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2019-2020年高中化學(xué) 主題1 空氣資源 氨的合成 課題2 氨的工業(yè)合成教案 魯科版選修2 ●課標要求 1．了解合成氨的主要原理、原料、重要設(shè)備、流程和意義。 2．認識催化劑的研制對促進化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重大意義。 ●課標解讀 1.能根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點，依據(jù)勒夏特列原理選擇適合氨合成的反應(yīng)條件。 2．明確合成氨工業(yè)流程以及各設(shè)備的作用或反應(yīng)原理。 ●教學(xué)地位 合成氨工業(yè)是《課程標準》中明確要求的內(nèi)容，也是高考的高頻考點，尤其是化學(xué)平衡移動原理在合成氨反應(yīng)中的應(yīng)用。合成氨適宜條件的選擇、工藝流程中各環(huán)節(jié)的操作等更是高考的熱點。 ●新課導(dǎo)入建議 ●教學(xué)流程設(shè)計 課前預(yù)習(xí)安排：看教材P6－10，填寫[課前自主導(dǎo)學(xué)]，并完成[思考交流]。?步驟1：導(dǎo)入新課， 本課時教學(xué)地位分析。?步驟2：建議對[思考交流]進行提問，反饋學(xué)生預(yù)習(xí)效果。?步驟3：師生互動完成探究1，可利用[問題導(dǎo)思]①、②、③的設(shè)問作為主線。 ? 步驟7：通過[例2]和教材P8－10“如何獲得大量廉價的原料氣”講解研析，對“探究2、合成氨的生產(chǎn)工藝及原料氣的制備”中注意的問題進行總結(jié)。?步驟6：師生互動完成“探究2”，利用[問題導(dǎo)思]①、②、③的設(shè)問作為主線。?步驟5：指導(dǎo)學(xué)生自主完成[變式訓(xùn)練1]和[當堂雙基達標]第1、2、5題。?步驟4：通過[例1]和教材P6－8“探究合成氨的最佳條件”的講解研析，對“探究1、合成氨條件的選擇”中注意的問題進行總結(jié)。 ? 步驟8：指導(dǎo)學(xué)生自主完成[變式訓(xùn)練2]和[當堂雙基達標]中的3、4題。?步驟9：引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)本課時知識框架，然后對照[課堂小結(jié)]。安排課下作業(yè)完成[課后知能檢測]。 課　標　解　讀 重　點　難　點 1.認識合成氨的反應(yīng)原理和特點，并能依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理綜合考慮合成氨生產(chǎn)中的相關(guān)因素，選擇合成氨反應(yīng)的最佳條件。 2.知道獲得大量廉價的氫氣是實現(xiàn)合成氨生產(chǎn)的關(guān)鍵問題，知道合成氨工業(yè)原料氮氣和氫氣獲得的途徑和方法，能夠?qū)懗鱿鄳?yīng)的化學(xué)方程式。 3.能根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點分析氮氣和氫氣不能完全轉(zhuǎn)化的原因，知道循環(huán)法使未轉(zhuǎn)化的氮氣和氫氣得到利用的原理和方法。 4.知道選擇適宜的反應(yīng)條件、確定原料路線、解決未轉(zhuǎn)化完全的原料氣的利用是合成氨生產(chǎn)中的主要技術(shù)問題。 1.合成氨反應(yīng)的特點：(1)可逆反應(yīng)；(2)放熱反應(yīng)；(3)氣體體積縮小的反應(yīng)。(重點) 2.合成氨適宜條件的選擇：(1)高壓；(2)適當溫度；(3)催化劑。(重點) 3.勒夏特列原理在合成氨反應(yīng)中的應(yīng)用。(重難點) 4.合成氨工藝流程。(重點) 探索合成氨的最佳條件 1.合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式：N2＋3H22NH3。 2．合成氨反應(yīng)的特點： (1)可逆反應(yīng)；(2)放熱反應(yīng)；(3)氣體總體積縮小的反應(yīng)。 3．合成氨最佳條件的選擇 (1)理論分析 從化學(xué)反應(yīng)速率的角度看，升溫、加壓以及使用催化劑都可以使合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率增大。 從化學(xué)平衡的角度看，平衡混合氣中氨的含量隨著溫度的升高而降低，隨壓強的增大而提高。這說明溫度、壓強對這一反應(yīng)的化學(xué)平衡有影響：降溫、增壓有利于氨的合成。 (2)實際生產(chǎn)中的最佳條件 合成氨一般選擇以鐵觸媒為催化劑，壓強在20～50_MPa之間，溫度在500_℃左右。 1．