资源描述
主题1 空气资源 氨的合成 (时间:90分钟分值:100分)一、选择题(本题共12个小题,每小题4分,共48分。每小题只有1个选项符合题意)1.工业上用氢气和氮气合成氨,氢气的主要来源是()A.水和燃料B.电解水C.锌和稀硫酸反应D.液化空气解析：B、C项生产H2成本太高,不符合实际;D项液化空气得N2;A项正确。答案：A2.合成氨工业有下列生产流程,其先后顺序为()原料气制备氨的合成原料气净化和压缩氨的分离A.B.C.D.解析：合成氨工业流程顺序:原料气制备原料气净化和压缩氨的合成氨的分离。答案：B3.合成氨工业中,常加热至500 ,下列叙述中正确的是()A.加快反应速率,缩短达到化学平衡所需时间B.加快v(正),减小v(逆)C.使平衡向合成氨方向移动D.提高原料转化率答案：A4.如图表示温度、压强对平衡N2+3H22NH3+Q的影响,y轴是指()A.平衡气体中NH3的体积分数B.H2的转化率C.N2的物质的量D.正反应速率答案：C5.加压法吸收NO2主要因为3NO2+H2O2HNO3+NO的反应是()A.可逆反应B.放热反应C.氧化还原反应D.气体总体积缩小的反应解析：3NO2+H2O2HNO3+NO是气体总体积缩小的反应,加压使平衡正向移动,增大NO2的转化率。答案：D6.进行氨的催化氧化实验时,铂丝不能接触氨水是因为()A.铂丝的温度高,接触氨水会使氨气大量蒸发B.红热的铂丝将会和氨发生反应,使铂丝腐蚀C.防止铂丝温度降低,不起催化作用D.防止爆炸解析：氨的催化氧化是在催化剂存在的条件下加热,而铂丝很细,本来蓄热就少,若再与液体接触,温度降低,即使有催化剂存在也不发生反应。答案：C7.所有氮的氧化物都能和灼热的铁进行如下反应:4NxOy+3yFeyFe3O4+2xN2,将2 mol NxOy通过600 g灼热的铁粉完全反应后,生成1 mol N2和1 mol Fe3O4,则使用的NxOy是()(导学号52710022)A.NO2B.N2O3C.N2O4D.N2O5答案：A8.下列有关浓硝酸的叙述中,错误的是()A.是无色液体,但常因含少量的Fe3+而呈黄色B.锌与浓硝酸反应不能制得氢气C.可溶解绝大部分金属,却可放在铁制容器中D.是具有不稳定性的挥发性的强酸解析：浓硝酸通常呈黄色是由于NO2溶于硝酸中。答案：A9.合成氨所用的H2可由煤与水反应制得,其中有一步反应为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H0,欲提高CO的转化率可采用的方法有:降低温度;增大压强;使用催化剂,增大CO的浓度,增大水蒸气的浓度,其中正确的组合是()A.B.C.D.解析：该反应是一个气体总体积不变的放热反应,欲提高CO的转化率,可设法使化学平衡向正反应方向移动,显然降低温度可以满足这一要求;增加水蒸气的浓度,平衡向正反应方向移动,CO的转化率也可以增大;若增大CO的浓度,平衡虽然向右移动,但CO的总量增大,其转化率反而减小;增大压强和使用催化剂只能加快反应速率,缩短达到平衡的时间,而与平衡时CO的转化率无关。答案：B10.在一定条件下,进入氨合成塔的混合气体中氮气的体积占22%,氢气的体积占78%,经合成反应达到平衡后,在相同温度和压强下,气体体积缩小至原体积的95%,氮气的转化率接近于()(导学号52710023)A.11.5%B.10.5%C.9.75%D.13.2%解析：设混合气体的体积为100 L,反应掉N2的体积为x。由题意:=95%解得x=2.5 L,(N2)=100%11.4%。答案：A11.物质在“潮湿的空气”中发生的变化,主要与空气中某气体有关。下列说法中不正确的是()A.钢铁生锈与氧气、水蒸气有关B.氢氧化钠固体潮解、变质与水蒸气、二氧化碳有关C.铜器表面生成铜绿与氧气、二氧化碳、水蒸气有关D.生石灰堆放久了会变质与氧气有关答案：D12.足量铜与一定量的浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 molL-1 NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是()(导学号52710024)A.60 mLB.45 mLC.30 mLD.15 mL解析：由题意可知:HNO3,由此分析可得:Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等,即n(Cu)=2n(O2)=2=0.15 mol。根据质量守恒及NaOH和Cu(NO3)2的反应可得关系式:n(NaOH)=2nCu(NO3)2=2n(Cu)=0.3 mol,则VNaOH(aq)=0.06 L=60 mL。答案：A二、非选择题(本题共5个小题,共52分)13.(12分)以天然气、焦炭、水、空气为初始原料,可以制得若干化工产品:请回答下列问题:(1)合成氨中原料气体N2来源于空气,可采用将空气和等方法,H2可采用上述反应,其化学方程式为。(2)对于合成氨N2+3H22NH3H0,其中N2与H2体积比高于13的原因是;及时分离NH3的方法是。(3)制取NH4NO3时,NH3的用途有两种,制HNO3的量大于与HNO3反应的量的原因是。(4)反应的化学方程式为。(5)发生反应生成C8H18的化学方程式为。解析：(1)由空气中获得N2,去掉O2,可采用深冷分离空气或变压吸附或膜分离等方法。制取H2的反应为CH4+2H2OCO2+4H2;(2)由于原料气H2的制取比N2成本高,为了使H2的转化率提高,可提高N2的加入量,故N2与H2体积比高于13;及时分离NH3,使化学平衡向右进行,可以使NH3冷却液化分离;(3)由于NH3转化为HNO3的过程中发生了反应:3NO2+H2O2HNO3+NO及各步反应有损失,一般应为制HNO3时NH3用量较大;(4)根据反应条件信息及元素守恒,反应应为:CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O;(5)根据反应条件信息及元素守恒,反应应为:8CO+17H2C8H18+8H2O。答案：(1)深冷分离变压吸附CH4+2H2OCO2+4H2(2)制H2成本高于制N2,为了提高H2的转化率,可以提高N2的加入量冷却使NH3液化(3)由于NH3转化为HNO3的过程中,发生3NO2+H2O2HNO3+NO及各步反应有损失,制HNO3的NH3用量应较大(4)CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O(5)8CO+17H2C8H18+8H2O14.