《1-2人工固氮技術(shù)——合成氨》同步練習(xí)2

1、課題 1人工固氮技術(shù)合成氨同步練習(xí) 2考查點(diǎn)一合成氨適宜條件的選擇1合成氨工業(yè)中控制的反應(yīng)條件應(yīng)()。A溫度越高越好B壓強(qiáng)越大越好C混合氣體中氫氣含量越高越好D所選的催化劑活性越大越好解析工業(yè)合成氨的熱化學(xué)方程式為N2(g) 3H22NH3(g)H 92.4 kJ mol· 1，似乎壓強(qiáng)越大就越有利于平衡向合成氨的方向移動(dòng)，溫度越高達(dá)到平衡的時(shí)間就越短，易錯(cuò)選 A 或 B。實(shí)際上在合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中，壓強(qiáng)不能太大，否則能耗太高，并且對(duì)設(shè)備的要求高。而根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，此反應(yīng)溫度越低越有利于平衡向正方向移動(dòng)，但溫度太低，則催化劑的催化活性不能很好地發(fā)揮，反應(yīng)速率太慢；為解決上述矛盾

2、，一般選擇使催化劑活性最大時(shí)的溫度。答案D2為了進(jìn)一步提高合成氨的生產(chǎn)效率，科研中具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的是()。A研制高溫下活性較大的催化劑B尋求 NH3 的新來(lái)源C研制低溫下活性較大的催化劑D研制耐高溫高壓的新型材料建造合成塔解析合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于提高合成氨的產(chǎn)率。答案C3下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法中，正確的是()。A從合成塔出來(lái)的混合氣體中，氨氣占15%，所以生產(chǎn)氨的工廠的效率都很低B由于氨易液化，N2 和 H2 在實(shí)際生產(chǎn)中循環(huán)使用，所以總體來(lái)說(shuō)，氨的產(chǎn)率很高C合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500 ，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)D我國(guó)合成氨廠采用的壓強(qiáng)是10 30 MPa，因?yàn)?/p>

3、該壓強(qiáng)下鐵觸媒的活性最大解析雖然從合成塔出來(lái)的混合氣體中NH3 只占15%，但由于原料氣N2 和H2 循環(huán)使用和不斷分離出液氨，所以生產(chǎn)NH3的效率還是很高的，因此A項(xiàng)不正確；控制反應(yīng)溫度為500 ，一是為了使反應(yīng)速率不至于很低，二是為了使催化劑活性最大，因此C項(xiàng)不正確；增大壓強(qiáng)有利于NH3 的合成，但壓強(qiáng)越大，需要的動(dòng)力越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高，我國(guó)的合成氨廠一般采用1×107 3×107 Pa，但這并不是因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大，因此D 項(xiàng)不正確。答案B4下列關(guān)于合成氨工業(yè)的敘述可用勒夏特列原理來(lái)解釋的是()。A使用鐵觸媒，使平衡向生成NH3 的方向移

4、動(dòng)B高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)C 500 左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)D合成氨時(shí)采用循環(huán)操作可提高原料的利用率解析合成氨的反應(yīng)特點(diǎn)之一：正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，所以高壓將有利于氨的合成，選項(xiàng)B 符合。答案B5合成氨時(shí)既要使氨的產(chǎn)率增大，又要使反應(yīng)速率加快，可采取的辦法是()。 減壓 加壓 升溫 降溫 及時(shí)從平衡混合氣中分離出NH3 補(bǔ)充 N2或H2 加催化劑 減小 N2 或 H2的量A B C D 解析合成氨反應(yīng)高溫、高壓2NH3(g)H<0的特點(diǎn)為：正反應(yīng)放熱且氣體體N2(g) 3H2(g)催化劑積減小。要使平衡向正

5、反應(yīng)方向移動(dòng)且反應(yīng)速率加快，應(yīng)選C。答案C6合成 NH3 所需的 H2 可由煤與 H2O 反應(yīng)制得， 其中有一步反應(yīng)為 CO(g)H22(g) H2 (g)H<0。欲提高 CO 轉(zhuǎn)化率可采用的方法可能有： 降低溫度； 增大壓強(qiáng) 使用催化劑 增大 CO 的濃度； 增大水蒸氣的濃度，其中正確的組合是()。A B CD解析該可逆反應(yīng)的特點(diǎn)為： 正反應(yīng)為放熱反應(yīng)； 反應(yīng)前后氣體體積不改變。結(jié)合勒夏特列原理可選出答案。答案C7合成氨工業(yè)中，原料氣(N2、 H2、混有少量CO、 NH3)在進(jìn)入合成塔之前，常用醋酸二氨合銅 ( )溶液來(lái)吸收CO，其反應(yīng)為CH3COOCu(NH3)2 CO NH3CH3

