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素养说明：化学平衡在化工生产中有非常重要的应用，尤其是控制合适的反应条
件使平衡向着理想的方向移动，是近几年高频考点，充分体现了学以致用的原则
1.总体原则
(1)化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又
从化学平衡移动分析
要注意二者影响的矛盾性
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，
从原料的利用率分析
从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制
(2)平衡类问题需考虑的几个方面
①原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
②原料的循环利用。
③产物的污染处理。
④产物的酸碱性对反应的影响。
⑤气体产物的压强对平衡造成的影响。
⑥改变外界条件对多平衡体系的影响。
2.典型实例——工业合成氨
(1)反应原理
N (g)＋3H (g) 2NH (g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
2 2 3
(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气
体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(3)反应条件的选择
对平衡混合物中
对化学反应
反应条件 合成氨条件的选择
速率的影响
氨含量的影响
增大 增大反应 平衡正向移动，提高平 压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、
衡混合物中氨的含量 设备的要求高。故采用10～
压强 速率
30 MPa的高压
温度要适宜，既要保证反应
有较快的速率，又要使反应
升高 增大反
平衡逆向移动，降低平 物的转化率不能太低。故采
温度 应速率
衡混合物中氨的含量 用400～500 ℃左右的温度，
并且在该温度下催化剂的活
性最大
使用 增大反
工业上一般选用铁触媒作催
没有影响
化剂
催化剂 应速率
(4)原料气的充分利用
合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环
操作的方法可提高原料的利用率。
[题型专练]
1.某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g) 2M(g) ΔH＜0。下列有关该工业
生产的说法中正确的是( )
A.这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行
B.若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率
C.工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D.工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率
解析 这是一个放热的熵减反应，只有当ΔH－TΔS＜0时，该反应才能自发进行，
A错误；加入过量的B，可以提高A的转化率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，
反应物的转化率降低，C错误；使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生
移动，不能提高反应物的转化率，D错误。
答案 B
2.(天津高考)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：
N (g)＋3H (g) 2NH (g)ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
2 2 3
一种工业合成氨的简易流程图如下：(1)天然气中的H S杂质常用氨水吸收，产物为NH HS。一定条件下向NH HS溶
2 4 4
液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：
_____________________________________________________________________
(2)步骤Ⅱ中制氢气原理如下：
①CH (g)＋H O(g) CO(g)＋3H (g)ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1
4 2 2
②CO(g)＋H O(g) CO (g)＋H (g)ΔH＝－41.2 kJ· mol－1
2 2 2
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H 百分含量，又能加快反应速率的措施是
2
________。
a.升高温度 B.增大水蒸气浓度
c.加入催化剂 D.降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H 产量。若1 mol CO和H 的混合气体
2 2
(CO的体积分数为20%)与H O反应，得到1.18 mol CO、CO 和H 的混合气体，
2 2 2
则CO转化率为________。
(3)图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH 体积分数的关
3
系。根据图中a点数据计算N 的平衡体积分数：________。
2
(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标系中，画出一定条件下的密闭容器
内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH 物质的量变化的曲线示意图。
3
(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序
号 )________ 。 简 述 本 流 程 中 提 高 合 成 氨 原 料 总 转 化 率 的 方 法 ：
_____________________________________________________________________
_
_____________________________________________________________________。
解析 (1)依据题意，NH HS被空气中氧气氧化，将－2价S元素氧化成S，同时生
4
成一水合氨，其反应方程式为2NH HS＋O =====2NH ·H O＋2S↓。(2)结合反应
4 2 3 2
特点，正反应方向是气体物质的量增大的吸热反应，若要加快反应速率又增加H
2
的百分含量，可升高温度，a项正确；增加水蒸气浓度，能加快反应速率，使平衡正
向移动，但H 增加的量没有水蒸气增加的量多，H 的百分含量减少，b项错误；加
2 2
入催化剂平衡不移动，H 的百分含量不变，c项错误；降低压强反应速率减慢，d
2
项错误。根据“三段式”法有：
CO(g)＋H O(g) CO (g)＋H (g)
2 2 2
开始(mol) 0.2 0 0.8
转化(mol) x x x
一定时间(mol) 0.2－x x 0.8＋x
则0.2－x＋x＋0.8＋x＝1.18，解得x＝0.18，故CO转化率为×100%＝90%。
(3)根据“三段式”法有
N ＋ 3H 2NH
2 2 3
开始(mol) 1 3 0
转化(mol) x 3x 2x
平衡(mol) 1－x 3－3x 2x
×100%＝42%，解之，x＝，
所以N 的平衡体积分数×100%＝14.5%。
2
(4)由于N (g)＋3H (g) 2NH (g) ΔH<0，反应开始时，温度大于零，随着反
2 2 3
应进行，达到平衡前NH 的物质的量增加，达到平衡后，温度升高，平衡逆向移动，
3
NH 的物质的量将减少，图示见答案。
3
(5)根据流程图可知，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是Ⅳ(热交换)
用合成氨放出热量对N 和H 进行预热。合成氨的正反应是气体物质的量减少的
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放热反应，为提高合成氨原料总转化率，又不降低反应速率，可采取对原料加压、
分离液氨，使化学平衡正向移动，同时对未反应的N 、H 循环使用，提高原料转
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化率。答案 (1)2NH HS＋O =====2NH ·H O＋2S↓
4 2 3 2
(2)a 90%
(3)14.5%
(4)
(5)Ⅳ 对原料气加压，分离液氨，未反应的N 、H 循环使用
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