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第四节　化学反应的调控
学习目标
1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
知识点一　合成氨反应条件的理论分析
1.合成氨的反应原理
合成氨反应：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
2.合成氨反应的特点
3.根据反应速率和平衡转化率选择反应条件
为了增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，在下表中选择反应条件：
条件 提高反应速率 提高平衡转化率
压强 　增大　压强 　增大　压强
温度 　升高　温度 　降低　温度
催化剂 使用 　无影响　
浓度 　增大　反应物浓度 　增大　反应物浓度，　降低　生成物浓度
4.实验数据分析
（1）数据
下表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况（初始时氮气和氢气的体积比是1∶3）。
温度 /℃ 氨的含量/％
0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
（2）结论
①提高反应速率的条件是　升高　温度、　增大　压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是　降低　温度、　增大　压强。
②二者在　温度　这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率。（　×　）
（2）增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，可以提高氨的产率。（　√　）
（3）充入的N2越多越有利于NH3的合成。（　×　）
（4）合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的。（　×　）
2.（2025·陕西部分学校高二月考）对于工业合成氨的反应，下列措施有利于加快反应速率的是（　　）
A.降低温度
B.减小N2的浓度
C.及时抽走部分氢气
D.加入适宜的催化剂
解析：D　降低温度，减小N2的浓度，及时抽走部分氢气等措施都会使反应速率减慢，加入适宜的催化剂，平衡不移动，可以加快反应速率，D符合题意。
3.（2025·台州高二期中）N2和H2生成NH3的反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，其中，N2的分解反应活化能高，反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率，请回答下列问题：
（1）该反应自发的条件是：低温自发。
（2）有利于提高合成氨平衡产率的条件有：AD。
A.低温 B.高温
C.低压 D.高压
E.催化剂
（3）实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773 K左右，压强为3.0×107Pa，原料气中N2和H2的物质的量之比为1∶2.8，分析说明原料气中N2过量的两个理由：N2断键是决速步，适量提高N2的浓度可以提高整体的化学反应速率，适量提高N2的浓度可以提高H2的转化率。
解析：（1）当ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应能自发，由题目可知，该反应的ΔH＜0、ΔS＜0，要使ΔG＜0，应选择低温条件。（2）对反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1， 要提高合成氨平衡产率，需要平衡向右移动， 按照平衡移动原理，低温、高压符合题意。（3）在合成氨工业中，N2的制备要比H2的制备容易，成本更低，适量提高N2有利于提高H2的转化率，节约成本；同时N2的稳定性也比H2强，断开N≡N比H—H难，适量提高N2浓度有利于提高N2的断键比率，提升合成氨的速率。
知识点二　工业合成氨的适宜条件
1.合成氨反应适宜条件的选择
（1）压强
①原理分析：压强越　大　越好。
②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为　10 MPa～30 MPa　。
③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也　越大　。
（2）温度
①原理分析：　低温　有利于提高原料的平衡转化率。
②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为　400～500　℃。
③不采用低温的理由：该温度下催化剂的活性　最大　，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。
（3）催化剂
①选用条件：通常采用加入以　铁为主体　的多成分催化剂，又称　铁触媒　。
②为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过　净化　。
（4）浓度
①选用条件：N2和H2按物质的量之比1∶2.8混合，适时分离出　氨气　。
②选择依据：适当提高N2的浓度，来提高　H2　的转化率。
③其他措施：为了提高原料的　利用率　，未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2。
2.合成氨生产流程
（1）流程图示
（2）原料气的来源
①氮气：氮气来自空气，从空气中获得氮气通常有两种方法：一是将空气液化、蒸发，分离出氮气；二是将空气中的氧气跟碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳，即得到氮气。
