化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨講義及答案

1、化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化一一工業(yè)合成氨(講義)一、知識(shí)點(diǎn)睛1.工業(yè)合成氨反應(yīng)的限度(1)反應(yīng)原理1已知298K時(shí)，!"!=-92.2kJ-mol-S=-198.2Jmol'-K(2)反應(yīng)方向的判斷H-TAS0,該反應(yīng)在常溫下自發(fā)進(jìn)行。(3)反應(yīng)的限度分析溫度、壓強(qiáng)，有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)；在一定溫度、壓強(qiáng)下，反應(yīng)物N2、H2的體積比為1:3,反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，混合物中NH3的含量最高。2 .工業(yè)合成氨反應(yīng)的速率(1)合成氨反應(yīng)的速率與參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系151v=kc(N2)c(H2)c(NH3)(2)反應(yīng)的速率分析增大的濃度，有利于提高反應(yīng)速率；將及時(shí)分離，有利

2、于提高反應(yīng)速率；溫度，有利于提高反應(yīng)速率；使用合適的,有利于提高反應(yīng)速率。3 .工業(yè)合成氨的適宜條件(1)合成氨條件選擇的理論分析外界條件有利于提高反應(yīng)速率有利于平衡正向移動(dòng)綜合分析濃度增大反應(yīng)物濃度減小生成物濃度增大反應(yīng)物濃度減小生成物濃度不斷補(bǔ)充反應(yīng)物，及時(shí)分離生成物催化劑加合適催化劑不rfn要加合適催化劑溫度高溫低溫兼顧反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，考慮催化劑的活性壓強(qiáng)高壓高壓在設(shè)備允許情況下，盡量采用高壓(2)合成氨的實(shí)際條件壓強(qiáng)：低壓1X107Pa中壓2X1073X107Pa高壓8.5X1071x108Pa溫度：700K左右催化劑：鐵濃度：N2與H2的物質(zhì)的量之比為1:2.84 .工業(yè)合成氨的

3、主要生產(chǎn)流程N(yùn)j和H二(1)造氣原料氣中的N2來(lái)自于空氣。原料氣中的H2來(lái)自于含氫的天然氣、煤和煉油產(chǎn)品。以天然氣為原料時(shí)，反應(yīng)可簡(jiǎn)單表示為：CH4+H2O=CO+3H2、CO+H2O=CO+H2(2)凈化消除造氣過(guò)程中夾帶的雜質(zhì)，防止催化劑中毒。(3)合成氨這部分包括NH3的分離，N2和H2的循環(huán)使用，利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱預(yù)熱合成氣等。5 .工業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化需考慮的因素有：化學(xué)反應(yīng)速率快、原料利用率高、催化劑活性高、現(xiàn)實(shí)設(shè)備允許。二、精講精練1 .合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)是()可逆不可逆正反應(yīng)放熱正反應(yīng)吸熱正反應(yīng)氣體體積增大正反應(yīng)氣體體積減小A.B.C.D.2 .在合成氨時(shí)，可以提高H2轉(zhuǎn)化

4、率的措施是()A.延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間B.充入過(guò)量H2C,充入過(guò)量N2D,升高溫度3 .對(duì)于合成氨工業(yè)，只從提高原料轉(zhuǎn)化率看，從下列條件中選擇最適宜的組合是（）高溫低溫低壓高壓催化劑加氨除氨A.B.C.D.4 .從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個(gè)角度考慮，合成氨應(yīng)采用的條件是（）A.低溫、高壓、催化劑B.低溫、低壓、催化劑C.適宜溫度、高壓、催化劑D.高溫、高壓、催化劑5 .工業(yè)上合成氨時(shí)一般采用700K左右的溫度，原因是（）提高合成氨的速率提高氫氣的轉(zhuǎn)化率提高氨的產(chǎn)率催化劑在700K時(shí)活性最大A.只有B.C.D.6 .工業(yè)合成氨反應(yīng)中，使用催化劑和施以高壓，下列敘述正確的是（）A,都能提高反應(yīng)速率，都對(duì)平

5、衡狀態(tài)無(wú)影響B(tài),都對(duì)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用時(shí)間C,都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有加壓對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)有影響D.催化劑能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用時(shí)間，壓強(qiáng)無(wú)此作用7 .關(guān)于合成氨工業(yè)的下列說(shuō)法正確的是（）A.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在400500c左右，因?yàn)樵摋l件下氨的產(chǎn)率最高B.合成氨工業(yè)采用1030MPa,是因?yàn)樵摋l件下催化劑的活性最好C,由于NH3易液化，N2、H2可循環(huán)使用，則總的來(lái)說(shuō)氨的產(chǎn)率很高D.從合成塔出來(lái)的氣體，其中氨氣一般占15%,所以生產(chǎn)氨的工業(yè)效率都很低8 .傳統(tǒng)合成氨工業(yè)需要高溫、高壓和催化劑的反應(yīng)條件。近來(lái)美國(guó)化學(xué)家使用新型鐵系催化劑，在常溫下合成了氨

