高考化学一轮复习（第六辑）考点七十六 人工固氮技术-合成氨（含解析）1

考点七十六 人工固氮技术-合成氨聚焦与凝萃1理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件；2了解合成氨生产的一般流程和反应原理、反应条件等。解读与打通常规考点一、氮的固定1定义：氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法。 2方法：氨的固定主要方法有： （1）人工合成氨：化学固氨法。其条件要求高、成本高、转化率低、效率低。（2）根瘤菌，生物固氨。常温常压下进行。成本低、转化率高、效率高。3工业应用：模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产，借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。二、合成氨的反应原理 1反应原理：N23H22NH32反应特点：合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数减少的反应。 3反应条件：工业上，合成氨的适宜条件为铁作催化剂、400500 、1030 MPa的压强。三、合成氨的基本生产过程合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤：造气(制备合成氨的原料气) 、净化(原料气净化处理)、合成(使原料气进行化学反应合成氨)。1原料气的制备 （1）氮气的制备：物理方法：物理方法为将空气液化，蒸发分离出氧气。化学方法：将空气中的氧气与碳作用生成CO2，再除去CO2。（2）氢气的制备：碳与水蒸气的反应，用方程式表示为：CH2OCOH2。水蒸气与碳氢化合物的反应，用方程式表示为：CH4H2O3H2CO，CH4H2O=4H2CO2（催化剂、高温）。2原料气的净化 （1）含义：原料气的净化是指除去原料中杂质的过程，目的是防止催化剂中毒。（2）净化方法 H2S的除去，用方程式表示为：H2SNH3H2O=NH4HSH2O； CO的除去，用方程式表示为：COH2OCO2H2； CO2的除去，用方程式表示为：K2CO3CO2H2O=2KHCO3。3氨的合成与分离 （1）氨的合成：将净化后的原料气加压送进合成塔，在适宜条件下充分反应制取氨。（2）从合成塔出来的混合气体，其中氨气占总体积的15%，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，再导入液氨贮罐。四、合成氨工业的发展合成氨工业的主要研究领域有原料及原料气的净化、催化剂的改进、环境保护。隐性考点合成氨适宜条件的选择：（1）目的：尽可能加快化学反应的速率和提高化学反应的程度。（2）依据：外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响。（3）原则：既要注意外界条件对两者影响的一致性，又要注意对两者影响的矛盾性。既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制。既要注意理论生产，又要注意实际可能性。融合与应用 例1用焦炭、空气、水为原料制备NH3的有关反应的化学方程式：C+H2O(g)CO+H2；CO+H2O(g)CO2+H2；N2+3H2NH3，参加反应的焦炭与氨气之间的物质的量之比约为 ()A34 B32 C23 D12解析：此题应采用关系式来解。从多步反应中找出相应物质的反应量的关系。由反应、可得，C2H2，由反应可得，3H22NH3。故：3C6H24NH3。n(C)n(NH3)34。答案：A例2实验室合成氨装置如下图所示，则以下说法中错误的是 ()A装置甲的作用之一是干燥 B装置甲的作用是化合C乙处导出的气体是N2、H2、NH3 D检验产物可用湿润的红色石蕊试纸或浓盐酸等解析：装置甲的作用有三点：干燥气体；观察气体逸出速率便于控制比例；使气体混合均匀。答案：B例3合成氨工业上采用循环操作，主要是为了 ()A加快反应速率 B提高NH3的平衡浓度C降低NH3的沸点 D提高N2和H2的利用率 答案：D 扫描与矫正【正误判断】(正确的打“”，错误的打“”)（每个判断2分，共40分）（ ）1氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法 （ ）2选择适宜生产条件的原则是有较高的反应速率和平衡转化率，能最大限度地提高利润 （ ）3每种催化剂都是对特定的反应有催化作用，并非能改变任何化学反应的速率 （ ）4催化剂只有在活化温度以上才能起催化作用（ ）5从合成塔出来的气体，其中氨气一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低（ ）6由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高（ ）7合成氨工业的反应温度控制在400500 左右，目的是使平衡向正反应方向进行（ ）8合成氨工业采用10MPa30MPa，是因该条件下催化剂的活性最好（ ）9使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨（ ）10高压比常压条件更有利于合成氨的反应（ ）11500左右比室温更有利于合成氨的反应（ ）12合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 （ ）13工业合成氨时N2主要来源于空气（ ）14将氮气、氢气合成氨，必须施加高温、高压、催化剂等反应条件（ ）15现代工业上实施的合成氨属于仿生固氮（ ）16对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，都能缩短达到平衡状态所用时间，只有压强对化学平衡状态有影响（ ）17合成氨工业上采用循环操作，主要是为了提高N2和H2的利用率 （ ）18合成氨工业有下列生产流程，其先后顺序为：原料气制备原料气净化和压缩氨的合成氨的分离 （ ）19用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气，如果漏气则会有白烟生成，该反应的化学方程式为8NH33Cl2=6NH4ClN2 （ ）20合成氨工业的废气主要是H2S和CO2等有害气体，H2S可用直接氧化法、循环法等回收技术处理，CO2可作为生成尿素和碳铵的原料实训与超越【7+1模式】一、单选（76分=42分）1工业合成氨的反应是在500 左右进行，主要原因是 ()A500 时反应速率最快 B500 时的平衡浓度最大C500 时的转化率最高 D500 催化剂能发挥最大效力2下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 ()A使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B高压比常压条件更有利于合成氨的反应C500 左右比室温更有利于合成氨的反应 D合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率3关于氨的合成工业的下列说法正确的是 ()A从合成塔出来的气体，其中氨气一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低B由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高C合成氨工业的反应温度控制在400500 左右，目的是使平衡向正反应方向进行D合成氨工业采用10 MPa30 MPa，是因该条件下催化剂的活性最好4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转化率可采用的方法有：降低温度；增加压强；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 ()AB C D只有5化工生产中，为加快反应速率应优先考虑的措施是 ()A选用适宜的催化剂 B采用高压 C采用高温 D增大反应物浓度6可逆反应3H2(g) + N2(g)2NH3(g)；H0，达到平衡后，为了使H2 的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是 ()A升高温度，降低压强，增加氮气 B降低温度，增大压强，加入催化剂C升高温度，增大压强，增加氮气 D降低温度，增大压强，分离出部分氨7对于可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，下列说法正确的是 ()A达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等B恒温恒压时达到平衡后加入氨气，重新达到平衡时，氨气的浓度比原平衡时减小C达到平衡时，升高温度加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以反应向逆反应的方向移动D加入催化剂可以缩短到达平衡的时间，这是因为加快了正反应的速率，而减慢了逆反应的速率二、填空（18分）8【2006四川，29】四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（图中某些转化步骤及生成物未列出）：请填写下列空白：（1）已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在t ，p k Pa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了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即使分离出来，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。请应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： ， 。