6、COOCu(NH3)3 ·CO(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))。(1)必須除去 CO 的原因是 _ 。(2)醋酸二氨合銅()溶液吸收原料氣中CO的適宜條件是_ 。(3)吸收CO后的醋酸銅( )氨溶液經(jīng)適當(dāng)處理又可再生，恢復(fù)其吸收CO 的能力而循環(huán)使用，其再生的條件是_ 。解析合成氨流程中的除雜，是為了除去能使催化劑中毒的物質(zhì)，在合成氨的過(guò)程中必須除去 CO，因?yàn)?CO能使催化劑中毒。從吸收 CO的化學(xué)方程式可得：吸收 CO的反應(yīng)是正反應(yīng)為氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，因此為了使CO盡最大可能被吸收，應(yīng)采取高壓、低溫的辦法使平衡正向移動(dòng)。要使醋酸二氨合銅 ()溶液再生，即使平衡逆向移動(dòng)，故必須采取低壓、

7、高溫的辦法。答案 (1)防止 CO使催化劑中毒(2) 高壓、低溫并于醋酸二氨合銅 ( )溶液中加入較濃氨水(3)低壓、高溫考查點(diǎn)二合成氨的生產(chǎn)過(guò)程及反應(yīng)原理8對(duì)于可逆反應(yīng)N2(g) 3H23(g)H<0，下列說(shuō)法正確的是()。A達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物濃度一定相等B達(dá)到平衡后加入氨氣，重新達(dá)到平衡時(shí)，氨氣的濃度比原平衡時(shí)大C達(dá)到平衡時(shí)，升高溫度加快了吸熱反應(yīng)的速率，降低了放熱反應(yīng)的速率，所以平衡向逆反應(yīng)的方向移動(dòng)D加入催化劑可以縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，這是因?yàn)榧涌炝苏磻?yīng)的速率，而減慢了逆反應(yīng)的速率解析本題往往錯(cuò)選C、 D，原因是對(duì)升高溫度可以使平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)的原因認(rèn)識(shí)不清；對(duì)使用催

8、化劑可縮短到達(dá)平衡所用時(shí)間的原因認(rèn)識(shí)不清；正確選項(xiàng)為B。答案B9合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)：N2(g) 3H23(g)，673 K、30 MPa 下 n(NH3)和 n(H2)隨時(shí)間變化的關(guān)系如下圖所示。下列敘述正確的是()。A點(diǎn) a 的正反應(yīng)速率比點(diǎn)b 的小B點(diǎn) c 處反應(yīng)達(dá)到平衡C點(diǎn) d(t1 時(shí)刻 )和點(diǎn) e(t2 時(shí)刻 )處 n(N2)不一樣D其他條件不變，773 K 下反應(yīng)至t1 時(shí)刻， n(H2)比上圖中d 點(diǎn)的值大解析選項(xiàng) A，在 ab 段可逆反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度在減小，正反應(yīng)速率在降低，故A 項(xiàng)不正確；選項(xiàng)B

9、中， c 點(diǎn)時(shí)NH3 、H2 的物質(zhì)的量仍在變化，故未達(dá)到化學(xué)平衡；選項(xiàng)C 中， t1時(shí)刻和t2時(shí)刻都處于同樣的化學(xué)平衡狀態(tài)，則 n(N2)不變，故C 不正確；選項(xiàng)D 中，由于正反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，升高溫度化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故平衡時(shí)n(H2)比題圖中 d 點(diǎn)的值大，故D 項(xiàng)正確。答案D10哈伯因發(fā)明了由氮?dú)夂蜌錃夂铣砂睔獾姆椒ǘ@得1918 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?，F(xiàn)將氫氣和氮?dú)獬淙肽趁荛]容器中，在一定條件下反應(yīng)的有關(guān)數(shù)據(jù)為：項(xiàng)目H2N2NH3起始時(shí)5 mol ·L 13 mol ·L102 s 末2 mol L· 1(1)氫氣和氮?dú)夥磻?yīng)生成氨氣(在 2 s 內(nèi))

