高二化学选修三：合成氨反应的实用复习要点

合成氨是高中化学选修三中的核心反应之一，也是工业化学的经典案例。它不只考方程式，更考你对平衡、速率、条件权衡的理解。考试常以选择题、流程分析题出现，掌握这些要点，能直接提分。

反应原理：N + 3H 2NH，放热，气体分子数减少。这意味着降温、增压有利于氨生成。但现实生产中，不能只看平衡，还要看效率。

压强怎么选？

压强越大，平衡越向右移动，反应速率也越快。但设备成本高，安全风险大。工业上一般用10～10 Pa，约100～1000个大气压。这不是为了追求极限转化率，而是平衡了效率和成本。学生容易误以为“压强越高越好”，其实超过10 Pa后，收益递减，得不偿失。

温度怎么控？

温度升高，反应速率加快，这是常识。但合成氨是放热反应，升温会使平衡左移，氨产量下降。实验数据表明，700K左右是折中点：速率够快，转化率还能接受。低于600K，反应太慢；高于800K，氨分解明显。记住这个区间，别死记“低温有利”，要理解“适中才有效”。

催化剂的作用

铁催化剂（FeO + KO、AlO助剂）能降低活化能，让反应在较低温度下快速进行。它不改变平衡位置，但缩短达到平衡的时间。考试中常考“催化剂能否提高产率”，答案是不能。它只管快，不管多。

分离氨气，为什么重要？

反应生成的氨气如果不及时移走，会积累在体系中，推动平衡向左——氨开始分解。工业上采用冷却液化法，把氨从混合气中分离出来，剩余的氮气和氢气循环使用。这个操作，本质是“移走产物，驱动反应继续”。这是勒夏特列原理的直接应用，不是“加料”就能解决的问题。

投料比怎么定？

氮气和氢气的体积比不是1:3，而是1:2.8。为什么？因为氮气更难活化，反应速率慢。多加一点氢气，能提高氮气的转化率。实际生产中，氢气过量5%～10%，是经济最优解。别被课本上的化学计量比骗了，工业讲究的是“实用效率”，不是“理论完美”。

常见误区提醒

- 误以为“催化剂能提高氨的平衡产量” → 错。催化剂只加速达到平衡，不改变平衡点。

- 误以为“温度越低越好” → 错。太低，反应慢到没意义，工厂一天产不出几吨氨。

- 误以为“压强越大越安全” → 错。高压设备维护成本高，泄漏风险大，企业不会无脑加压。

- 误以为“投料比必须1:3” → 错。实际是1:2.8，氢气略多，为了补氮气的“慢”。

考试怎么考？

选择题常考：

- 哪个操作能提高氨的产率？→ 降温、增压、分离氨

- 哪个操作能加快反应速率？→ 升温、增压、加催化剂、增大浓度

- 哪个操作既能加快速率又能提高产率？→ 增压、分离氨（降温只提高产率，不加快速率）

大题常考流程图分析：

- 为什么循环使用未反应气体？→ 提高原料利用率，降低成本

- 为什么用铁催化剂？→ 活性好、价格低、寿命长

- 为什么温度选700K？→ 平衡转化率和反应速率的折中

复习建议

1. 把合成氨反应写在笔记本首页，每天默写一次方程式、条件、影响因素。

2. 画一张表格，左边列“改变条件”，右边列“对速率影响”和“对平衡影响”，对比记忆。

3. 不要背“工业条件”，要理解“为什么是这个值”。比如10 Pa不是随便定的，是经济和工程的极限点。

4. 做题时，看到“合成氨”三个字，立刻想：放热、气体体积减小、催化剂、分离产物、投料比略偏氢。

这题不难，但容易在细节上丢分。真正拉开差距的，是你能不能说出“为什么不是1:3”、“为什么不是500K”、“为什么催化剂不提高产率”。这些，才是高考命题人想考的思维深度。

别只记结论，要懂逻辑。化学不是背书，是解决问题。合成氨这一个反应，能考出你对平衡、速率、成本、工程思维的综合理解。把它吃透，其他可逆反应，思路自然打通。