合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在低溫下有利于氨的合成，為什么實際上選用了500 C的高溫？ 【提示】　目前，合成氨工業(yè)中普遍使用的主要是以鐵為主體的多組分催化劑，又稱鐵觸媒。鐵觸媒在500 C左右時的活性最大，這也是合成氨反應(yīng)一般選擇在500 C左右進行的重要原因之一。 如何獲得大量廉價的原料氣 1.獲得氮氣的方法：分離空氣。 2．獲得氫氣的方法 方法 反應(yīng)原理 電解水法 2H2O2H2↑＋O2↑ 煤或焦炭法 C＋H2OCO＋H2 天然氣或重油法 CH4＋H2OCO＋3H2 CO＋H2OCO2＋H2 2．評價上述幾種制氫方法，你認為哪種方法是最佳選擇？ 【提示】　電解水制氫氣，電能消耗大，成本高；天然氣與煤相比較，天然氣輸送方便、投資省、能耗低。所以用天然氣做合成氨的原料為最佳選擇。 怎樣利用未轉(zhuǎn)化的氮氣和氫氣 　 在實際生產(chǎn)中采用了循環(huán)法，先通過冷凝把氨從合成塔出來的混合氣中分離出來，余下未反應(yīng)的氮氣和氫氣的混合氣用循環(huán)壓縮機重新送入合成塔進行反應(yīng)，同時不斷地補充新鮮的原料氣，這樣氨的合成就形成了一個循環(huán)流程，使氮氣和氫氣得到充分利用。 合成氨條件的選擇 【問題導(dǎo)思】　 ①合成氨工業(yè)生產(chǎn)的要求是什么？ 【提示】　a．反應(yīng)有較大的反應(yīng)速率；b.最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。 ②影響化學(xué)平衡移動的外界因素有哪些？ 【提示】　溫度、濃度、壓強。 ③合成氨實際生產(chǎn)中采用高溫、高壓、催化劑，其中有利于提高平衡混合物中NH3的百分含量的因素有哪些？ 【提示】　高溫不利于平衡正向移動；催化劑對化學(xué)平衡無影響；高壓利于平衡正向移動，能提高平衡混合物中NH3的百分含量。 1．合成氨生產(chǎn)的要求 合成氨工業(yè)要求：①反應(yīng)要有較大的反應(yīng)速率；②要最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。 2．合成氨條件的選擇依據(jù) 運用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動原理的有關(guān)知識，同時考慮合成氨生產(chǎn)中的動力、材料、設(shè)備等因素來選擇合成氨的適宜生產(chǎn)條件。 3．合成氨條件的理論分析 (1)濃度：因為增大反應(yīng)物濃度，能提高反應(yīng)速率和使平衡正向移動，故生產(chǎn)中常使廉價易得的原料適當過量，以提高另一原料的利用率。因此生產(chǎn)中常適當增加N2的比例。 (2)壓強：無論從反應(yīng)速率還是化學(xué)平衡考慮，壓強越大越有利于合成氨。但壓強太大，動力消耗大，設(shè)備的質(zhì)量和制造水平要求高，故必須綜合考慮。目前我國合成氨廠一般采用的壓強在20～50 MPa之間。 (3)溫度：對于放熱反應(yīng)，升溫可提高反應(yīng)速率，但轉(zhuǎn)化率降低，若溫度太低，反應(yīng)速率又太慢，綜合考慮以500 ℃左右為宜。而且在此溫度下催化劑活性最大。 (4)催化劑：加快反應(yīng)速率但不影響平衡，可以提高單位時間內(nèi)氨的產(chǎn)量。目前工業(yè)上多采用以鐵為主的催化劑。 為了提高合成氨生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益，還有三點是不可忽視的：①使原料氣中n(N2)∶n(H2)≈1∶3；②將從反應(yīng)混合物中分離出來的氮氣和氫氣重新壓縮后送入合成塔再次利用；③及時將NH3從平衡混合物中分離出來。 　合成氨時既要使氨的產(chǎn)率增大，又要使反應(yīng)速率加快，可采取的辦法是(　　) ①減壓?、诩訅骸、凵郎亍、芙禍亍、菁皶r從平衡混合氣中分離出NH3　⑥補充N2或H2?、呒哟呋瘎、鄿p小N2或H2的量 A．①④⑤⑦　　　　　　　B．③⑤⑧ C．②⑥ D．②③⑥⑦ 【解析】　合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的特點為：可逆、放熱、氣體分子總數(shù)減小。加壓、升溫、增加N2或H2濃度，使用催化劑均能加快反應(yīng)速率；加壓、降溫、及時分離出NH3、增加c(N2)和c(H2)均有利于平衡正向移動，增大氨的產(chǎn)率。 【答案】　C 改變外界條件加快反應(yīng)速率時，不一定使化學(xué)平衡正向移動；改變外界條件使化學(xué)平衡正向移動時，化學(xué)反應(yīng)速率不一定加快。 1．合成氨工業(yè)中，為實現(xiàn)增加NH3的日產(chǎn)量的目的而采取下列措施，其中與平衡移動無關(guān)的是(　　) ①不斷將NH3分離出來　②使用催化劑?