②氢气：氢气用水、煤、天然气、石油等为原料制得。如以焦炭为原料制取氢气，反应可表示为C＋H2O（g）CO＋H2，CO＋H2OCO2＋H2；再如以天然气为原料制取氢气，反应可简单表示为
H2O＋CH4CO＋3H2；
H2O＋COCO2＋H2。
（3）原料气的净化
在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如H2S、CO等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。
3.化学反应的调控
（1）含义
通过改变外界条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。
（2）考虑因素
①结合设备条件、安全操作、经济成本等情况。
②综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。
③是否符合环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
（3）化学反应的调控在工业中的应用
①在硫酸工业中，通过下列反应使SO2 转化为SO3：2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＜0。下表为在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率：
温度 不同压强下SO2的转化率/％
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
②问题探究
a.在实际生产中，选定450 ℃，其原因是什么？
提示：该反应是放热反应，升高温度，平衡左移，SO2的转化率降低；此温度下催化剂的活性最高。
b.根据题表中的数据分析，在实际生产中制取SO3时，采用的压强为常压，为什么不采用高压？
提示：0.1 MPa（常压）下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，不仅SO2的转化率提高很少，且需要更大动力，对设备的要求更高，增加成本。
c.在实际生产中，通入过量的空气，其目的是什么？
提示：增大O2浓度，提高SO2的转化率。
d.工业合成SO3的适宜条件是什么？
提示：常压、450 ℃左右、催化剂、过量空气。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）在合成氨的实际生产中，压强越大越好。（　×　）
（2）铁触媒在合成氨中质量没有改变，因此铁触媒没有参与反应。（　×　）
（3）使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可提高原料的利用率。（　√　）
（4）在工业生产条件优化时，只考虑经济性就可以。（　×　）
2.（教材改编题）合成氨工业中采用循环操作，主要是为了（　　）
A.增大化学反应速率
B.使氨气液化分离，使化学平衡向生成NH3的方向移动
C.提高氮气和氢气的利用率
D.提高平衡混合物中氨的含量
解析：C　合成氨工业中采用循环操作，氮气和氢气循环使用，目的就是提高氮气和氢气的利用率，选C。
3.NH3是一种重要的工业原料在工农业生产、生活中有着重要作用。以铁为主的催化剂在400～500 ℃和10 MPa～30 MPa的条件下，由N2和H2合成氨。回答下列问题：
（1）下列有关合成氨工业的说法中，正确的是B。（填字母，下同）
A.从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15％，所以生产氨的工厂的效率很低
B.由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C.依据勒夏特列原理，加热是使化学平衡向正反应方向移动
D.合成氨厂采用的压强是10 MPa～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
（2）该反应放热，但仍选择较高温度400～500 ℃，其原因是AD。
A.适当提高NH3的合成速率
B.适当提高H2的转化率
C.提高NH3的产率
D.催化剂在500 ℃左右活性最大
解析：（1）通过循环使用氮气和氢气，大大提高了氨气的产率，A错误；由于氨易液化，分离出氨气，通过N2、H2的循环使用，大大提高了氨的产率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，C错误；铁触媒的活性与温度有关，D错误。（2）合成氨为放热反应，一般采用400～500 ℃的温度，其原因是适当提高氨的合成速率，且催化剂在500 ℃左右时活性最大，催化效果最佳。
1.由丙烯合成正丁醛的反应：CH3CHCH2（g）＋CO（g）＋H2（g）CH3CH2CH2CHO（l）
ΔH＜0，为增大反应速率和提高原料气的转化率，你认为应该采用的适宜反应条件是（　　）
A.低温、高压、催化剂
B.适当的温度、高压、催化剂
C.常温、常压、催化剂
D.适当的温度、常压、催化剂
解析：B　合成正丁醛的反应是气体体积减小的反应，故可以采用高压，可加快反应速率且增大转化率；又因为该反应的正反应为放热反应，高温会使原料气的转化率降低，低温会使反应速率减慢，所以要采用适当的温度来提高反应速率，选B。
2.下列图示中，能正确表示合成氨反应的反应速率与温度的关系的是（　　）
解析：A　合成氨反应为放热反应，温度升高，v（正）、v（逆）均增大，且v（逆）增大的幅度更大，A符合题意。
3.（鲁科版改编题）煤的液化是获得洁净燃料的一种形式，主要是将煤转化成乙醇（C2H5OH）。有人设想先用煤与水蒸气反应生成CO，再通过下面的反应实现煤的液化：2CO（g）＋4H2（g）C2H5OH（g）＋H2O（l）　ΔH＝－1 709.2 kJ·mol－1。要利用这个反应进行工业化生产，应采取的措施有使用催化剂、
在较低的温度、较高的压强条件下进行反应　、及时移出生成物等。
