高二化學(xué)選修三：合成氨反應(yīng)的實(shí)用復(fù)習(xí)要點(diǎn)

合成氨是高中化學(xué)選修三中的核心反應(yīng)之一，也是工業(yè)化學(xué)的經(jīng)典案例。它不只考方程式，更考你對平衡、速率、條件權(quán)衡的理解。考試常以選擇題、流程分析題出現(xiàn)，掌握這些要點(diǎn)，能直接提分。

反應(yīng)原理：N + 3H 2NH，放熱，氣體分子數(shù)減少。這意味著降溫、增壓有利于氨生成。但現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，不能只看平衡，還要看效率。

壓強(qiáng)怎么選？

壓強(qiáng)越大，平衡越向右移動，反應(yīng)速率也越快。但設(shè)備成本高，安全風(fēng)險(xiǎn)大。工業(yè)上一般用10～10 Pa，約100～1000個大氣壓。這不是為了追求極限轉(zhuǎn)化率，而是平衡了效率和成本。學(xué)生容易誤以為“壓強(qiáng)越高越好”，其實(shí)超過10 Pa后，收益遞減，得不償失。

溫度怎么控？

溫度升高，反應(yīng)速率加快，這是常識。但合成氨是放熱反應(yīng)，升溫會使平衡左移，氨產(chǎn)量下降。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，700K左右是折中點(diǎn)：速率夠快，轉(zhuǎn)化率還能接受。低于600K，反應(yīng)太慢；高于800K，氨分解明顯。記住這個區(qū)間，別死記“低溫有利”，要理解“適中才有效”。

催化劑的作用

鐵催化劑（FeO + KO、AlO助劑）能降低活化能，讓反應(yīng)在較低溫度下快速進(jìn)行。它不改變平衡位置，但縮短達(dá)到平衡的時間。考試中常考“催化劑能否提高產(chǎn)率”，答案是不能。它只管快，不管多。

分離氨氣，為什么重要？

反應(yīng)生成的氨氣如果不及時移走，會積累在體系中，推動平衡向左——氨開始分解。工業(yè)上采用冷卻液化法，把氨從混合氣中分離出來，剩余的氮?dú)夂蜌錃庋�環(huán)使用。這個操作，本質(zhì)是“移走產(chǎn)物，驅(qū)動反應(yīng)繼續(xù)”。這是勒夏特列原理的直接應(yīng)用，不是“加料”就能解決的問題。

投料比怎么定？

氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比不是1:3，而是1:2.8。為什么？因?yàn)榈獨(dú)飧�難活化，反應(yīng)速率慢。多加一點(diǎn)氫氣，能提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率。實(shí)際生產(chǎn)中，氫氣過量5%～10%，是經(jīng)濟(jì)最優(yōu)解。別被課本上的化學(xué)計(jì)量比騙了，工業(yè)講究的是“實(shí)用效率”，不是“理論完美”。

常見誤區(qū)提醒

- 誤以為“催化劑能提高氨的平衡產(chǎn)量” → 錯。催化劑只加速達(dá)到平衡，不改變平衡點(diǎn)。

- 誤以為“溫度越低越好” → 錯。太低，反應(yīng)慢到?jīng)]意義，工廠一天產(chǎn)不出幾噸氨。

- 誤以為“壓強(qiáng)越大越安全” → 錯。高壓設(shè)備維護(hù)成本高，泄漏風(fēng)險(xiǎn)大，企業(yè)不會無腦加壓。

- 誤以為“投料比必須1:3” → 錯。實(shí)際是1:2.8，氫氣略多，為了補(bǔ)氮?dú)獾摹奥�”�?/p>

考試怎么考？

選擇題常考：

- 哪個操作能提高氨的產(chǎn)率？→ 降溫、增壓、分離氨

- 哪個操作能加快反應(yīng)速率？→ 升溫、增壓、加催化劑、增大濃度

- 哪個操作既能加快速率又能提高產(chǎn)率？→ 增壓、分離氨（降溫只提高產(chǎn)率，不加快速率）

大題常考流程圖分析：

- 為什么循環(huán)使用未反應(yīng)氣體？→ 提高原料利用率，降低成本

- 為什么用鐵催化劑？→ 活性好、價(jià)格低、壽命長

- 為什么溫度選700K？→ 平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率的折中

復(fù)習(xí)建議

1. 把合成氨反應(yīng)寫在筆記本首頁，每天默寫一次方程式、條件、影響因素。

2. 畫一張表格，左邊列“改變條件”，右邊列“對速率影響”和“對平衡影響”，對比記憶。

3. 不要背“工業(yè)條件”，要理解“為什么是這個值”。比如10 Pa不是隨便定的，是經(jīng)濟(jì)和工程的極限點(diǎn)。

4. 做題時，看到“合成氨”三個字，立刻想：放熱、氣體體積減小、催化劑、分離產(chǎn)物、投料比略偏氫。

這題不難，但容易在細(xì)節(jié)上丟分。真正拉開差距的，是你能不能說出“為什么不是1:3”、“為什么不是500K”、“為什么催化劑不提高產(chǎn)率”。這些，才是高考命題人想考的思維深度。

別只記結(jié)論，要懂邏輯。化學(xué)不是背書，是解決問題。合成氨這一個反應(yīng)，能考出你對平衡、速率、成本、工程思維的綜合理解。把它吃透，其他可逆反應(yīng)，思路自然打通。