10、的反應(yīng)速率v(H2) _。若此時(shí)已達(dá)平衡，則可求得平衡常數(shù)為_(kāi)。(2)下圖表示合成NH3 反應(yīng)在時(shí)間t0 t6 中反應(yīng)速率與反應(yīng)過(guò)程曲線圖，則在下列達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間段中，化學(xué)平衡常數(shù)最大的一段時(shí)間是 t0 t1 t2 t3t3 t4 t5 t6_。若t1時(shí)改變的條件是升高溫度，則說(shuō)明合成NH3 反應(yīng)的焓變H_0(填 “大于 ”或 “小于 ”)。解析(1)根據(jù)合成氨反應(yīng)3H2(g)N23(g)和表中數(shù)據(jù)，計(jì)算得v(H2) 1.5 mol ·L1·s 1，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為n(H2 ) 2 mol L· 1， n(N2)2 mol L· 1， n

11、(NH3) 2mol ·L 1，即可求出平衡常數(shù)為0.25。(2)由圖可知，從t1 開(kāi)始是化學(xué)反應(yīng)速率增大，而逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，說(shuō)明平衡向左移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減?。粡膖3 開(kāi)始是反應(yīng)速率增大，平衡不移動(dòng)，平衡常數(shù)相等；從t4 開(kāi)始是化學(xué)反應(yīng)速率減少，而逆反應(yīng)速率減小的少，大于正反應(yīng)速率，平衡向左移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故化學(xué)平衡常數(shù)最大的一段是t0 t1。升高溫度，平衡向左移動(dòng)，故正向是放熱反應(yīng)H<0。答案(1)1.5 mol L· 1·s 10.25(2) 小于11氨是重要的氮肥，是產(chǎn)量較大的化工產(chǎn)品之一。課本里介紹的合成氨技術(shù)稱為哈伯法，是德國(guó)人哈伯

12、在1905 年發(fā)明的，其合成原理為：N2(g) 3H22NH3(g)H 92.4 kJ mol· 1他因此獲得了1918 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。試回答下列問(wèn)題：(1)合成氨工業(yè)中采取的下列措施可用勒夏特列原理解釋的是_。A采用較高壓強(qiáng)(20 50 MPa)B采用 500 的高溫C用鐵觸媒作催化劑D將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來(lái)，剩余N2 和 H2 循環(huán)到合成塔中，并補(bǔ)充N2 和 H2(2)下圖是實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)合成氨的簡(jiǎn)易裝置，簡(jiǎn)述檢驗(yàn)有氨氣生成的方法：_ 。(3)在 298 K 時(shí)，將 10 mol N 2 和 30 mol H 2 通入合成塔中，放出的熱量小于924kJ，原因是 _

13、 。(4)1998 年希臘亞里斯多德大學(xué)的Marmellos 和 Stoukides 采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的 SCY陶瓷 (能傳遞 H)，實(shí)現(xiàn)了高溫、常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學(xué)合成氨。其實(shí)驗(yàn)裝置如下圖，則其陰極的電極反應(yīng)式為_(kāi) 。解析(1)勒夏特列原理只解釋平衡移動(dòng)問(wèn)題。(2)根據(jù)氨的性質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。合成氨的反應(yīng)是可逆反應(yīng)。(4)根據(jù)合成氨反應(yīng)中的氧化劑、電解池中陰極反應(yīng)特點(diǎn)及電解質(zhì)成分進(jìn)行分析。答案(1)AD(3)(2)用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙放在管口處，若試紙變藍(lán)則說(shuō)明有氨氣生成(3)該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，10 mol N 2 與 30 mol H 2 不可能完全反應(yīng)，所以放出的熱量小于10×92

14、.4 kJ 924 kJ(4)N26H 6e =2NH312四川有豐富的天然氣資源，以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如下圖所示(圖中某些轉(zhuǎn)化步驟及生成物未列出)：請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白：(1)已知 0.5 mol 甲烷與 0.5 mol 水蒸氣在t 、 p kPa 時(shí)，完全反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣 (合成氣 )，吸收了a kJ 熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是：_ 。(2)在合成氨的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常采取的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中及時(shí)分離出來(lái)，并將分離出氨后的氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，同時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃?。?qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的觀點(diǎn)說(shuō)明采取該措施的理由：_ 。(3)當(dāng)甲烷合成氨氣的轉(zhuǎn)化率為75%時(shí)

