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2019-2020年高中化學 空氣資源 氨的合成綜合檢測 魯科版選修2 一、選擇題(本題包括12小題，每小題5分，共60分) 1．工業(yè)上用氫氣和氮氣合成氨，氫氣的主要來源是(　　) A．水和燃料　　　　　　 B．電解水 C．鋅和稀硫酸反應 D．液化空氣 【解析】　B、C項生產H2成本太高，不符合實際；D項液化空氣得N2；A項正確。 【答案】　A 2．合成氨工業(yè)有下列生產流程，其先后順序為(　　) ①原料氣制備?、诎钡暮铣伞、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．加壓法吸收NO2主要因為3NO2＋H2O2HNO3＋NO的反應是(　　) A．可逆反應 B．放熱反應 C．氧化還原反應 D．氣體總體積縮小的反應 【解析】　3NO2＋H2O2HNO3＋NO是氣體總體積縮小的反應，加壓使平衡正向移動，增大NO2的轉化率。 【答案】　D 4．硝酸工業(yè)中氧化爐中發(fā)生的化學反應是(　　) A．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO B．2NO＋O2===2NO2 C．4NH3＋5O24NO＋6H2O D．Na2CO3＋2NO2===NaNO3＋NaNO2＋CO2 【解析】　氧化爐中發(fā)生的主要反應是NH3的催化氧化。 【答案】　C 5．下列有關濃硝酸的敘述中，錯誤的是(　　) A．是無色液體，但常因含少量的Fe3＋而呈黃色 B．鋅與硝酸反應不能制得氫氣 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)性的強酸 【解析】　依據(jù)硝酸的物理性質和化學性質。濃硝酸通常呈黃色是由于NO2溶于硝酸中的原因；硝酸能和絕大多數(shù)金屬反應，但被還原的元素是氮而不是氫，冷的濃硝酸能使鐵、鋁鈍化，鐵制容器或鋁制容器可用于盛放濃硝酸。 【答案】　A 6．合成氨所用的H2可由煤與水反應制得，其中有一步反應為CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0，欲提高CO的轉化率可采用的方法有：①降低溫度；②增大壓強；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】　該反應是一個氣體總體積不變的放熱反應，欲提高CO的轉化率，可設法使化學平衡向正反應方向移動，顯然降低溫度可以滿足這一要求；增加水蒸氣的濃度，平衡向正反應方向移動，CO的轉化率也可以增大；若增加CO的濃度，平衡雖然向右移動，但CO的總量增大，其轉化率反而減小。增大壓強和使用催化劑只能加快反應速率，縮短達到平衡的時間，而與平衡時CO的轉化率無關。 【答案】　B 7．實驗室合成氨裝置如圖所示，則以下說法中錯誤的是(　　) A．裝置甲的作用之一是干燥 B．裝置甲的作用是化合 C．乙處導出的氣體是N2、H2、NH3 D．檢驗產物可用濕潤的紅色石蕊試紙或濃鹽酸等 【解析】　裝置甲的作用有三點：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 8．進行氨的催化氧化實驗時，鉑絲不能接觸氨水是因為(　　) A．鉑絲的溫度高，接觸氨水會使氨氣大量蒸發(fā) B．紅熱的鉑絲將會和氨發(fā)生反應，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，本來蓄熱就少，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。 【答案】　C 9．某工廠用CaSO4、NH3、H2O、CO2制備(NH4)2SO4，其工藝流程如下圖所示，下列推斷不合理的是(　　) A．設計工藝流程時也可以先通入CO2后通入NH3 B．生成1 mol (NH4)2SO4至少消耗2 mol NH3 C．CO2可被循環(huán)使用 D．往甲中通入CO2有利于(NH4)2SO4生成 【解析】　由元素守恒可判斷B項正確；從流程圖中可看出，反應過程中需用CO2，而CaCO3煅燒過程中產生CO2，因此CO2可循環(huán)使用，C項正確；甲中含有足量的NH3，通入CO2，生成CaCO3，有利于生成(NH4)2SO4，D項正確；CO2在CaSO4懸濁液中溶解度很小，故不能先通入CO2，A項錯誤。 【答案】　A 10．在一定條件下，進入氨合成塔的混合氣體中氮氣的體積占22%，氫氣的體積占78%，經合成反應達到平衡后，在相同溫度和壓強下，氣體體積縮小至原體積的95%，氮氣的轉化率接近于(　　) A．11.5% B．10.5% C．9.75% D．13.2% 【解析】　設混合氣體的體積為100 L，反應掉N2的體積為x。 N2?。?H2　　2NH3 開始 22 L 78 L 0 平衡 22 L－x 78 L－3x 2x 由題意：＝95% 解得x＝2.5 L α(N2)＝100%＝11.4%。 【答案】　A 11．在相同溫度下，有相同體積的甲、乙兩容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2。下列敘述中，錯誤的是(　　) A．化學反應速率：乙>甲 B．平衡后N2的濃度：乙>甲 C．H2的轉化率：乙>甲 D．