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主題1 空氣資源 氨的合成 (時(shí)間:90分鐘　分值:100分) 一、選擇題(本題共12個(gè)小題,每小題4分,共48分。每小題只有1個(gè)選項(xiàng)符合題意) 1.工業(yè)上用氫氣和氮?dú)夂铣砂?氫氣的主要來(lái)源是 (　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.水和燃料 B.電解水 C.鋅和稀硫酸反應(yīng) D.液化空氣 解析：B、C項(xiàng)生產(chǎn)H2成本太高,不符合實(shí)際;D項(xiàng)液化空氣得N2;A項(xiàng)正確。 答案：A 2.合成氨工業(yè)有下列生產(chǎn)流程,其先后順序?yàn)?　　) ①原料氣制備　②氨的合成?、墼蠚鈨艋蛪嚎s ④氨的分離 A.①②③④ B.①③②④ C.④③②① D.②③④① 解析：合成氨工業(yè)流程順序:原料氣制備→原料氣凈化和壓縮→氨的合成→氨的分離。 答案：B 3.合成氨工業(yè)中,常加熱至500 ℃,下列敘述中正確的是 (　　) A.加快反應(yīng)速率,縮短達(dá)到化學(xué)平衡所需時(shí)間 B.加快v(正),減小v(逆) C.使平衡向合成氨方向移動(dòng) D.提高原料轉(zhuǎn)化率 答案：A 4. 如圖表示溫度、壓強(qiáng)對(duì)平衡N2+3H22NH3+Q的影響,y軸是指(　　) A.平衡氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù) B.H2的轉(zhuǎn)化率 C.N2的物質(zhì)的量 D.正反應(yīng)速率 答案：C 5.加壓法吸收NO2主要因?yàn)?NO2+H2O2HNO3+NO的反應(yīng)是(　　) A.可逆反應(yīng) B.放熱反應(yīng) C.氧化還原反應(yīng) D.氣體總體積縮小的反應(yīng) 解析：3NO2+H2O2HNO3+NO是氣體總體積縮小的反應(yīng),加壓使平衡正向移動(dòng),增大NO2的轉(zhuǎn)化率。 答案：D 6.進(jìn)行氨的催化氧化實(shí)驗(yàn)時(shí),鉑絲不能接觸氨水是因?yàn)?(　　) A.鉑絲的溫度高,接觸氨水會(huì)使氨氣大量蒸發(fā) B.紅熱的鉑絲將會(huì)和氨發(fā)生反應(yīng),使鉑絲腐蝕 C.防止鉑絲溫度降低,不起催化作用 D.防止爆炸 解析：氨的催化氧化是在催化劑存在的條件下加熱,而鉑絲很細(xì),本來(lái)蓄熱就少,若再與液體接觸,溫度降低,即使有催化劑存在也不發(fā)生反應(yīng)。 答案：C 7.所有氮的氧化物都能和灼熱的鐵進(jìn)行如下反應(yīng):4NxOy+3yFeyFe3O4+2xN2,將2 mol NxOy通過(guò)600 g灼熱的鐵粉完全反應(yīng)后,生成1 mol N2和1 mol Fe3O4,則使用的NxOy是(　　) (導(dǎo)學(xué)號(hào)52710022) A.NO2 B.N2O3 C.N2O4 D.N2O5 答案：A 8.下列有關(guān)濃硝酸的敘述中,錯(cuò)誤的是(　　) A.是無(wú)色液體,但常因含少量的Fe3+而呈黃色 B.鋅與濃硝酸反應(yīng)不能制得氫氣 C.可溶解絕大部分金屬,卻可放在鐵制容器中 D.是具有不穩(wěn)定性的揮發(fā)性的強(qiáng)酸 解析：濃硝酸通常呈黃色是由于NO2溶于硝酸中。 答案：A 9.合成氨所用的H2可由煤與水反應(yīng)制得,其中有一步反應(yīng)為CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0,欲提高CO的轉(zhuǎn)化率可采用的方法有:①降低溫度;②增大壓強(qiáng);③使用催化劑,④增大CO的濃度,⑤增大水蒸氣的濃度,其中正確的組合是(　　) A.①②③④⑤ B.①⑤ C.①④⑤ D.⑤ 解析：該反應(yīng)是一個(gè)氣體總體積不變的放熱反應(yīng),欲提高CO的轉(zhuǎn)化率,可設(shè)法使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),顯然降低溫度可以滿足這一要求;增加水蒸氣的濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率也可以增大;若增大CO的濃度,平衡雖然向右移動(dòng),但CO的總量增大,其轉(zhuǎn)化率反而減小;增大壓強(qiáng)和使用催化劑只能加快反應(yīng)速率,縮短達(dá)到平衡的時(shí)間,而與平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率無(wú)關(guān)。 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(　　) (導(dǎo)學(xué)號(hào)52710023) A.11.5% B.10.5% C.9.75% D.13.2% 解析：設(shè)混合氣體的體積為100 L,反應(yīng)掉N2的體積為x。 由題意:=95% 解得x=2.5 L,α(N2)=100%≈11.4%。 答案：A 11.物質(zhì)在“潮濕的空氣”中發(fā)生的變化,主要與空氣中某氣體有關(guān)。下列說(shuō)法中不正確的是(　　) A.鋼鐵生銹與氧氣、水蒸氣有關(guān) B.氫氧化鈉固體潮解、變質(zhì)與水蒸氣、二氧化碳有關(guān) C.銅器表面生成銅綠與氧氣、二氧化碳、水蒸氣有關(guān) D.生石灰堆放久了會(huì)變質(zhì)與氧氣有關(guān) 答案：D 12.