、鄄捎?00 C左右的溫度?、懿捎?107～5107 Pa的壓強 A．①②　　　B．②③　　　C．①④　　　D．②④ 【解析】　由N2＋3H22NH3的特點可知，高溫平衡左移不利于NH3的生成，催化劑與平衡移動無關(guān)，而高壓和減小NH3的濃度均使平衡右移。 【答案】　B 合成氨的生產(chǎn)工藝及原料氣的制備 【問題導(dǎo)思】　 ①合成氨生產(chǎn)中需要的原料氣是什么？ 【提示】　氮氣和氫氣。 ②如何獲得合成氨原料氣？ 【提示】　獲得N2的方法：來自空氣，分離方法有深冷分離、變壓吸附、膜分離。獲得H2的方法：電解水，由煤或焦炭制H2、由天然氣或重油制H2。 ③如何能提高合成氨工業(yè)中原料氣的利用率？ 【提示】　使平衡正向移動：加壓、不斷分離出NH3、將N2、H2循環(huán)利用。 1．工藝流程 2．氮氣的制備 (1)物理方法：將空氣用深冷分離、變壓吸附分離或膜分離制得N2和O2。 (2)工業(yè)上所采用的化學(xué)方法：用煤在空氣中燃燒，除去O2，吸收CO2(如用氨水吸收制NH4HCO3)后，得到N2。 3．氫氣的制造 合成氨原料來源的關(guān)鍵是如何獲得大量廉價的氫氣。 原料制備路線的選擇，應(yīng)綜合考慮資源、工藝、能耗、成本、環(huán)境等重要因素。由電解水制氫氣，電能消耗大，成本高，不適于制取大量的氫氣。 　(xx東莞高二調(diào)研)下圖是工業(yè)合成氨及與之相關(guān)的工藝流程圖。 仔細閱讀、分析上述框圖，并解答下列問題： (1)寫出①、②的操作方法：①_______、②______。 (2)寫出A、B兩個化學(xué)方程式： A__________________________________、 B___________________________________。 (3)Ⅰ、Ⅱ的氣體成分相同嗎？________。 (4)節(jié)能降耗勢在必行，也是工業(yè)發(fā)展的命脈。就上述工藝流程框圖，指出該框圖中的一條符合節(jié)能降耗宗旨的措施：______________。 【解析】　(1)工業(yè)合成氨的氮氣原料來自于空氣，傳統(tǒng)的空氣分離方法是降溫、加壓而液化，然后升溫精餾分離，這種方法叫深冷分離，現(xiàn)在工業(yè)上也常采用膜分離技術(shù)。 (2)合成氨的氫氣多來自石油、天然氣，目前也多采用煤的綜合利用，如煤的液化操作；工業(yè)合成氨采用的條件是高溫、高壓和催化劑。 (3)進入熱交換器的是溫度較高的氨氣、氮氣和氫氣混合氣體，而從其中出來的仍然是這些氣體，不同的是溫度降低了。 (4)工業(yè)生產(chǎn)往往采用循環(huán)利用原料、熱量，采用廢物利用來提高經(jīng)濟效益，從而達到節(jié)能降耗的目的。 【答案】　(1)①液化(或答“深冷分離”、“膜分離”都可以)?、诶淠? (2)C＋H2O(g)CO＋H2或CH4＋H2O(g)CO＋3H2或CH4＋2H2O(g)CO2＋4H2(寫出其中任何一個即可)　3H2＋N22NH3 (3)相同 (4)液化分離液氨后的氮氣和氫氣循環(huán)利用(或答“熱的氨氣、氫氣和氮氣混合氣體與冷的氮氣、氫氣混合氣體進行熱交換”)(答出任意一條即可) 2．下面是合成氨的簡要流程示意圖： 沿X路線回去的物質(zhì)是(　　) A．N2和H2　　　　　　　　 B．催化劑 C．NH3 D．H2 【答案】　A 【教師備課資源】 氨氣的危害 氨氣可麻痹呼吸道纖毛和損害黏膜上皮組織，使病原微生物易于侵入，減弱人體對疾病的抵抗力。氨被吸入肺后容易通過肺泡進入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運氧功能。短期內(nèi)吸入大量氨氣后可出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難，可伴有頭痛、惡心、嘔吐等癥狀，嚴重者可發(fā)生肺水腫，成人呼吸窘迫綜合癥，同時可能發(fā)生呼吸道刺激癥狀。 　在合成氨反應(yīng)中，進入合成塔的氣體體積比為N2∶H2∶NH3＝6∶18∶1，從合成塔出來的氣體體積比為N2∶H2∶NH3＝9∶27∶8，則H2的轉(zhuǎn)化率為________。 【解析】　設(shè)進入合成塔的N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為6 mol、18 mol、1 mol，反應(yīng)轉(zhuǎn)化的N2物質(zhì)的量為x，則： N2?。?H2　　2NH3 起始量　 　6 mol 18 mol 1 mol 轉(zhuǎn)化量　　　 x 3x 2x 平衡量　 6 mol－x 18 mol－3x　1 mol＋2x (6 mol－x)∶(18 mol－3x)∶(1 mol＋2x)＝9∶27∶8 解得：x＝1.5 mol 所以轉(zhuǎn)化的H2的物質(zhì)的量為4.5 mol，H2的轉(zhuǎn)化率為100%＝25%。 