高中化學(xué)魯科版化學(xué)與技術(shù)主題一空氣資源氨的合成單元測試學(xué)業(yè)分層測評(píng)2

學(xué)業(yè)分層測評(píng)(二)(建議用時(shí)：45分鐘)[學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)]1．合成氨工業(yè)上采用循環(huán)操作主要是為了()A．加快反應(yīng)速率B．提高NH3的平衡濃度C．降低NH3的沸點(diǎn)D．提高N2和H2的利用率【解析】循環(huán)操作后增大了反應(yīng)物N2和H2的濃度，加快了反應(yīng)速率，提高了NH3的平衡濃度，但主要是提高N2和H2的利用率，不至于浪費(fèi)原料?！敬鸢浮緿2．合成氨過程中為提高原料氫氣的轉(zhuǎn)化率而所采取的下列措施中不正確的是()A．不斷將NH3分離出來 B．使用過量的N2C．采用高溫 D．采用高壓【解析】由N2＋3H22NH3的特點(diǎn)可知，高溫平衡左移不利于提高H2的轉(zhuǎn)化率。高壓和減小NH3的濃度均使平衡右移。使用過量的N2有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率?！敬鸢浮緾3．對于合成氨的反應(yīng)來說，使用催化劑和施以高壓，下列敘述中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：28920007】A．都能提高反應(yīng)速率，都對化學(xué)平衡無影響B(tài)．都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C．都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有壓強(qiáng)對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響D．催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，而壓強(qiáng)無此作用【解析】對化學(xué)反應(yīng)N2＋3H22NH3，催化劑只能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。高壓能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的反應(yīng)方向移動(dòng)。【答案】C4．已知焦炭、一氧化碳和烴類化合物都能與水反應(yīng)產(chǎn)生合成尿素[CO(NH2)2]的原料——?dú)錃夂投趸迹瑥某浞掷迷系慕嵌瓤紤]，用下列物質(zhì)生產(chǎn)H2和CO2最為合適的是()A．C B．COC．天然氣 D．石腦油(C5H12、C6H14)【解析】生產(chǎn)出的H2用于合成NH3，N2＋3H2eq\o(,\s\up8(高溫、高壓),\s\do8(催化劑))2NH3。再由NH3與CO2合成尿素。由此，可找出H2與CO2的關(guān)系式：3H2～2NH3～CO2。分別寫出備選項(xiàng)中各物質(zhì)與H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式：A項(xiàng)C＋H2Oeq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(高溫))H2＋CO，CO＋H2O=H2＋CO2總反應(yīng)方程式為：C＋2H2O=2H2＋CO2；B項(xiàng)CO＋H2Oeq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(高溫))H2＋CO2；C項(xiàng)CH4＋2H2Oeq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())4H2＋CO2；D項(xiàng)C5H12＋10H2Oeq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())16H2＋5CO2，C6H14＋12H2Oeq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())19H2＋6CO2。產(chǎn)物中，n(H2)∶n(CO2)最接近3∶1的最合適?！敬鸢浮緿5．反應(yīng)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可變?nèi)莘e的密閉容器中進(jìn)行，下列條件的改變對其反應(yīng)速率幾乎無影響的是()①增加C的量②將容器的體積縮小一半③保持體積不變，充入N2使體系壓強(qiáng)增大④保持壓強(qiáng)不變，充入N2使容器體積變大A．①④ B．②③C．①③ D．②④【解析】增加固體的量、恒容時(shí)充入與反應(yīng)無關(guān)的氣體，都對反應(yīng)速率無影響。④相當(dāng)于減壓，反應(yīng)速率減小?！敬鸢浮緾6．合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，氨氣的百分含量與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖，判斷合成氨工業(yè)最有前途的研究發(fā)展方向是()A．研究耐高壓的合成塔B．研制低溫催化劑C．提高分離技術(shù)D．探索不用氫氮合成氨的新途徑【答案】B7．用焦炭、空氣、水為原料制備NH3，則參加反應(yīng)的焦炭與產(chǎn)品氨氣之間的物質(zhì)的量之比為()A．3∶4 B．3∶2C．2∶3 D．1∶2【解析】由反應(yīng)：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())CO＋H2，CO＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())CO2＋H2，N2＋3H2eq\o(=,\s\up8(高溫、高壓),\s\do8(催化劑))2NH3可得：C～2H2～eq\f(4,3)NH3?！敬鸢浮緼8．合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，673K、30MPa下n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示。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，773K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】D9．將V1L的H2和V2L的N2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡后，混合氣體總體積為V3LA．(V1＋V2＋V3)L B．(V1＋V2－V3)LC．(V1＋V2－2V3)L D．[V3－(V1＋V2)]L【解析】根據(jù)差量法計(jì)算。由N2＋3H22NH3，可知NH3～ΔV(減少)，因ΔV＝(V1＋V2－V3)L，故V(NH3)＝ΔV＝(V1＋V2－V3)L?！敬鸢浮緽[能力提升]10．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H2，另一側(cè)用NaNO2固體和NH4Cl飽和溶液反應(yīng)制取N2，N2和H2混合后通過還原鐵粉來合成NH3，再將產(chǎn)生的氣體通入酚酞試液中，若酚酞試液變紅，則說明產(chǎn)生了氨氣。某課外活動(dòng)小組通過查閱資料和多次實(shí)驗(yàn)，得到了如下信息：信息一：NaNO2固體和飽和NH4Cl溶液混合加熱的過程中發(fā)生如下反應(yīng)：①NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up8(△),\s\do8())NH4NO2＋NaCl②NH4NO2eq\o(=,\s\up8(△))NH3↑＋HNO2③2HNO2eq\o(=,\s\up8(△))N2O3↑＋H2O④2NH3＋N2O3eq\o(=,\s\up8(△))2N2＋3H2O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明N2和H2反應(yīng)合成了NH3，得出此結(jié)論的理由是。