解析：在其他条件不变时，使用高效催化剂，能够加快化学反应速率；在其他条件不变时，增大反应体系的压强，降低温度，化学平衡逆向移动，有利于提高CO和H2的平衡转化率；及时移出生成物，也有利于提高反应物的转化率。
4.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
（1）写出X的化学式NH3。
（2）图中条件选定的主要原因是BC（填字母，下同）。
A.温度、压强对化学平衡的影响
B.铁触媒在该温度时活性大
C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
（3）如图所示为工业合成氨的流程图。有关说法正确的是ABD。
　　
A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B.步骤②中“加压”既能加快反应速率，又能提高原料的平衡转化率
C.步骤③有利于增大反应速率也有利于提高原料平衡的转化率
D.产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂
解析：（1）原料气N2和H2在一定条件下反应，生成的NH3（X）冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2（Y）和H2（Y）循环利用。（2）温度选择在500 ℃不是从化学平衡的影响分析，而是因为催化剂在此温度时活性大，还可以适当提高化学反应速率，压强选择10 MPa～30 MPa是从化学平衡理论分析，压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大。（3）为防止铁触媒中毒，须将原料“净化”处理，A正确；步骤②中“加压”，可增大氮气、氢气浓度，加快合成氨反应速率又能使平衡右移，提高原料转化率，B正确；合成氨反应放热，步骤③使用较高温度有利于增大反应速率，但不利于提高原料的平衡转化率，同时使用催化剂也不能使平衡移动，C错误；产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥；液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D正确。
题组一　合成氨反应适宜条件的选择
1.（2025·深圳高二期中）工业上用N2和H2合成NH3：N2＋3H22NH3，下列有关说法错误的是（　　）
A.使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率
B.在上述条件下，H2不可能100％地转化为NH3
C.通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度
D.达到平衡时，N2的浓度和H2的浓度之比一定为1∶3
解析：D　未告知反应前加入的反应物的量，不能判断，D错误。
2.（2025·青岛九中高二月考）一种合成氨的反应历程如图所示（吸附在催化剂表面的物质用*表示）。下列说法错误的是（　　）
A.N2生成NH3过程中包含多步还原反应
B.过程Ⅰ和过程Ⅲ中能量的变化值相同
C.增大N2浓度，有利于提高H2的转化率
D.有大量氨分子吸附在催化剂表面会降低化学反应速率
解析：B　由题图可知，生成NH3的过程中氮元素化合价逐渐降低，是通过多步还原反应实现的，A正确；过程Ⅰ是断裂氮氮三键中的一个键且形成一个N—H键，而过程Ⅲ是断裂NN键中的一个键且形成一个N—H键，所以能量变化不同，B错误；增大N2的浓度，平衡正向移动，使H2转化量增加从而增大了H2的转化率，C正确；NH3的及时脱附可留下继续反应的空间而增加催化剂的活性，如果大量氨分子吸附在催化剂表面，将降低反应速率，D正确。
题组二　工业合成氨
3.在合成氨时，既要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有（　　）
①减小压强　②增大压强　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容下，再充入等量的N2和H2　⑥恒温恒压下，再充入等量的N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用铁触媒
A.①④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧
C.②⑤ D.②③⑤⑥⑧
解析：C　要使氨的产率增大，就要使平衡右移，增大压强、降低温度、增大N2和H2的浓度和及时分离产生的NH3均可达到目的；要使化学反应速率增大，增大压强、升高温度、增大N2和H2的浓度和使用铁触媒均可达到目的，②⑤符合题意。
4.（2025·吉林重点高中高二期末）氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意图如下。
下列有关合成氨说法正确的是（　　）
A.从合成氨平衡体系中分离出NH3，可提高正反应速率，减小逆反应速率，使平衡正移
B.热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离
C.合成氨一般选择400～500 ℃进行，铁触媒的活性最大，原料气的平衡转化率高
D.步骤④⑤均有利于提高原料的平衡转化率
解析：B　分离出氨气，使平衡正向移动，但正反应速率和逆反应速率都减小，A错误；热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温，利于液化分离，B正确；合成氨一般选择400～500 ℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，但温度升高，原料气的平衡转化率降低，C错误；步骤⑤分离出氨气，有利于平衡正向移动，可以提高原料的平衡转化率，D错误。
题组三　化学反应的调控
5.（教材改编题）在合成氨工业中，原料气（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溶液来吸收原料气中CO，其反应为[Cu（NH3）2]＋＋CO＋NH3[Cu（NH3）3CO]＋　ΔH＜0。下列说法错误的是（　　）