15、，以 5.60 × 107甲L烷為原料能夠合成_L 氨氣。 (假設(shè)體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定)(4)已知尿素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，請(qǐng)寫(xiě)出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式： _ ； _ 。解析(1)0.5 mol CH4 完全反應(yīng)吸收a kJ熱量，則 1 mol CH4 完全反應(yīng)吸收2a kJ 熱量，熱化學(xué)方程式為CH4(g)H2O(g)=CO(g) 3H2(g)H 2a kJ mol· 1。(2)采用循環(huán)操作有利于增大反應(yīng)物濃度，增大反應(yīng)速率，提高轉(zhuǎn)化率；減少NH3 濃度有利于平衡正向移動(dòng)。(3)由反應(yīng)化學(xué)方程式可求轉(zhuǎn)化關(guān)系1CH4 3H2 2NH3，V(NH3) 5.60

16、 × 107 L × 75%×28.4× 107L。(4)可先寫(xiě)出結(jié)構(gòu)，再與其余基團(tuán)連接。可寫(xiě)出異構(gòu)體和 NH4N C O 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。答案t p kPaH 2a kJ· mol 1(1)CH4(g) H2O(g)=CO(g) 3H2(g)(2) 增大氮?dú)夂蜌錃獾臐舛扔欣谠龃蠓磻?yīng)速率；減小氨氣的濃度、增大氮?dú)夂蜌錃獾臐舛染欣谄胶庀蛘磻?yīng)方向移動(dòng)(3)8.4× 107(4) NH 4N CO考查點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)室合成氨13如圖所示 “合成氨 ”的演示實(shí)驗(yàn) (夾持儀器均已省略 )。在 Y 形管的一側(cè)用 Zn 粒和稀 H2SO4 反應(yīng)制取 H

17、2，另一側(cè)用 NaNO2 固體和 NH4Cl 飽和溶液反應(yīng)制取 N2， N2 和 H2 混合后通過(guò)還原鐵粉來(lái)合成 NH3，再將產(chǎn)生的氣體通入酚酞試液中， 若酚酞試液變紅， 則說(shuō)明產(chǎn)生了氨氣。某課外活動(dòng)小組通過(guò)查閱資料和多次實(shí)驗(yàn)，得到了如下信息：信息一： NaNO2 固體和飽和NH4Cl 溶液混合加熱的過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng)： NaNO 2 NH4Cl=NH4NO2 NaCl NH 4NO2=NH3 HNO2 2HNO 2=N2O3 H2O 2NH 3 N2O3=2N23H2O信息二：查閱資料，不同體積比的N2、H2 混合氣體在相同實(shí)驗(yàn)條件下合成氨，使酚酞試液變紅所需要的時(shí)間如下：N2 和 H2 的

18、體積比5 13 11 11 31 5酚酞變紅色所需時(shí)間 /min8 97 86 73 49 10據(jù)此回答下列問(wèn)題：(1)Y 形管左側(cè)管中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_。(2) 鐵 粉 撒 在 石 棉 絨 上 的 目 的 是 _ 。(3)課外活動(dòng)小組的同學(xué)們認(rèn)為，該實(shí)驗(yàn)中即使酚酞變紅也不能說(shuō)明N2 和 H2 反應(yīng)合成了NH3，得出此結(jié)論的理由是_。請(qǐng)你另設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的理由_。欲解決這一問(wèn)題， 可以選用下圖中的 _裝置連接在原裝置中的_和_之間。(4)在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為盡快觀察到酚酞試液變紅的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，應(yīng)該控制N2 和 H2 的體積比為_(kāi)比較適宜；但該裝置還難以實(shí)現(xiàn)此目的，原因是_ 。(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通入試管C 中的氣體成分有 _。解析 (1)根據(jù) Y 形管右側(cè)管需加熱，說(shuō)明右側(cè)管反應(yīng)制取N2，左側(cè)管反應(yīng)制取 H2。(2)鐵粉撒在石棉絨上的目的是增大與混合氣體的接觸面積，從而提高催化效率， 增大反應(yīng)速率。 (3)因?yàn)?NH4NO2 分解可產(chǎn)生NH3，所以不能證明 N2 和 H2 反應(yīng)生成了NH3。直接將 Y 形管中混合氣體通入酚酞試液，若試液