足量銅與一定量的濃硝酸反應(yīng),得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體,這些氣體與1.68 L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)混合后通入水中,所有氣體完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5 molL-1 NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,則消耗NaOH溶液的體積是(　　) (導(dǎo)學(xué)號(hào)52710024) A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL 解析：由題意可知:HNO3,由此分析可得:Cu失去的電子數(shù)與O2得到的電子數(shù)相等,即n(Cu)=2n(O2)=2=0.15 mol。根據(jù)質(zhì)量守恒及NaOH和Cu(NO3)2的反應(yīng)可得關(guān)系式:n(NaOH)=2n[Cu(NO3)2]=2n(Cu)=0.3 mol,則V[NaOH(aq)]==0.06 L=60 mL。 答案：A 二、非選擇題(本題共5個(gè)小題,共52分) 13.(12分)以天然氣、焦炭、水、空氣為初始原料,可以制得若干化工產(chǎn)品: 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)合成氨中原料氣體N2來(lái)源于空氣,可采用將空氣　　　　和　　　　等方法,H2可采用上述反應(yīng)①,其化學(xué)方程式為　。 (2)對(duì)于合成氨N2+3H22NH3　ΔH<0,其中N2與H2體積比高于1∶3的原因是 　; 及時(shí)分離NH3的方法是　。 (3)制取NH4NO3時(shí),NH3的用途有兩種,制HNO3的量大于與HNO3反應(yīng)的量的原因是 　。 (4)反應(yīng)⑤的化學(xué)方程式為　。 (5)發(fā)生反應(yīng)③生成C8H18的化學(xué)方程式為 　。 解析：(1)由空氣中獲得N2,去掉O2,可采用深冷分離空氣或變壓吸附或膜分離等方法。制取H2的反應(yīng)①為CH4+2H2OCO2+4H2;(2)由于原料氣H2的制取比N2成本高,為了使H2的轉(zhuǎn)化率提高,可提高N2的加入量,故N2與H2體積比高于1∶3;及時(shí)分離NH3,使化學(xué)平衡向右進(jìn)行,可以使NH3冷卻液化分離;(3)由于NH3轉(zhuǎn)化為HNO3的過(guò)程中發(fā)生了反應(yīng):3NO2+H2O2HNO3+NO及各步反應(yīng)有損失,一般應(yīng)為制HNO3時(shí)NH3用量較大;(4)根據(jù)反應(yīng)條件信息及元素守恒,反應(yīng)⑤應(yīng)為:CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O;(5)根據(jù)反應(yīng)條件信息及元素守恒,反應(yīng)⑤應(yīng)為:8CO+17H2C8H18+8H2O。 答案：(1)深冷分離　變壓吸附　CH4+2H2OCO2+4H2 (2)制H2成本高于制N2,為了提高H2的轉(zhuǎn)化率,可以提高N2的加入量　冷卻使NH3液化 (3)由于NH3轉(zhuǎn)化為HNO3的過(guò)程中,發(fā)生3NO2+H2O2HNO3+NO及各步反應(yīng)有損失,制HNO3的NH3用量應(yīng)較大 (4)CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O (5)8CO+17H2C8H18+8H2O 14.(12分)某學(xué)習(xí)小組探究濃、稀硝酸氧化性的相對(duì)強(qiáng)弱,按下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(夾持儀器已略去)。實(shí)驗(yàn)表明濃硝酸能將NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的結(jié)論是濃硝酸的氧化性強(qiáng)于稀硝酸。 可選藥品:濃硝酸、3 molL-1稀硝酸、蒸餾水、濃硫酸、氫氧化鈉溶液及二氧化碳 已知:氫氧化鈉溶液不與NO反應(yīng),能與NO2反應(yīng)。 2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。 (1)實(shí)驗(yàn)應(yīng)避免有害氣體排放到空氣中。裝置③、④、⑥中盛放的藥品依次是　。 (2)滴加濃硝酸之前的操作是檢驗(yàn)裝置的氣密性,加入藥品,打開(kāi)彈簧夾后 　。 (3)裝置①中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 　。 (4)裝置②的作用是　　　　　　　　　　　,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是　。 (5)該小組得出的結(jié)論所依據(jù)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是 　。 (6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,同學(xué)們發(fā)現(xiàn)裝置①中溶液呈綠色,而不顯藍(lán)色。甲同學(xué)認(rèn)為是該溶液中硝酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高所致,而乙同學(xué)認(rèn)為是該溶液中溶解了生成的氣體。同學(xué)們分別設(shè)計(jì)了以下4個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷兩種看法是否正確。這些方案中可行的是(選填序號(hào)字母)　　　　。 