【答案】　25% 1．熟記合成氨反應(yīng)的1個化學(xué)方程式： N2＋3H22NH3。 2．明確合成氨反應(yīng)的3個特點：(1)可逆反應(yīng)；(2)放熱反應(yīng)；(3)氣體總體積減小的反應(yīng)。 3．知道合成氨2種原料氣的獲得方法： 氮氣——分離空氣；氫氣——煤或焦炭法、天然氣或重油法。 4．理解工業(yè)合成氨的3個條件。 (1)500 ℃；(2)20～50 MPa；(3)鐵觸媒作催化劑。 1．在合成氨反應(yīng)N2＋3H22NH3中，在下列情況下，不能使化學(xué)反應(yīng)速率增大的是(　　) A．加入氮氣　　　　　　　 B．加入合適的催化劑 C．減小壓強，擴大容器體積 D．適當升高溫度 【解析】　加快反應(yīng)速率的外界條件有：升高溫度、增大壓強(有氣體參加的反應(yīng))、增大反應(yīng)物濃度、使用催化劑等。 【答案】　C 2．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒夏特列原理來解釋的是(　　) A．使用鐵觸媒，將N2和H2混合有利于合成氨 B．高壓比常壓條件更有利于合成氨 C．450 ℃左右比室溫更有利于合成氨 D．合成氨時采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率 【解析】　勒夏特列原理運用范圍，就是能使已平衡的可逆反應(yīng)發(fā)生平衡移動的一些因素。選項A中催化劑不能使平衡移動；選項B中加壓可使合成氨反應(yīng)正向移動；選項C中高溫不利于合成氨，只能加快反應(yīng)速率，另外，450 ℃左右鐵觸媒活性最大；選項D中，循環(huán)使用，不涉及平衡移動問題。 【答案】　B 3．1908年德國化學(xué)家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當時日益增長的人口對糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是(　　) A．①②③ B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④ 【解析】　合成氨反應(yīng)為氣體分子總數(shù)減少的放熱反應(yīng)，操作①是為了除去雜質(zhì)，防止催化劑中毒；②增大壓強，有利于該反應(yīng)向右進行，能夠提高轉(zhuǎn)化率；③催化劑只能加快反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡，故不能提高轉(zhuǎn)化率；④將產(chǎn)物NH3液化分離和⑤循環(huán)操作，均能使原料更充分地利用，提高原料的轉(zhuǎn)化率。 【答案】　B 4．在可逆反應(yīng)X＋2Y2Z(吸熱)中，X、Y、Z是三種氣體，為了有利于Z的生成，應(yīng)采用的反應(yīng)條件是(　　) A．高溫高壓 B．高溫低壓 C．低溫高壓 D．低溫低壓 【解析】　X＋2Y2Z(吸熱)反應(yīng)的特點是：(1)可逆反應(yīng)；(2)氣體總體積減小的反應(yīng)；(3)吸熱反應(yīng)。根據(jù)勒夏特列原理可知，高溫高壓有利于化學(xué)平衡正向移動，即利于Z的生成。 【答案】　A 5．氨的合成是一個可逆反應(yīng)，其正反應(yīng)是放熱的、氣體總體積縮小的反應(yīng)： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 填表說明反應(yīng)條件的改變對這一反應(yīng)速率的影響和對平衡混合氣中氨含量的影響。 條件的改變 對合成氨反應(yīng) 速率的影響 對平衡混合物中 氨含量的影響 增大壓強 降低溫度 使用催化劑 【答案】　 條件的改變 對合成氨反應(yīng) 速率的影響 對平衡混合物中氨 含量的影響 增大壓強 加快 增多 降低溫度 減慢 增多 使用催化劑 加快 無影響 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 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，不至于浪費原料。 【答案】　D 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N2 C．采用高溫 D．采用高壓 【解析】　由N2＋3H22NH3的特點可知，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。 【答案】　C 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(　　) A．