A.必须除去原料气中CO的原因是防止催化剂中毒
B.吸收CO的生产适宜条件应选择适当温度、加压，压强越大越好
C.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，再生的适宜条件高温、降压
D.合成氨工业中，使用热交换器可节约能源，降低成本
解析：B　应选择适当温度和加压，但不是压强越大越好，要考虑压强过大，设备要求高，且运行成本高，B错误。
6.（2025·湖北部分名校高二联考）硫酸是重要化工原料，工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法错误的是（　　）
A.反应Ⅰ，粉碎黄铁矿，增大接触面积，使反应充分、反应快
B.反应Ⅱ选择常压下进行的原因是常压下SO2的转化率已较高，加压对提高转化率有限，但显著增加工业成本
C.反应Ⅲ，将98.3％的浓硫酸从吸收塔顶喷淋而下，快速、充分吸收SO3
D.反应Ⅱ，为提高SO2的平衡转化率，鼓入过量空气，越多越好
解析：D　反应Ⅰ中，粉碎黄铁矿，能增大反应物之间的接触面积，使反应更充分，反应速率更大，A正确；虽然加压能提高SO2的转化率，但是提高程度有限，且会显著增加工业成本，同时常压下SO2的转化率已经较高，可满足生产需要，因此反应Ⅱ选择常压下进行，B正确；反应Ⅲ，将98.3％的浓硫酸从吸收塔顶喷淋而下，SO3从下往上与浓硫酸充分接触，能快速、充分吸收SO3，C正确；反应Ⅱ中若鼓入太多空气，则会导致SO2的浓度太低，而且鼓入太多空气会使得反应温度降低，反应速率减小，不利于反应Ⅱ的进行，D错误。
7.（2025·华中师大附中高二期中）哈伯在1908年申请循环法合成氨的专利，合成氨实验所用装置如下。下列说法错误的是（　　）
A.进口a通入的是经过压缩的N2和H2
B.出口b的气体可以直接通入含催化剂的反应器
C.出口c是液态NH3出口，可用于冷却离开催化剂的气体
D.冷却水从A口进，B口出，用来给合成氨反应降温防止温度过热
解析：B　由于合成氨的反应是一个可逆反应，故进口a通入压缩N2和H2，有助于提高反应速率，提高N2和H2的利用率，A正确；出口b为循环的氢气和氮气，需要净化，防止催化剂中毒，B错误；经过反应器反应，按下进上出的方式通入冷凝水（从A口进水，B口出水），混合气体进入冷却室，将NH3液化，出口c处为液态氨，将NH3分离有利于平衡正向移动，C、D正确。
8.（2025·许昌高级中学高二月考）一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化成S。催化剂不同，其他条件相同（浓度、温度、压强）情况下，相同时间内SO2的转化率随反应温度的变化如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3作催化剂可以节约能源
B.选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340 ℃左右
C.a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了
D.其他条件相同的情况下，选择Cr2O3作催化剂，SO2的平衡转化率最小
解析：D　由题图可知，当温度在大约280 ℃之后，在Fe2O3作催化剂条件下，SO2的平衡转化率最大，A正确；温度在340 ℃时，SO2的转化率已经比较高了，再升高温度转化率变化不大且成本升高，B正确；温度太高，催化剂活性可能会降低，C正确；其他条件相同时，选择Cr2O3作催化剂，不同温度下SO2的转化率不同，当温度在260 ℃时选择Cr2O3作催化剂，SO2的转化率相比之下最大，D错误。
9.（教材改编题）氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。下列反应是目前大规模制取氢气的方法之一：CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1。
（1）将2.0 mol CO（g）和8.0 mol H2O（g）通入恒容的密闭容器中，控制反应温度为830 ℃。
①下列可以作为反应达到平衡的判据是BE（填字母）。
A.气体的压强不变
B.v正（CO）＝v逆（CO2）
C.K不变
D.容器内气体的密度不变
E.反应体系中各物质的浓度不变
②生产过程中，为了提高反应的速率，下列措施中不合适的是AD（填字母）。
A.反应温度越高越好 B.适当提高反应物压强
C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气
（2）以固体催化剂M催化上述反应，水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，然后活性表面的原子在CO作用下被脱去。反应的能量—反应过程如图所示。催化剂的作用是改变反应历程（反应机理），降低反应的活化能。
解析：（1）①该反应为等体积反应，气体的压强保持不变，不能作为反应达到平衡的判据，A不符合题意；K只与温度有关，不能作为反应达到平衡的判据，C不符合题意；恒容条件，全部为气体的反应，气体的密度保持不变，不能作为反应达到平衡的判据，D不符合题意；②该反应为放热反应，温度过高不利于产物生成，A符合题意；该反应为气体参与的等体积反应，压强不影响平衡，适当提高压强有利于提高反应速率，B不符合题意；选择合适的催化剂可以提高反应的速率，C不符合题意；恒容条件下通入非反应气体，反应速率不变，D符合题意。（2）催化剂的作用是改变反应历程（反应机理），降低反应的活化能，加快反应速率。
10.（2025·汕头高二期中）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，反应原理为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。一种工业合成氨的简易流程图如下：