6、氣。下列說(shuō)法正確的是（）A.新型合成氨方法是吸熱反應(yīng)B.新型合成氨方法可簡(jiǎn)化生產(chǎn)設(shè)備C.新型催化劑提高了N2和H2的轉(zhuǎn)化率D.兩種方法中該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)相等9 .根據(jù)合成氨的特點(diǎn)分析，當(dāng)前最有前途的研究發(fā)展方向是()A.研制耐高壓的合成塔B,采用超大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)C.研制耐低溫復(fù)合催化劑D.探索不用N2、H2合成氨的新途徑10 .合成氨廠所需H2可由焦炭與水反應(yīng)制得：(1) C(s)+H2O(g)-CO(g)+H2(g)H>0(2) CO(g)+H2O(g)-CO2(g)+H2(g)H<0工業(yè)生產(chǎn)中，欲提高CO轉(zhuǎn)化率，可采用的方法是()降低溫度增大壓強(qiáng)使用催化劑增大CO濃度增大

7、水蒸氣濃度A.B.C.D.11 .工業(yè)合成氨技術(shù)是對(duì)人類的巨大貢獻(xiàn)之一。下面是合成氨的簡(jiǎn)要流程示意圖：X(1)合成氨反應(yīng)原料氣N2的制備方法是2其中N2、H2的體積比高于1:3的原因是(2)原料氣中往往含有H2S、CO、CO2等雜質(zhì)，必須除去這些雜質(zhì)的目的是(3)上述流程示意圖中的催化劑是(4)熱交換器的作用是(填字母)。a.提高N2的轉(zhuǎn)化率b.充分利用能源，降低成本c.提高產(chǎn)物的產(chǎn)率(5)沿X路線進(jìn)入壓縮機(jī)的物質(zhì)是2循環(huán)的目的是12 .有平衡體系CO(g)+2H2(g)-CH30H(g)H<0,為增加甲醇(CH3OH)的年產(chǎn)量，應(yīng)采取的正確措施是()A.高溫、高壓B.適宜的溫度、高壓、

8、催化劑C.低溫、高壓、催化劑D.高溫、高壓、催化劑13.在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使SO2轉(zhuǎn)化為SO3：2SO2(g)+O2(g)一2SO3(g)AH<0o已知制備SO3過(guò)程中使用的催化劑是V2O5。下表為不同溫度和壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率，試回答下列問(wèn)題：1X105Pa1X106Pa5X106Pa1X107Pa450c97.5%99.2%99.6%99.7%550c85.6%94.9%97.7%98.3%(1)實(shí)際生產(chǎn)中，選定400500c作為操作溫度，是由于(2)實(shí)際生產(chǎn)中采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是(3)根據(jù)化學(xué)原理綜合分析，為了使SO2盡可能轉(zhuǎn)化為SO3,可控制的條件是(4)在生產(chǎn)中常用

9、過(guò)量的空氣是為了14.金屬鉀和金屬鈉的金屬性相近，且鉀比鈉略強(qiáng)。當(dāng)利用金屬鉀和鈉鹽共融制金屬鈉時(shí)，發(fā)現(xiàn)鉀和鈉的共融體難以分離。如調(diào)整溫度到一定程度，則可利用金屬鈉和氯化鉀反應(yīng)制取金屬鉀。物質(zhì)KNaKClNaCl熔點(diǎn)/c63.6597.5770801沸點(diǎn)/c774882.91500（升華）1413(1)鈉能制取鉀的原因是(2)該反應(yīng)制取鉀的溫度是。A.97.8C770cB.770c774cC.774c882.9CD.1413c1500c(3)在制取鉀的過(guò)程中，為了提高原料的轉(zhuǎn)化率可以采取的措施是【參考答案】一、知識(shí)點(diǎn)睛1. (DN2(g)+3H2(g)-2NH3(g)(2)<0能(3)降低增大2. (2)N2或H2NH3升高催化劑二、精講精練1. C2. C3. B4. C5. D6. C7. C8. B9. C10. A11. (1)分離液態(tài)空氣法適當(dāng)提高N2的比例，加快合成氨反應(yīng)的進(jìn)行(1) 防止催化劑中毒(2) 鐵(4) b(5) N2、H2提高原料氣的利用率