都能提高反應(yīng)速率，都對化學(xué)平衡無影響 B．都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達到平衡狀態(tài)所用的時間 C．都能縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，只有壓強對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響 D．催化劑能縮短反應(yīng)達到平衡狀態(tài)所用的時間，而壓強無此作用 【解析】　對化學(xué)反應(yīng)N2＋3H22NH3，催化劑只能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達到平衡狀態(tài)所用的時間縮短，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動。高壓能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達到平衡狀態(tài)所用的時間縮短，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的反應(yīng)方向移動。 【答案】　C 4．一氧化碳和氫氣可以合成甲醇，反應(yīng)：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)(正反應(yīng)放熱)。為了增加甲醇的單位時間產(chǎn)量，工廠應(yīng)采取的正確措施是(　　) A．高溫、高壓 B．低溫、高壓、催化劑 C．低溫、高壓 D．適宜溫度、高壓、催化劑 【解析】　CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)反應(yīng)的特點是：(1)可逆反應(yīng)；(2)放熱反應(yīng)；(3)氣體總體積減小的反應(yīng)。若為了增加甲醇的單位時間產(chǎn)量，則需要反應(yīng)速率快且反應(yīng)最大限度的正向進行，故采用高壓、適宜溫度、催化劑。 【答案】　D 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?、趯⑷萜鞯捏w積縮小一半?、郾３煮w積不變，充入N2使體系壓強增大?、鼙３謮簭姴蛔?，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相當于減壓，反應(yīng)速率減小。 【答案】　C 6．合成氨反應(yīng)達到平衡時，氨氣的百分含量與溫度、壓強的關(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】　B 7．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∶2 C．2∶3 D．1∶2 【解析】　由反應(yīng)：C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2，N2＋3H22NH3可得：C～2H2～NH3。 【答案】　A 8．2 mol氣體A與3 mol氣體B在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋3B(g)2C(g)(放熱)，達到平衡時，B轉(zhuǎn)化率為50%，則A轉(zhuǎn)化率為(　　) A．50% B．40% C．30% D．25% 【解析】　由A(g)＋3B(g)2C(g)可知，n(A)轉(zhuǎn)化＝n(B)轉(zhuǎn)化＝3 mol50%＝0.5 mol，則A的轉(zhuǎn)化率為100%＝25%。 【答案】　D 9．將V1L的H2和V2L的N2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達到平衡后，混合氣體總體積為V3L(氣體體積均在相同條件下測定)，則生成NH3的體積是(　　) A．(V1＋V2＋V3)L B．(V1＋V2－V3)L C．(V1＋V2－2V3)L D．[V3－(V1＋V2)]L 【解析】　根據(jù)差量法計算。 由N2＋3H22NH3，可知NH3～ΔV(減少)， 因ΔV＝(V1＋V2－V3)L，故V(NH3)＝ΔV＝(V1＋V2－V3)L。 【答案】　B 10．一定溫度下，向密閉容器中充入1.0 mol N2和3.0 mol H2，反應(yīng)達到平衡時，測得NH3的物質(zhì)的量為0.6 mol。若在該容器中開始時N2的物質(zhì)的量為2.0 mol，H2為6.0 mol，則平衡時NH3的物質(zhì)的量為(　　) A．若為定容容器，n(NH3)＝1.2 mol B．若為定容容器，n(NH3)<1.2 mol C．若為定壓容器，n(NH3)＝1.2 mol D．