a.加熱該綠色溶液,觀察顏色變化 b.加水稀釋該綠色溶液,觀察顏色變化 c.向該綠色溶液中通入氮?dú)?觀察顏色變化 d.向飽和硝酸銅溶液中通入濃硝酸與銅反應(yīng)產(chǎn)生的氣體,觀察顏色變化 答案：(1)3 molL-1稀硝酸、濃硝酸、氫氧化鈉溶液 (2)通入CO2一段時(shí)間,關(guān)閉彈簧夾,將裝置⑤中導(dǎo)管末端伸入倒置的燒瓶?jī)?nèi) (3)Cu+4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (4)將NO2轉(zhuǎn)化為NO　3NO2+H2O2HNO3+NO (5)裝置③中液面上方氣體仍為無(wú)色,裝置④中液面上方氣體由無(wú)色變?yōu)榧t棕色 (6)acd 15.(8分)硝酸大量用于制造無(wú)機(jī)肥料,如硝酸銨、硝酸鈣、硝酸磷肥,還廣泛用于其他工業(yè)生產(chǎn)。硝酸工業(yè)生產(chǎn)流程圖如圖所示: (導(dǎo)學(xué)號(hào)52710025) (1)第一步是氨的接觸氧化,在一定溫度下以鉑銠合金網(wǎng)作為催化劑,寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式: 　。 (2)在吸收塔中用水循環(huán)吸收NO2得到硝酸,寫(xiě)出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:　, 該過(guò)程是放熱的,為了使吸收效果更好,在吸收過(guò)程中需要控制在　　　　　　　　條件下。 (3)尾氣中含有氮的氧化物,直接排放到空氣中會(huì)危害環(huán)境,寫(xiě)出一項(xiàng)氮的氧化物可能引起的環(huán)境問(wèn)題　, 工業(yè)上常用純堿溶液吸收NO2,生成亞硝酸鹽、硝酸鹽和其他物質(zhì),寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式: 　。 答案：(1)4NH3+5O24NO+6H2O (2)3NO2+H2O2HNO3+NO　低溫、高壓 (3)光化學(xué)煙霧、酸雨、破壞臭氧層等(任答一項(xiàng))　2NO2+Na2CO3NaNO3+NaNO2+CO2 16.(10分)以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如圖所示(圖中某些轉(zhuǎn)化步驟及生成物未列出): (導(dǎo)學(xué)號(hào)52710026) 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),以5.60107 L甲烷為原料能夠合成　　　　 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: ①　　　　　　　　　　; ②　　　　　　　　　　。 解析：(2)N2與H2合成NH3的反應(yīng)(N2+3H22NH3)是一個(gè)可逆反應(yīng),在該反應(yīng)中,補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃庥欣谠龃蠓磻?yīng)速率,分離氨和補(bǔ)充氮?dú)馀c氫氣都有利于平衡正向移動(dòng),同時(shí)循環(huán)利用可以節(jié)約原料。(3)由CH4+2H2O(g)CO2+4H2的方程式和合成氨的方程式可以推出關(guān)系如下:CH4~4H2~NH3,由此關(guān)系式可以求得V(NH3)=5.60 L10775%=1.12108 L。(4)因所寫(xiě)同分異構(gòu)體需含有碳氧雙鍵,根據(jù)價(jià)鍵理論結(jié)合尿素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式很容易寫(xiě)出其同分異構(gòu)體為 ①,②。 答案：(1)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH=+2a kJmol-1 (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)1.12108 (4)① ② 17.(10分)硝酸工業(yè)尾氣中的氮的氧化物(NO、NO2)是主要的大氣污染物,其常用的治理方法中有以下兩種(已簡(jiǎn)化): (導(dǎo)學(xué)號(hào)52710027) ①NaOH吸收方法,反應(yīng)原理如下: 2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O; NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O。 ②氨的催化還原法,反應(yīng)原理是: 6NOx+4xNH3(3+2x)N2+6xH2O。 現(xiàn)有一定量的含NO2和NO的硝酸工業(yè)尾氣(不含其他氣體),若用過(guò)量的NaOH溶液吸收后,溶液中NaNO3和NaNO2的物質(zhì)的量之比與原混合氣NO、NO2氣體物質(zhì)的量之比相等。 (1)若用NOx表示該尾氣中氮的氧化物的平均組成,試求x值。 (2)將1體積的該尾氣用氨催化還原法處理,至少消耗多少體積相同狀況下的氨氣? 解析：設(shè)尾氣中含NO2的物質(zhì)的量為a,NO的物質(zhì)的量為b,參加第一個(gè)反應(yīng)的NO2為(a-b),生成NaNO2和NaNO3各。 (1)由題意,得到下式(a-3b)(a+b)=0,即a-3b=0,,故x=2+1=。 (2)又因?yàn)榘钡拇呋€原中,NOx中N由+價(jià)→0價(jià),NH3中的N由-3→0價(jià),根據(jù)電子得失守恒:12N+14NH313N2+21H2O,即處理1體積的尾氣需消耗體積的氨。 答案：(1)x=　(2)體積