《高中化學 主題1 空氣資源 氨的合成 課題2 氨的工業(yè)合成學業(yè)分層測評 魯科版選修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中化學 主題1 空氣資源 氨的合成 課題2 氨的工業(yè)合成學業(yè)分層測評 魯科版選修2（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

氨的工業(yè)合成 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 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)操作后增大了反應物N2和H2的濃度，加快了反應速率，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的轉化率。 【答案】　C 3．對于合成氨的反應來說，使用催化劑和施以高壓，下列敘述中正確的是 (　　) 【導學號：28920007】 A．都能提高反應速率，都對化學平衡無影響 B．都對化學平衡狀態(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，只有壓強對化學平衡狀態(tài)有影響 D．催化劑能縮短反應達到平衡狀態(tài)所用的時間，而壓強無此作用 【解析】　對化學反應N2＋3H22NH3，催化劑只能提高反應速率，使反應達到平衡狀態(tài)所用的時間縮短，不能使化學平衡發(fā)生移動。高壓能提高反應速率，使反應達到平衡狀態(tài)所用的時間縮短，也能使化學平衡向生成NH3的反應方向移動。 【答案】　C 4．已知焦炭、一氧化碳和烴類化合物都能與水反應產(chǎn)生合成尿素[CO(NH2)2]的原料——氫氣和二氧化碳，從充分利用原料的角度考慮，用下列物質生產(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的關系式：3H2～2NH3～CO2。 分別寫出備選項中各物質與H2O反應的化學方程式： A項C＋H2OH2＋CO，CO＋H2O===H2＋CO2總反應方程式為：C＋2H2O===2H2＋CO2；B項CO＋H2OH2＋CO2；C項CH4＋2H2O4H2＋CO2；D項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．反應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?、郾３煮w積不變，充入N2使體系壓強增大　④保持壓強不變，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、恒容時充入與反應無關的氣體，都對反應速率無影響。④相當于減壓，反應速率減小。 【答案】　C 6．合成氨反應達到平衡時，氨氣的百分含量與溫度、壓強的關系如圖所示。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 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，則參加反應的焦炭與產(chǎn)品氨氣之間的物質的量之比為(　　) A．3∶4 B．3∶2 C．2∶3 D．1∶2 【解析】　由反應：C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2，N2＋3H22NH3可得：C～2H2～NH3。 【答案】　A 8．合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，673K、30 MPa下n(NH3)和n(H2)隨時間變化的關系如圖所示。下列敘述正確的是(　　) A．點a的正反應速率比點b的小 B．點c處反應達到平衡 C．點d(t1時刻)和點e(t2時刻)處n(N2)不一樣 D．其他條件不變，773 K下反應至t1時刻，n(H2)比上圖中d點的值大 【解析】　選項A，在ab段可逆反應向正反應方向進行，隨著反應的進行，反應物濃度在減小，正反應速率在降低，故A項不正確；選項B中，c點時NH3、H2的物質的量仍在變化，故未達到化學平衡；選項C中，t1時刻和t2時刻都處于同樣的化學平衡狀態(tài)，則n(N2)不變，故C不正確；選項D中，由于正反應是一個放熱反應，升高溫度化學平衡向逆反應方向移動，故平衡時n(H2)比題圖中d點的值大，故D項正確。 【答案】　D 9．將V1L的H2和V2L的N2在一定條件下發(fā)生反應，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 [能力提升] 10．如圖所示“合成氨”的演示實驗(夾持儀器均已省略)。在Y形管的一側用Zn粒和稀H2SO4反應制取H2，另一側用NaNO2固體和NH4Cl飽和溶液反應制取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。 某課外活動小組通過查閱資料和多次實驗，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： ①NaNO2＋NH4ClNH4NO2＋NaCl ②NH4NO2NH3↑＋HNO2 ③2HNO2N2O3↑＋H2O ④2NH3＋N2O32N2＋3H2O 信息二：查閱資料，不同體積比的N2、H2混合氣體在相同實驗條件下合成氨，使酚酞試液變紅所需要的時間如下： N2和H2 的體積比 5∶1 3∶1 1∶1 1∶3 1∶5 酚酞變紅色 所需時間/min 8～9 7～8 6～7 3～4 9～10 據(jù)此回答下列問題： (1)Y形管左側管中發(fā)生反應的離子方程式　___________________________ _______________________________________________________________。 (2)鐵粉撒在石棉絨上的目的是　____________________________________ _______________________________________________________________。 (3)課外活動小組的同學們認為，該實驗中即使酚酞變紅也不能說明N2和H2反應合成了NH3，得出此結論的理由是　。 請你另設計一個簡單的實驗驗證你的理由　___________________________ _____________________________________________。 