若為定壓容器，n(NH3)>1.2 mol 【解析】　起始量為原來的二倍，若在定壓容器中，平衡轉(zhuǎn)化率不變，NH3的平衡量為原平衡的二倍；若在定容容器中，等效于二份原平衡混合氣加壓，轉(zhuǎn)化率增大，NH3的平衡量大于原平衡的二倍。 【答案】　C 11．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，這是因為________________________________________________________________________。 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行，試分析各反應(yīng)條件的作用：溫度(500 ℃) ________________________________________________________________________。 壓強(5107Pa)________________________________________________________________________。 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。 【解析】　(3)利用“三段式”進行分析。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 始(mol) 1 3 0 轉(zhuǎn)化(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 1－x 3－3x 2x 則有100%＝15%?x＝0.261 轉(zhuǎn)化率為100%＝26.1%。 【答案】　(1)空氣中的O2與H2混合加熱會發(fā)生爆炸　C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)， CO(g)＋H2O(g)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，縮短達到平衡的時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，提高NH3在平衡混合物中的百分含量　加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡的時間 (3)①26.1%　②冷凝 12．(xx三明高二檢測)在以煤為主要原料的合成氨工業(yè)中，原料氣氫氣常用下述方法獲得： ①C＋H2O(g)CO＋H2； ②CO＋H2O(g)CO2＋H2； (1)已知CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)；ΔH＝－283.0 kJmol－1； H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g)；ΔH＝－285.8 kJmol－1；寫出上述CO與H2O(g)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式： ________________________________________________________________________。 (2)從反應(yīng)混合物中分離出H2的方法通常是以堿液洗氣，根據(jù)該工業(yè)生產(chǎn)的實際分析，最好選用下列哪種溶液作為吸收劑？________，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 A．氫氧化鈉溶液　　　　B．氨水 C．石灰水或石灰乳 (3)在實驗室模擬上述反應(yīng)②，830 ℃時在1 L的容器中裝入CO和H2O(g)各2 mol使之反應(yīng)，達到平衡時測得容器中CO2的濃度為1 molL－1，計算830 ℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)。 【解析】　(1)由已知條件，根據(jù)蓋斯定律很容易寫出CO與H2O(g)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。 (2)混合氣體中存在CO2，可用堿液除去，考慮到工業(yè)生產(chǎn)的實際情況，可選用氨水，因為生成的碳銨可做農(nóng)作物肥料。 (3)　　　　　　CO＋H2O(g)CO2＋H2 初(molL－1): 2 2 0 0 變(molL－1): 1 1 1 1 平(molL－1): 1 1 1 1 故平衡常數(shù)為： K＝＝1。 【答案】　(1)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝＋2.8 kJmol－1 (2)B　該廠有豐富的氨水資源且吸收后形成碳銨，是一種化肥，可取得較好的綜合效益 (3)1 13．