《2025年高中总复习优化设计高中化学》

3. 工业合成氨反应的适宜条件
(1) 理论分析
增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量对反应条件的要求不尽相同：

(2) 实际工业合成氨反应的适宜条件
① 压强$\begin{cases}低压(1×10^{7}Pa)\\中压(2×10^{7}\sim3×10^{7}Pa)\\高压(8.5×10^{7}\sim1×10^{8}Pa)\end{cases}$根据反应器具体情况来选择压强
② 温度：$700K$左右。
③ 催化剂：以铁为主体的多成分催化剂。
④ 浓度：$N_{2}$与$H_{2}$的投料比(物质的量之比)为$1:2.8$。

答案： 3.
(1)增大反应物浓度 高温 高压 增大反应物浓度、减小生成物浓度 低温 高压 无影响
(2)③铁

例1 向一容积为$2L$的恒容密闭容器中充入$1molN_{2}$和$4molH_{2}$，在一定温度下发生反应：$N_{2}(g)+3H_{2}(g)\rightleftharpoons 2NH_{3}(g)$ $\Delta H ＜ 0$。$10s$时达到平衡，$c(NH_{3})$为$0.4mol\cdot L^{-1}$。下列说法正确的是(C)

A.该反应达到平衡时$H_{2}$的转化率为$40\%$
B.降低温度能使混合气体的密度增大
C.向该容器中充入$N_{2}$，平衡正向移动
D.研发高效催化剂可大大提高$NH_{3}$的产率

答案： 例1 C 解析 A项，根据题中数据可知，NH₃的生成量为0.8mol，则H₂的减少量为1.2mol，α(H₂)=$\frac{1.2mol}{4mol}$×100% = 30%；B项，降温，平衡正向移动，但气体总质量不变，容器容积不变，则密度不变；C项，容积不变，充入N₂，c(N₂)增大，平衡正向移动；D项，催化剂不能使平衡发生移动，因此各物质的转化率不变、产率不变。

[对点训练1] 哈伯法合成氨的反应原理为$N_{2}(g)+3H_{2}(g)\underset{催化剂}{\overset{高温、高压}{\rightleftharpoons}}2NH_{3}(g)$，新研制的催化剂可使该反应在常温、常压下进行，以氮气和氢气为反应物的燃料电池是利用氮气的一种新方法。下列有关哈伯法合成氨反应的说法正确的是(C)

A.若该反应能自发进行，则$\Delta H ＞ 0$
B.选用高效催化剂，可降低该反应的$\Delta H$
C.其他条件不变，增大起始$n(N_{2}):n(H_{2})$的比值，可提高$H_{2}$的平衡转化率
D.提高体系的压强可增大反应的化学平衡常数

答案： 对点训练1 C 解析 A项，该反应为熵减小的反应，若该反应能自发进行，则ΔH＜0，错误；B项，催化剂不能改变反应的ΔH，错误；C项，其他条件不变，增大起始n(N₂)∶n(H₂)的比值，即相当于氢气量不变时，增加氮气的用量，平衡正向移动，可提高H₂的平衡转化率，正确；D项，化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，错误。

例2（2023·辽宁卷，18节选）接触法制硫酸的关键反应为$SO_{2}$的催化氧化：
$SO_{2}(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)\rightleftharpoons SO_{3}(g)$ $\Delta H=-98.9kJ\cdot mol^{-1}$
(1) 为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率$(\alpha)$下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是cd(填字母)。

a. 温度越高，反应速率越大
b. $\alpha = 0.88$的曲线代表平衡转化率
c. $\alpha$越大，反应速率最大值对应温度越低
d. 可根据不同$\alpha$下的最大速率，选择最佳生产温度
(2) 为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是______（填字母）。

答案： 例2 答案
(1)cd
(2)d
解析
(1)该反应为放热反应。从图像看，随着温度升高，反应速率先增大后减小，a错误；随着温度升高，反应的转化率应逐渐减小，图像中曲线为不同温度下的等转化率下的反应速率曲线，b错误；由题图可知，转化率越高对应的反应速率最高的温度越低，c正确；结合图像的转化率与速率最高的温度可选取最佳生产温度，d正确。
(2)结合图像可知，相对于a、b、c、d对应的催化剂随着温度的升高，SO₂的转化率升高得快，达到一定温度后趋于平缓。