《課題2人工固氮技術(shù)——合成氨》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《課題2人工固氮技術(shù)——合成氨（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第1單元 課題2 (本欄目?jī)?nèi)容，在學(xué)生用書(shū)中以活頁(yè)形式分冊(cè)裝訂！) 一、選擇題 1．合成氨所需的原料是(　　) ①水?、诳諝狻、劢固俊、荑F觸媒 A．①②　　　　　　　　　　 B．②③ C．①②③ D．全部 【解析】　鐵觸媒是合成氨的催化劑，不屬于原料。 【答案】　C 2．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：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，似乎壓強(qiáng)越大就越有利于平衡向合成

2、氨的方法移動(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，一般選擇使催化劑活性最大時(shí)的溫度。 【答案】　D 3．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生產(chǎn)效

3、率。 【答案】　C 4．已知焦炭、一氧化碳和烴類化合物都能與水反應(yīng)產(chǎn)生合成尿素的原料——?dú)錃夂投趸?，從充分利用原料的角度考慮，用下列物質(zhì)生產(chǎn)H2和CO2最為合適的是(　　) A．C B．CO C．天然氣 D．石腦油(C5H12、C6H14) 【解析】　生產(chǎn)出的H2用于合成NH3： N2＋3H22NH3 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(xiě)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＋H2OH2＋CO，CO＋H2OH2＋CO2總反應(yīng)方程式為：C＋2H2O2H2＋CO2；B項(xiàng)CO＋H2OH2＋CO2；C

4、項(xiàng)CH4＋2H2O4H2＋CO2；D項(xiàng)C5H12＋10H2O16H2＋5CO2，C6H14＋12H2O19H2＋6CO2。產(chǎn)物中，n(H2)∶n(CO2)最接近3∶1的最合適。 【答案】　D 5．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)樵搲簭?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

5、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選項(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1×107～3×107Pa，但這并不是因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大，因此，D選項(xiàng)不正確。 【答案】　B 6．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(duì)其反應(yīng)速率幾乎無(wú)影響的是(　　) ①增加C的量?、趯⑷萜鞯捏w

6、積縮小一半?、郾３煮w積不變，充入N2使體系壓強(qiáng)增大?、鼙３謮簭?qiáng)不變，充入N2使容器體積變大 A．①④ B．②③ C．①③ D．②④ 【解析】　增加固體的量，恒容時(shí)充入與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體，都對(duì)反應(yīng)速率無(wú)影響。④相當(dāng)于減壓，反應(yīng)速率減小。 【答案】　C 7．對(duì)于可逆反應(yīng)N2(氣)＋3H2(氣)2NH3(氣)　ΔH<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

7、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】　往往錯(cuò)選C、D，原因：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】　B 8．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)＋3H2(g)2NH3(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，77

8、3 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，故選項(xiàng)A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)的值要大，故選項(xiàng)D正確。 【答案】　D 9．實(shí)驗(yàn)室合成氨裝置如下圖所示，則以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　) A．裝置甲的作用之一是干燥 B．裝置甲的作用是化合 C．乙

9、處導(dǎo)出的氣體是N2、H2、NH3 D．檢驗(yàn)產(chǎn)物可用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙或濃鹽酸等 【解析】　裝置甲的作用有三點(diǎn)：①干燥氣體；②觀察氣體逸出速率便于控制比例；③使氣體混合均勻。 【答案】　B 10．在一定條件下，進(jìn)入氨合成塔的混合氣體中氮?dú)獾捏w積占22%，氫氣的體積占78%，經(jīng)合成反應(yīng)達(dá)到平衡后，在相同溫度和壓強(qiáng)下，氣體體積縮小至原體積的95%，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率接近于(　　) A．11.5% B．10.5% C．9.75% D．13.2% 【解析】　設(shè)混合氣體為100 L，反應(yīng)掉N2的體積為x。 　　　　　N2?。?H2　　2NH3 開(kāi)始(L) 22 7

10、8 0 平衡(L) 22－x 78－3x 2x 由題意：＝95% 解得x＝2.5 L α(N2)＝×100%＝11.4%。 【答案】　A 二、非選擇題 11.農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育需要大量的氮養(yǎng)分，除了可用人工固氮方法(合成氨)獲得氨態(tài)氮外，自然界雷電現(xiàn)象也是一種固氮途徑，經(jīng)由雷電固定的氮是硝態(tài)氮(硝酸或硝酸鹽形式)，寫(xiě)出氮?dú)廪D(zhuǎn)化為硝酸的化學(xué)方程式__________________________，______________________，______________________________________。 【解析】　電閃雷鳴的雨天

11、，會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，使空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生成了一氧化氮，一氧化氮又被氧氣氧化成二氧化氮。二氧化氮在雨水中與水反應(yīng)生成硝酸。 【答案】　N2＋O22NO　2NO＋O2===2NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 12．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)從影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理論上應(yīng)采取的措施是______________________________。實(shí)際生產(chǎn)中采取的措施是__________ ___

12、__________________________。 (2)在合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中，要分離出氨，目的是______________；而合成SO3的過(guò)程中，則不需要分離出SO3，原因是______________________________________。 【解析】　工業(yè)上合成SO3與合成氨的最大不同之處是該反應(yīng)是在常壓下進(jìn)行的，原因是在常壓下該反應(yīng)向生成SO3的方向進(jìn)行的程度已經(jīng)很大，采用高壓雖能使平衡向生成SO3方向移動(dòng)，但產(chǎn)生高壓既需要?jiǎng)恿τ謱?duì)反應(yīng)容器耐壓性有較高要求，綜合生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益兩方面因素，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，在常壓下進(jìn)行最合理。 【答案】　(1)適當(dāng)溫度、高壓、催化劑　合