（1）步骤Ⅲ，773 K时，各步反应的能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的粒子用“*”标注。
图中决速步骤的反应方程式为　＋N*＋3H*　，
该步反应的活化能Ea＝62kJ·mol－1。
（2）已知相同质量的同种催化剂在载体上的分散度越高，催化剂表面吸附NH3的量越多，催化作用越强。某次实验中，NH3在一定质量某催化剂作用下分解的实验数据如下表：
反应时间/min 0 10 20 30 40 50
c（NH3）/（mol·L－1） c0 0.9c0 0.8c0 0.7c0 0.6c0 0.5c0
分析表中数据可知，随着反应进行，c（NH3）减小，平均反应速率不变（填“增大”“减小”或“不变”），对该分析结果的合理解释是反应中氨气浓度减小但吸附量不变，平均反应速率不变。
解析：（1）决速步骤是速率最慢的基元反应，活化能最高的基元反应，因此反应的方程式为＋N*＋3H*；该步反应的活化能＝（17＋45）kJ·mol－1＝62 kJ·mol－1。（2）由表中数据得知，每间隔10分钟，氨气浓度减少0.1c0，因此反应速率不变，原因是尽管反应物中氨气浓度减少，但是吸附量不变，平均反应速率不变。
1 / 2第四节　化学反应的调控
学习目标
1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
知识点一　合成氨反应条件的理论分析
1.合成氨的反应原理
合成氨反应：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
2.合成氨反应的特点
3.根据反应速率和平衡转化率选择反应条件
为了增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，在下表中选择反应条件：
条件 提高反应速率 提高平衡转化率
压强 　　　　压强 　　　　压强
温度 　　　　温度 　　　　温度
催化剂 使用
浓度 　　　　反应物浓度 　　　　反应物浓度，　　　　生成物浓度
4.实验数据分析
（1）数据
下表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况（初始时氮气和氢气的体积比是1∶3）。
温度 /℃ 氨的含量/％
0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
（2）结论
①提高反应速率的条件是　　　　温度、　　　　压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是　　　温度、　　　　压强。
②二者在　　　　这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率。（　　）
（2）增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，可以提高氨的产率。（　　）
（3）充入的N2越多越有利于NH3的合成。（　　）
（4）合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的。（　　）
2.（2025·陕西部分学校高二月考）对于工业合成氨的反应，下列措施有利于加快反应速率的是（　　）
A.降低温度
B.减小N2的浓度
C.及时抽走部分氢气
D.加入适宜的催化剂
3.（2025·台州高二期中）N2和H2生成NH3的反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，其中，N2的分解反应活化能高，反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率，请回答下列问题：
（1）该反应自发的条件是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）有利于提高合成氨平衡产率的条件有：　　　　。
A.低温 B.高温
C.低压 D.高压
E.催化剂
（3）实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773 K左右，压强为3.0×107Pa，原料气中N2和H2的物质的量之比为1∶2.8，分析说明原料气中N2过量的两个理由：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
知识点二　工业合成氨的适宜条件
1.合成氨反应适宜条件的选择
（1）压强
①原理分析：压强越　　　　越好。
②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为　　　　。
③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也 　　　　。
（2）温度
①原理分析：　　　有利于提高原料的平衡转化率。
②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为　　　　℃。
③不采用低温的理由：该温度下催化剂的活性　　　　，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。
（3）催化剂
①选用条件：通常采用加入以　　　　的多成分催化剂，又称　　　　。
②为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过　　　　。
（4）浓度
①选用条件：N2和H2按物质的量之比1∶2.8混合，适时分离出　　　　。
②选择依据：适当提高N2的浓度，来提高　　　　的转化率。
③其他措施：为了提高原料的　　　　，未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2。
2.合成氨生产流程
（1）流程图示
（2）原料气的来源