(12分)某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。可选药品:浓硝酸、3 molL-1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳已知:氢氧化钠溶液不与NO反应,能与NO2反应。2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O。(1)实验应避免有害气体排放到空气中。装置、中盛放的药品依次是。(2)滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后。(3)装置中发生反应的化学方程式是。(4)装置的作用是,发生反应的化学方程式是。(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是。(6)实验结束后,同学们发现装置中溶液呈绿色,而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是(选填序号字母)。a.加热该绿色溶液,观察颜色变化b.加水稀释该绿色溶液,观察颜色变化c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体,观察颜色变化答案：(1)3 molL-1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液(2)通入CO2一段时间,关闭弹簧夹,将装置中导管末端伸入倒置的烧瓶内(3)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O(4)将NO2转化为NO3NO2+H2O2HNO3+NO(5)装置中液面上方气体仍为无色,装置中液面上方气体由无色变为红棕色(6)acd15.(8分)硝酸大量用于制造无机肥料,如硝酸铵、硝酸钙、硝酸磷肥,还广泛用于其他工业生产。硝酸工业生产流程图如图所示:(导学号52710025)(1)第一步是氨的接触氧化,在一定温度下以铂铑合金网作为催化剂,写出该反应的化学方程式:。(2)在吸收塔中用水循环吸收NO2得到硝酸,写出发生反应的化学方程式:,该过程是放热的,为了使吸收效果更好,在吸收过程中需要控制在条件下。(3)尾气中含有氮的氧化物,直接排放到空气中会危害环境,写出一项氮的氧化物可能引起的环境问题,工业上常用纯碱溶液吸收NO2,生成亚硝酸盐、硝酸盐和其他物质,写出该反应的化学方程式:。答案：(1)4NH3+5O24NO+6H2O(2)3NO2+H2O2HNO3+NO低温、高压(3)光化学烟雾、酸雨、破坏臭氧层等(任答一项)2NO2+Na2CO3NaNO3+NaNO2+CO216.(10分)以天然气为原料合成尿素的主要步骤如图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):(导学号52710026)请填写下列空白:(1)已知0.5 mol甲烷与0.5 mol水蒸气在t 、p kPa时,完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气),吸收a kJ热量,该反应的热化学方程式是。(2)在合成氨的实际生产过程中,常采取的措施之一是:将生成的氨从混合气体中及时分离出来,并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用,同时补充氮气和氢气。请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由:。(3)当甲烷合成氨气的转化率为75%时,以5.60107 L甲烷为原料能够合成 L氨气(假设体积均在标准状况下测定)。(4)已知尿素的结构简式为,请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式:;。解析：(2)N2与H2合成NH3的反应(N2+3H22NH3)是一个可逆反应,在该反应中,补充氮气和氢气有利于增大反应速率,分离氨和补充氮气与氢气都有利于平衡正向移动,同时循环利用可以节约原料。(3)由CH4+2H2O(g)CO2+4H2的方程式和合成氨的方程式可以推出关系如下:CH44H2NH3,由此关系式可以求得V(NH3)=5.60 L10775%=1.12108 L。(4)因所写同分异构体需含有碳氧双键,根据价键理论结合尿素的结构简式很容易写出其同分异构体为,。答案：(1)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+2a kJmol-1(2)增大氮气和氢气的浓度有利于增大反应速率;减小氨气的浓度,增大氮气和氢气的浓度均有利于平衡向正反应方向移动(3)1.12108(4)17.(10分)硝酸工业尾气中的氮的氧化物(NO、NO2)是主要的大气污染物,其常用的治理方法中有以下两种(已简化):(导学号52710027)NaOH吸收方法,反应原理如下:2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O;NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O。氨的催化还原法,反应原理是:6NOx+4xNH3(3+2x)N2+6xH2O。现有一定量的含NO2和NO的硝酸工业尾气(不含其他气体),若用过量的NaOH溶液吸收后,溶液中NaNO3和NaNO2的物质的量之比与原混合气NO、NO2气体物质的量之比相等。(1)若用NOx表示该尾气中氮的氧化物的平均组成,试求x值。(2)将1体积的该尾气用氨催化还原法处理,至少消耗多少体积相同状况下的氨气?解析：设尾气中含NO2的物质的量为a,NO的物质的量为b,参加第一个反应的NO2为(a-b),生成NaNO2和NaNO3各。(1)由题意,得到下式(a-3b)(a+b)=0,即a-3b=0,故x=2+1=。(2)又因为氨的催化还原中,NOx中N由+价0价,NH3中的N由-30价,根据电子得失守恒:12N+14NH313N2+21H2O,即处理1体积的尾气需消耗体积的氨。答案：(1)x=(2)体积
展开阅读全文