13、成氨：適當(dāng)溫度、高壓、催化劑；合成SO3：適當(dāng)溫度、常壓、催化劑 (2)減小生成物的濃度，使平衡向生成NH3的方向移動(dòng)　該反應(yīng)向生成SO3的方向進(jìn)行的程度較大，達(dá)到平衡后SO2剩余量較少，故不需要分離SO3 13．某研究性學(xué)習(xí)小組利用以下材料來(lái)探究NH3的還原性，部分實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。 材料一　NH3是強(qiáng)還原劑，能將某些金屬氧化物還原為金屬單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的氧化物。如：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O； 材料二　Cu＋在酸性溶液中不穩(wěn)定，可發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)生成Cu2＋和Cu，Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)在實(shí)驗(yàn)室里，該學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)

14、下列制取純凈干燥氨氣的方案，簡(jiǎn)易、可行的最佳方案是________。 A．加熱氯化銨固體，再通過(guò)堿石灰 B．在N2和H2的混合氣體中加入鐵觸媒，并加熱至500 ℃，再通過(guò)堿石灰 C．加熱濃氨水，再通過(guò)堿石灰 D．在生石灰中加入濃氨水，再通過(guò)堿石灰 (2)為證明NH3還原CuO的反應(yīng)中有水生成，B中應(yīng)放入的試劑是________。 (3)當(dāng)觀察到____________________(填現(xiàn)象)，即表明A中的反應(yīng)已經(jīng)完成。 (4)該小組欲用體積比為1∶4的稀硫酸作試劑，檢驗(yàn)反應(yīng)是否有Cu2O固體生成?，F(xiàn)用98%的濃硫酸配制1∶4的稀硫酸，所需的玻璃儀器除了膠頭滴管外還有______

15、_________ _______________________。 可證明還原產(chǎn)物中含有Cu2O的操作及現(xiàn)象是__________________________________。 (5)請(qǐng)寫(xiě)出A中生成Cu2O的化學(xué)方程式______________________________________。 (6)若用定量的方法測(cè)定該反應(yīng)是否生成Cu2O，最簡(jiǎn)便且準(zhǔn)確的方法是____________。 【解析】　若加熱氯化銨生成的氯化氫氣體與氨氣繼續(xù)反應(yīng)生成氯化銨固體，很難使氣體放出，而利用氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)條件太復(fù)雜，C、D都可以快速制取氨氣，而C用料更簡(jiǎn)單。反應(yīng)為通入氨氣還原氧化銅，根據(jù)固體

16、的顏色變化可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。根據(jù)Cu＋在酸性溶液中的不穩(wěn)定性來(lái)判斷。 【答案】　(1)C　(2)無(wú)水硫酸銅 (3)A中固體由黑色完全變?yōu)榧t色 (4)燒杯、量筒、玻璃棒　加入硫酸后溶液呈藍(lán)色(其他合理答案也可) (5)2NH3＋6CuO3Cu2O＋N2＋3H2O (6)稱量反應(yīng)前后裝置A中固體的質(zhì)量 14．實(shí)驗(yàn)室模擬合成氨和氨催化氧化的流程如下： 已知實(shí)驗(yàn)室可用飽和亞硝酸鈉(NaNO2)溶液與飽和氯化銨溶液經(jīng)加熱后反應(yīng)制取氮?dú)狻? (1)從上圖中選擇制取氣體的合適裝置：氮?dú)鈅_______、氫氣________。 (2)氮?dú)夂蜌錃馔ㄟ^(guò)甲裝置，甲裝置的作用除了將氣體

17、混合外，還有____________、________________________。 (3)氨合成器出來(lái)經(jīng)冷卻的氣體連續(xù)通入乙裝置的水中吸收氨，________(“會(huì)”或“不會(huì)”)發(fā)生倒吸；原因是______________________________________。 (4)用乙裝置吸收一段時(shí)間氨后，再通入空氣，同時(shí)將加熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶?jī)?nèi)，能使鉑絲保持紅熱的原因是______________________________________________， 錐形瓶中還可觀察到的現(xiàn)象是______________________________________。

18、(5)寫(xiě)出乙裝置中氨氧化的化學(xué)方程式：______________________________________。 (6)反應(yīng)結(jié)束后錐形瓶?jī)?nèi)的溶液中含有H＋、OH－、________、________。 【解析】　本題是考查氨的合成和氨催化氧化的實(shí)驗(yàn)題。制取氮?dú)庥寐然@溶液和亞硝酸鈉溶液加熱反應(yīng)生成，故選a裝置，制取氫氣用鋅與稀硫酸反應(yīng)，不用加熱，選b裝置。甲裝置的作用是混合氮?dú)?、氫氣，干燥氣體，控制氮?dú)夂蜌錃獾牧魉佟陌焙铣善髦谐鰜?lái)的氣體主要是氮?dú)夂蜌錃?，通入水中吸收氨氣，因?yàn)榈獨(dú)?、氫氣難溶于水，不會(huì)倒吸。氨的催化氧化是一個(gè)放熱反應(yīng)，鉑絲保持紅熱，錐形瓶中發(fā)生下列反應(yīng)： 4NH3＋5O24NO＋6H2O,2NO＋O2===2NO2有紅棕色氣體產(chǎn)生， 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3＋NH3===NH4NO3。 【答案】　(1)a　b (2)干燥氣體　控制氫氣和氮?dú)獾牧魉? (3)不會(huì)　因?yàn)榛旌蠚怏w中含有大量難溶于水的氮、氫兩種氣體 (4)氨的氧化反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)　有紅棕色氣體產(chǎn)生 (5)4NH3＋5O2 4NO＋6H2O (6)NH4＋　NO3－ 7