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
从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，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
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
(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
反应条件对化学反应
速率的影响
对平衡混合物中
氨含量的影响
合成氨条件的选择
增大压强增大反应
速率
平衡正向移动，提高平
衡混合物中氨的含量
压强增大，有利于氨的合成，
但需要动力大，对材料、设
备的要求高。

故采用10～30
MPa的高压
升高温度增大反
应速率
平衡逆向移动，降低平
衡混合物中氨的含量
温度要适宜，既要保证反应
有较快的速率，又要使反应
物的转化率不能太低。

故采
用400～500 ℃左右的温度，
并且在该温度下催化剂的活
性最大
使用催化剂增大反
应速率
没有影响
工业上一般选用铁触媒作催
化剂
(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：
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)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。

一定条件下向NH4HS 溶液中通入空气，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：
①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2 kJ· mol－1
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是________。

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H2产量。

若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，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NH3体积分数的关系。

根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________。

(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，NH3物质的量变化的曲线示意图。

(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 4HS 被空气中氧气氧化，将－2价S 元素氧化成S ，同时生成一水合氨，其反应方程式为2NH 4HS ＋O 2=====一定条件
2NH 3·H 2O ＋2S ↓。

(2)结合反应特点，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 2增加的量没有水蒸气增加的量多，H 2的百分含量减少，b 项错误；加入催化剂平衡不移动，H 2的百分含量不变，c 项错误；降低压强反应速率减慢，d 项错误。

根据“三段式”法有： CO(g)＋H 2O(g)
CO 2(g)＋H 2(g)
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0.18 mol
0.2 mol ×100%＝90%。

(3)根据“三段式”法有 N 2 ＋ 3H 2
2NH 3
开始(mol) 1 3 0 转化(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 1－x 3－3x 2x 2x 4－2x
×100%＝42%，解之，x ＝42
71， 所以N 2的平衡体积分数
1－4271
4－2×
4271
×100%＝14.5%。

(4)由于N 2(g)＋3H 2(g)
2NH 3(g) ΔH <0，反应开始时，温度大于零，随着
反应进行，达到平衡前NH 3的物质的量增加，达到平衡后，温度升高，平衡逆向移动，NH 3的物质的量将减少，图示见答案。

(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 2和H 2进行预热。

合成氨的正反应是气体物质的量减少的放热反应，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 2、H 2循环使用，提高原料转化率。

答案 (1)2NH 4HS ＋O 2=====一定条件
2NH 3·H 2O ＋2S ↓ (2)a 90% (3)14.5% (4)
(5)Ⅳ 对原料气加压，分离液氨，未反应的N 2、H 2循环使用。