平衡混合氣中H2的體積分數(shù)：乙>甲 【解析】　乙容器中反應物濃度大，反應速率快；假設開始時乙的容器體積是甲的兩倍，則甲與乙達到相同平衡，再將乙容器體積壓縮至與甲相等，在此過程中平衡向正反應方向移動，即N2、H2的轉化率增大，體積分數(shù)減??；因為壓縮時乙中各物質濃度是甲中的二倍，平衡移動雖然使N2、H2濃度減小，但仍比甲大。 【答案】　D 12．在一定溫度、壓強下，合成氨反應達到平衡后，混合氣體中NH3的體積分數(shù)為25%。若反應前后的溫度、壓強保持不變，則反應后縮小的氣體體積與原反應物體積的比值是(　　) A．1∶5　　　　　　　 B．1∶4 C．1∶3 D．1∶2 【解析】　同溫、同壓下，氣體的體積之比等于氣體的物質的量之比。設平衡時混合氣體的物質的量為100 mol，則NH3為25 mol，N2和H2的物質的量之和為75 mol，根據(jù)反應方程式可知，生成25 mol NH3，氣體的總物質的量減小25 mol，所以反應前氣體的總物質的量為125 mol，則反應后縮小的氣體體積與原反應物體積的比值是1∶5。 【答案】　A 二、非選擇題(本題包括4小題，共40分) 13．(10分)工業(yè)合成氨是在一定條件下進行的可逆反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。其部分工藝流程如下： 請回答下列問題： (1)第②步除需要催化劑這個條件外，還需要的條件是___________。 (2)第①步操作中的原料氣的“凈化”目的是________，第③步操作中的目的是________。 (3)工業(yè)合成氨反應后可以通過降低混合氣體的溫度而使氨分離出來。這種分離物質的方法的原理類似于下列哪種方法？________(填編號)。 A．過濾 B．蒸餾 C．分液 D．萃取 你作出這個判斷的理由是____________________________。 (4)可以用氯氣來檢驗輸送氨氣的管道是否漏氣，如果漏氣則會有白煙生成。該反應的化學方程式為______________________。 【解析】　(2)原料氣中往往含有使催化劑中毒的物質，所以在進行原料氣的反應前，需要除掉其中的雜質；工業(yè)合成氨反應后的混合氣體中既有氨氣，也有未反應的氫氣、氮氣，所以為了提高原料氣的利用率，將未反應的原料氣進行重新利用，這樣可以提高經濟效益。 (3)降低溫度，氨變?yōu)橐簯B(tài)，從而進行分離，所以跟蒸餾類似，都是通過改變溫度，使物質的狀態(tài)發(fā)生變化而分離。 (4)2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl，生成的HCl又與NH3反應生成NH4Cl小顆粒，產生白煙。 【答案】　(1)500 ℃、20～50 MPa (2)防止催化劑中毒　提高原料利用率(或提高經濟效益等) (3)B　通過溫度的改變而改變物質的狀態(tài)，達到分離的目的 (4)8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2 14．(10分)(xx青島高二質檢)以天然氣、焦炭、水、空氣為初始原料，可以制得若干化工產品： 請回答下列問題： (1)合成氨中原料氣體N2來源于空氣，可采用將空氣________和________等方法，H2可采用上述反應①，其化學方程式為__________________________。 (2)對于合成氨N2＋3H22NH3　ΔH＜0，其中N2與H2體積比高于1∶3的原因是__________________；及時分離NH3的方法是____________。 (3)制取NH4NO3時，NH3的用途有兩種，制HNO3的量大于與HNO3反應的量的原因是___________________________________________。 (4)反應⑤的化學方程式為_______________________________。 (5)發(fā)生反應③生成C8H18的化學方程式為___________________________。 【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；及時分離NH3，使化學平衡向右進行，可以使NH3冷卻液化分離； (3)由于NH3轉化為HNO3的過程中發(fā)生了反應：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO及各步反應有損失，一般應為制HNO3時NH3用量較大； (4)根據(jù)反應條件信息及元素守恒，反應⑤應為： CO2＋2NH3CO(NH2)2＋H2O； (5)根據(jù)反應條件信息及元素守恒，反應⑤應為： 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的轉化率，可以提高N2的加入量　冷卻使NH3液化 (3)由于NH3轉化為HNO3的過程中，發(fā)生3NO2＋H2O===2HNO3＋NO及各步反應有損失，制HNO3的NH3用量應較大 (4)CO2＋2NH3CO(NH2)2＋H2O (5)8CO＋17H2C8H18＋8H2O 15．(10分)某硝酸廠附近的空氣主要污染物為氮的氧化物。為了保護環(huán)境和綜合利用，可采用氨－堿兩級吸收法。此法兼有堿吸收和氨吸收兩方法的優(yōu)點，其吸收工藝流程如下： (1)排空物質的主要成分為__________________。 (2)進入吸收塔以前加一個緩沖器的目的是__________________。 (3)從吸收塔排出的混合液用途之一為________________________。 空氣的主要污染物為硫的氧化物和氮的氧化物。研究人員設計了同時凈化廢氣中二氧化硫和氮的氧化物的方法，將其轉化為硫酸和硝酸，工藝流程如下： 各室中發(fā)生的反應如下： a．氧化室：NO2(g)＋SO2(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)＋NO(g)　ΔH＝a kJmol－1 b．消除室：NO(g)＋NO2(g)===N2O3(g) ΔH＝b kJmol－1 N2O3(g)＋2H2SO4(l)===2NOHSO4(s)＋H2O(l) ΔH＝c kJmol－1 c．分解室：4NOHSO4(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4H2SO4(l)＋4NO2(g)　ΔH＝d kJmol－1 回答下列問題： (4)①和②分別為(寫化學式)________、________。 (5)寫出SO2、O2和H2O反應生成H2SO4的熱化學方程式： _________________________。 【解析】　在第一個流程圖中，液氨經緩沖器后汽化，與含有N2、O2、NOx的空氣混合，部分NH3與NOx反應，將N2、O2排空而NH3、NOx用堿液吸收生成亞硝酸鹽和硝酸鹽，其中銨鹽可作肥料，NaNO2可作建筑中水泥摻加劑、食品防腐著色劑等。 在第二個流程圖中，SO2與NO2在氧化室中反應，由分解室循環(huán)過來的①為NO2，NO與NO2在消除室內化合，再被H2SO4轉化，由分解室補充過來的②為H2SO4。凈化含SO2和NOx(NO、NO2)的廢氣，得到了硫酸和硝酸。 最后一問，要得出SO2、O2、H2O反應生成H2SO4的熱化學方程式，要消去NO2、NO、N2O3、NOHSO4等物質。將題中4個反應由上至下編為①、②、③、④，由(①＋②＋③)2＋④得：2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(l)===2H2SO4(l)　ΔH＝(2a＋2b＋2c＋d)kJmol－1。 【答案】　(1)N2、O2(只填N2也算對) (2)使氨氣和大氣充分混合 (3)作肥料(其他合理答案也可) (4)NO2　H2SO4 (5)2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(l)===2H2SO4(l) ΔH＝(2a＋2b＋2c＋d)kJmol－1 16．(10分)以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如圖所示(圖中某些轉化步驟及生成物未列出)： 請?zhí)顚懴铝锌瞻祝? (1)已知0.5 mol甲烷與0.5 mol水蒸氣在t C、p kPa時，完全反應生成一氧化碳和氫氣(合成氣)，吸收a kJ熱量，該反應的熱化學方程式是____________。 (2)在合成氨的實際生產過程中，常采取的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中及時分離出來，并將分離出氨后的氮氣和氫氣循環(huán)利用，同時補充氮氣和氫氣。請運用化學反應速率和化學平衡的觀點說明采取該措施的理由：____________________________。 (3)當甲烷合成氨氣的轉化率為75%時，以5.60107 L甲烷為原料能夠合成____________L氨氣。(假設體積均在標準狀況下測定) (4)已知尿素的結構簡式為，請寫出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構體的結構簡式： ①_______________________________________________； ②_____________________________________________。 【解析】　(1)因0.5 mol甲烷與0.5 mol水蒸氣完全反應生成一氧化碳和H2吸收了a kJ熱量，則1 mol甲烷與1 mol水蒸氣反應需吸收2a kJ的熱量，所以該反應的熱化學方程式為CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝2a kJmol－1。 (2)N2與H2合成NH3的反應(N2＋3H22NH3)是一個可逆反應，在該反應中，補充氮氣和氫氣有利于增大反應速率，分離氨和補充氮氣與氫氣都有利于平衡正向移動，同時循環(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系如下：CH4～4H2～NH3，由此關系式可以求得V(NH3)＝5.60 L10775%＝1.12108 L。 (4)因所寫同分異構體需含有碳氧雙鍵，根據(jù)價鍵理論結合尿素的結構簡式很容易寫出其同分異構體為。 【答案】　(1)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝2a kJmol－1 (2)增大氮氣和氫氣的濃度有利于增大反應速率；減小氨氣的濃度，增大氮氣和氫氣的濃度均有利于平衡向正反應方向移動 (3)1.12108