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)在上述實驗過程中，為盡快觀察到酚酞試液變紅的實驗現(xiàn)象，應該控制N2和H2的體積比為_______比較適宜；但該裝置還難以實現(xiàn)此目的，原因是_____ ________________________________________________________________。 (5)實驗過程中通入試管C中的氣體成分有________。 【解析】　(1)根據(jù)Y形管右側管需加熱，說明右側管反應制取N2，左側管反應制取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，增大反應速率。(3)因為NH4NO2分解可產(chǎn)生NH3，所以不能證明N2和H2反應生成了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之間加一個除NH3的裝置，排除了NH3的干擾。(4)由表可知V(N2)∶V(H2)＝1∶3時，反應最快，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，同時還有未反應的N2、H2。 【答案】　(1)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ (2)增大混合氣體與催化劑的接觸面積，使反應進行得更快 (3)從分步反應可知，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?、邸　B (4)1∶3　無法控制通入B中N2和H2的體積比 (5)NH3、N2、H2 11．合成氨工業(yè)的主要反應為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應為放熱反應)，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，有關的化學方程式為：______________________________ _______________________________________________________________。 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的轉化率相等，則轉化率為________。 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轉化率相等，則二者起始投料物質的量比為1∶3。 　　 　N2(g)＋3H2(g)2NH3 起始(mol) 1 3 0 轉化(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 1－x 3－3x 2x 則100%＝15%，解得x＝0.261， 轉化率為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，防止催化劑中毒 (2)加快反應速率，縮短達到平衡的時間且催化劑在此溫度下活性最大　既加快反應速率，也能促使平衡向正反應方向移動，提高NH3在平衡混合物中的百分含量　加快反應速率，縮短達到平衡的時間 (3)①26.1%?、诶淠? 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＝－92.4 kJmol－1，他因此獲得了1918年諾貝爾化學獎。試回答下列問題： 【導學號：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(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從體系中分離出來，剩余N2和H2循環(huán)到合成塔中，并補充N2和H2 (2)下圖是實驗室模擬工業(yè)合成氨的簡易裝置，簡述檢驗有氨氣生成的方法：____________________________________________________________________。 (3)在298 K時，將10 mol N2和30 mol H2通入合成塔中，放出的熱量小于924 kJ，原因是________________________________________________________ ________________________________________________________________。 (4)1998年希臘亞里斯多德大學的Marmellos和Stoukides采用高質子導電性的SCY陶瓷(能傳遞H＋)，實現(xiàn)了高溫、常壓下高轉化率的電化學合成氨。其實驗裝置如下圖，則其陰極的電極反應式為_________________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 【解析】　(1)勒夏特列原理只解釋平衡移動問題。(2)根據(jù)氨的性質進行檢驗。(3)合成氨的反應是可逆反應。(4)根據(jù)合成氨反應中的氧化劑、電解池中陰極反應特點及電解質成分進行分析。 【答案】　(1)AD (2)用濕潤的紅色石蕊試紙放在管口處，若試紙變藍則說明有氨氣生成 (3)該反應是可逆反應，10 mol N2與30 mol H2不可能完全反應，所以放出的熱量小于1092.4 kJ＝924 kJ (4)N2＋6H＋＋6e－===2NH3 13．Ⅰ.合成氨工業(yè)對化學的國防工業(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　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.為了在實驗室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設計了如下裝置(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_______________________________ ________________________________________________________________。 反應管E中發(fā)生反應的化學方程式是________________________________ ________________________________________________________________。 【答案】　Ⅰ.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，加快氨合成的反應速率　N2＋3H22NH3