利用天然氣合成氨的工藝流程示意圖如圖所示： 依據(jù)上述流程，完成下列填空： (1)天然氣脫硫時的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)n mol CH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO 0.9n mol，產(chǎn)生H2________mol(用含n的代數(shù)式表示)。 (3)K2CO3(aq)和CO2的反應(yīng)在加壓條件下進行，加壓的理論依據(jù)是________。 a．相似相溶原理 b．勒夏特列原理 c．酸堿中和原理 (4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于________________________(寫出CO2的一種重要用途)。 (5)整個流程有三處循環(huán)，一是Fe(OH)3循環(huán)，二是K2CO3(aq)循環(huán)，請在上述流程圖中指出第三處循環(huán)(循環(huán)方向、循環(huán)物質(zhì))。 【解析】　(1)從圖中看出，脫硫即除去H2S，加Fe(OH)3脫硫的生成物之一是Fe2S3，再應(yīng)用質(zhì)量守恒進行分析，可寫出化學(xué)方程式。 (2)CH4一次轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)方程式是CH4＋H2O(g)CO＋3H2，生成0.9n mol CO的同時生成2.7n mol的H2。 (3)在K2CO3(aq)和CO2的反應(yīng)中CO2是氣體，加壓必然是有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率或化學(xué)平衡的問題，再分析三個選項可知，應(yīng)選b。 (4)CO2的用途較多，也是中學(xué)生應(yīng)當熟悉的。 (5)合成氨反應(yīng)中，N2和H2的轉(zhuǎn)化率較低，為了提高它們的轉(zhuǎn)化率，在分離出NH3后再將N2和H2循環(huán)使用。 【答案】　(1)3H2S＋2Fe(OH)3===Fe2S3＋6H2O (2)2.7n　(3)b (4)制汽水、做干冰、生產(chǎn)純堿等 (5)N2，H2N2，H2，NH3N2、H2 14．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.實驗室制備氨氣，下列方法中適宜選用的是________________。 ①固態(tài)氯化銨加熱分解?、诠腆w氫氧化鈉中滴加濃氨水?、勐然@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.為了在實驗室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設(shè)計了如下裝置(圖中夾持裝置均已略去)。 [實驗操作] ①檢查實驗裝置的氣密性后，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其純度。 ②關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示。氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，幾分鐘后火焰熄滅。 ③用酒精燈加熱反應(yīng)管E，繼續(xù)通氫氣，待無底細口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進入反應(yīng)管E，片刻后F中的溶液變紅。 回答下列問題： (1)檢驗氫氣純度的目的是________________。 (2)C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時，A裝置內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象是________，防止了實驗裝置中壓強過大。此時再打開彈簧夾b的原因是________，C瓶內(nèi)氣體的成分是________。 (3)在步驟③中，先加熱鐵觸媒的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 反應(yīng)管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【答案】?、?制化肥、制硝酸?、?②④ Ⅲ.(1)排除空氣，保證安全 (2)鋅粒與酸脫離　盡量增大氫氣的濃度以提高氮氣的轉(zhuǎn)化率　N2、H2 (3)鐵觸媒在較高溫度時活性增大，加快氨合成的反應(yīng)速率　N2＋3H22NH3