請你另設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的理由________________________________________________________________________。欲解決這一問題，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_______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)镹H4NO2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，若試液變紅，則理由成立，否則理由不成立。在A、B之間加一個(gè)除NH3的裝置，排除了NH3的干擾。(4)由表可知V(N2)∶V(H2)＝1∶3時(shí)，反應(yīng)最快，在Y形管中，無法控制氣體的體積。(5)氣體成分中有生成的NH3，同時(shí)還有未反應(yīng)的N2、H2?！敬鸢浮?1)Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑(2)增大混合氣體與催化劑的接觸面積，使反應(yīng)進(jìn)行得更快(3)從分步反應(yīng)可知，產(chǎn)生N2的過程中，有可能直接產(chǎn)生氨氣將混合加熱產(chǎn)生的氣體直接通入酚酞試液，若試液變紅，則說明理由成立；否則，說明理由不成立③AB(4)1∶3無法控制通入B中N2和H2的體積比(5)NH3、N2、H211．合成氨工業(yè)的主要反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，回答下列問題。(1)原料N2不能用空氣代替，而必須用純N2，這是因?yàn)開_________________。H2來自水和焦炭，有關(guān)的化學(xué)方程式為：_____________________________________________________________________________________________。原料氣體必須經(jīng)過凈化的原因是___________________________________。(2)在合成塔中合成氨要在高溫、高壓和有催化劑的條件下進(jìn)行，試分析各反應(yīng)條件的作用：溫度(500℃________________________________________________________________。壓強(qiáng)(5×107Pa)___________________________________________________。催化劑(鐵觸媒)__________________________________________________。(3)從合成塔里出來的混合氣體中含15%的氨。①若N2和H2的轉(zhuǎn)化率相等，則轉(zhuǎn)化率為________。②工業(yè)上采用________法將氨分離出來?！窘馕觥?3)利用“三段式”進(jìn)行分析。由于N2和H2轉(zhuǎn)化率相等，則二者起始投料物質(zhì)的量比為1∶3。N2(g)＋3H2(g)2NH3起始(mol)130轉(zhuǎn)化(mol)x3x2x平衡(mol)1－x3－3x2x則eq\f(2x,4－2x)×100%＝15%，解得x＝，轉(zhuǎn)化率為eq\fmol,1mol)×100%＝%?！敬鸢浮?1)空氣中的O2與H2混合加熱會(huì)發(fā)生爆炸C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())CO(g)＋H2(g)，CO(g)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(△))CO2(g)＋H2(g)除去原料氣中的雜質(zhì)，防止催化劑中毒(2)加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間且催化劑在此溫度下活性最大既加快反應(yīng)速率，也能促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高NH3在平衡混合物中的百分含量加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間(3)①%②冷凝12．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，是德國人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－kJ·mol－1，他因此獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。試回答下列問題：【導(dǎo)學(xué)號(hào)：28920008】(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)(20～50MPa)B．采用500℃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，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)合成氨的簡易裝置，簡述檢驗(yàn)有氨氣生成的方法：____________________________________________________________________。(3)在298K時(shí)，將10molN2和30molH2通入合成塔中，放出的熱量小于924kJ，原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(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__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)勒·夏特列原理只解釋平衡移動(dòng)問題。(2)根據(jù)氨的性質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。(3)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(2)用濕潤的紅色石蕊試紙放在管口處，若試紙變藍(lán)則說明有氨氣生成(3)該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，10molN2與30molH2不可能完全反應(yīng)，所以放出的熱量小于10×kJ＝924kJ(4)N2＋6H＋＋6e－=2NH313．Ⅰ.合成氨工業(yè)對化學(xué)的國防工業(yè)具有重要意義。寫出氨的兩種重要用途__________________________________________________________________。Ⅱ.實(shí)驗(yàn)室制備氨氣，下列方法中適宜選用的是________________。①固態(tài)氯化銨加熱分解②固體氫氧化鈉中滴加濃氨水③氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱④固態(tài)氯化銨與氫氧化鈣混合加熱Ⅲ.為了在實(shí)驗(yàn)室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設(shè)計(jì)了如下裝置(圖中夾持裝置均已略去)。[實(shí)驗(yàn)操作]①檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性后，關(guān)閉彈簧夾a、b、c、d、e。在A中加入鋅粒，向長頸漏斗注入一定量稀硫酸。打開彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣發(fā)生。在F出口處收集氫氣并檢驗(yàn)其純度。②關(guān)