①氮气：氮气来自空气，从空气中获得氮气通常有两种方法：一是将空气液化、蒸发，分离出氮气；二是将空气中的氧气跟碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳，即得到氮气。
②氢气：氢气用水、煤、天然气、石油等为原料制得。如以焦炭为原料制取氢气，反应可表示为C＋H2O（g）CO＋H2，CO＋H2OCO2＋H2；再如以天然气为原料制取氢气，反应可简单表示为
H2O＋CH4CO＋3H2；
H2O＋COCO2＋H2。
（3）原料气的净化
在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如H2S、CO等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。
3.化学反应的调控
（1）含义
通过改变外界条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。
（2）考虑因素
①结合设备条件、安全操作、经济成本等情况。
②综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。
③是否符合环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
（3）化学反应的调控在工业中的应用
①在硫酸工业中，通过下列反应使SO2 转化为SO3：2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＜0。下表为在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率：
温度 不同压强下SO2的转化率/％
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
②问题探究
a.在实际生产中，选定450 ℃，其原因是什么？
b.根据题表中的数据分析，在实际生产中制取SO3时，采用的压强为常压，为什么不采用高压？
c.在实际生产中，通入过量的空气，其目的是什么？
d.工业合成SO3的适宜条件是什么？
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）在合成氨的实际生产中，压强越大越好。（　　）
（2）铁触媒在合成氨中质量没有改变，因此铁触媒没有参与反应。（　　）
（3）使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可提高原料的利用率。（　　）
（4）在工业生产条件优化时，只考虑经济性就可以。（　　）
2.（教材改编题）合成氨工业中采用循环操作，主要是为了（　　）
A.增大化学反应速率
B.使氨气液化分离，使化学平衡向生成NH3的方向移动
C.提高氮气和氢气的利用率
D.提高平衡混合物中氨的含量
3.NH3是一种重要的工业原料在工农业生产、生活中有着重要作用。以铁为主的催化剂在400～500 ℃和10 MPa～30 MPa的条件下，由N2和H2合成氨。回答下列问题：
（1）下列有关合成氨工业的说法中，正确的是　　　　。（填字母，下同）
A.从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15％，所以生产氨的工厂的效率很低
B.由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C.依据勒夏特列原理，加热是使化学平衡向正反应方向移动
D.合成氨厂采用的压强是10 MPa～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
（2）该反应放热，但仍选择较高温度400～500 ℃，其原因是　　　　。
A.适当提高NH3的合成速率
B.适当提高H2的转化率
C.提高NH3的产率
D.催化剂在500 ℃左右活性最大
1.由丙烯合成正丁醛的反应：CH3CHCH2（g）＋CO（g）＋H2（g）CH3CH2CH2CHO（l）
ΔH＜0，为增大反应速率和提高原料气的转化率，你认为应该采用的适宜反应条件是（　　）
A.低温、高压、催化剂
B.适当的温度、高压、催化剂
C.常温、常压、催化剂
D.适当的温度、常压、催化剂
2.下列图示中，能正确表示合成氨反应的反应速率与温度的关系的是（　　）
3.（鲁科版改编题）煤的液化是获得洁净燃料的一种形式，主要是将煤转化成乙醇（C2H5OH）。有人设想先用煤与水蒸气反应生成CO，再通过下面的反应实现煤的液化：2CO（g）＋4H2（g）C2H5OH（g）＋H2O（l）　ΔH＝－1 709.2 kJ·mol－1。要利用这个反应进行工业化生产，应采取的措施有　　　 　　　　　　　　、
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等。
4.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
（1）写出X的化学式　　　　。
（2）图中条件选定的主要原因是　　　　（填字母，下同）。
A.温度、压强对化学平衡的影响
B.铁触媒在该温度时活性大
C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
（3）如图所示为工业合成氨的流程图。有关说法正确的是　　　　。
　　
A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B.步骤②中“加压”既能加快反应速率，又能提高原料的平衡转化率
C.步骤③有利于增大反应速率也有利于提高原料平衡的转化率
D.产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂
提示：完成课后作业　第二章　第四节
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