温同压下氢气的5倍，则氮气的转化率是 。若在同一个容器中，在相同的温度下，向容器中充入NH 3，为使达到平衡时各成分的百分含量与上述平衡时相同，则起始时充入的NH 3的物质的量为 。
7. 恒温下，将amolN 2与bmolH 2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N 2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
（1）若反应进行到某时刻t 时，n t （N 2）=13mol，n t （NH 3）=6mol，计算a 的值。
（2）反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L （标准状况下），其中NH 3的含量（体积分数）为25%。计算平衡时NH 3的物质的量。
（3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比（写出最简整数比，下同），n （始）∶n （平）。
（4）原混合气体中，a ∶b= 。
（5）达到平衡时，N 2和H 2的转化率之比，α（N 2）∶α（H 2）= 。
（6）平衡混合气体中，n （N 2）∶n （H 2）∶n （NH 3）= 。
8. 合成氨工厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮的转化率。某工厂测得合成塔中N 2、H 2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N 2的转化率
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