2019-2020年高中化学 1.2人工固氮技术 合成氨规范训练 新人教版选修2.doc

2019-2020年高中化学 1.2人工固氮技术 合成氨规范训练 新人教版选修2考查点一合成氨适宜条件的选择1合成氨工业中控制的反应条件应 ()。A温度越高越好B压强越大越好C混合气体中氢气含量越高越好D所选的催化剂活性越大越好解析工业合成氨的热化学方程式为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1，似乎压强越大就越有利于平衡向合成氨的方向移动，温度越高达到平衡的时间就越短，易错选A或B。实际上在合成氨的工业生产中，压强不能太大，否则能耗太高，并且对设备的要求高。而根据化学平衡移动原理，此反应温度越低越有利于平衡向正方向移动，但温度太低，则催化剂的催化活性不能很好地发挥，反应速率太慢；为解决上述矛盾，一般选择使催化剂活性最大时的温度。答案D2为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中具有开发价值的是 ()。A研制高温下活性较大的催化剂B寻求NH3的新来源C研制低温下活性较大的催化剂D研制耐高温高压的新型材料建造合成塔解析合成氨的反应是放热反应，降低温度有利于提高合成氨的产率。答案C3下列有关合成氨工业的说法中，正确的是 ()。A从合成塔出来的混合气体中，氨气占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低B由于氨易液化，N2和H2在实际生产中循环使用，所以总体来说，氨的产率很高C合成氨工业的反应温度控制在500 ，目的是使化学平衡向正反应方向移动D我国合成氨厂采用的压强是1030 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大解析虽然从合成塔出来的混合气体中NH3只占15%，但由于原料气N2和H2循环使用和不断分离出液氨，所以生产NH3的效率还是很高的，因此A项不正确；控制反应温度为500 ，一是为了使反应速率不至于很低，二是为了使催化剂活性最大，因此C项不正确；增大压强有利于NH3的合成，但压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，我国的合成氨厂一般采用11073107 Pa，但这并不是因为该压强下铁触媒的活性最大，因此D项不正确。答案B4下列关于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，使平衡向生成NH3的方向移动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解析合成氨的反应特点之一：正反应是气体体积缩小的反应。当其他条件不变时，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，所以高压将有利于氨的合成，选项B符合。答案B5合成氨时既要使氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是()。减压加压升温降温及时从平衡混合气中分离出NH3补充N2或H2加催化剂减小N2或H2的量A B C D解析合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0的特点为：正反应放热且气体体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选C。答案C6合成NH3所需的H2可由煤与H2O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可能有：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解析该可逆反应的特点为：正反应为放热反应；反应前后气体体积不改变。结合勒夏特列原理可选出答案。答案C7合成氨工业中，原料气(N2、H2、混有少量CO、NH3)在进入合成塔之前，常用醋酸二氨合铜()溶液来吸收CO，其反应为CH3COOCu(NH3)2CONH3CH3COOCu(NH3)3CO(正反应为放热反应)。(1)必须除去CO的原因是_。(2)醋酸二氨合铜()溶液吸收原料气中CO的适宜条件是_。(3)吸收CO后的醋酸铜()氨溶液经适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力而循环使用，其再生的条件是_。解析合成氨流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质，在合成氨的过程中必须除去CO，因为CO能使催化剂中毒。从吸收CO的化学方程式可得：吸收CO的反应是正反应为气体体积缩小的放热反应，因此为了使CO尽最大可能被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动。要使醋酸二氨合铜()溶液再生，即使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。答案(1)防止CO使催化剂中毒(2)高压、低温并于醋酸二氨合铜()溶液中加入较浓氨水(3)低压、高温考查点二合成氨的生产过程及反应原理8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大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，所以平衡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解析本题往往错选C、D，原因是对升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动的原因认识不清；对使用催化剂可缩短到达平衡所用时间的原因认识不清；正确选项为B。答案B9合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，673 K、30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是()。A点a的正反应速率比点b的小B点c处反应达到平衡C点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样D其他条件不变，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比上图中d点的值大解析选项A，在ab段可逆反应向正反应方向进行，随着反应的进行，反应物浓度在减小，正反应速率在降低，故A项不正确；选项B中，c点时NH3、H2的物质的量仍在变化，故未达到化学平衡；选项C中，t1时刻和t2时刻都处于同样的化学平衡状态，则n(N2)不变，故C不正确；选项D中，由于正反应是一个放热反应，升高温度化学平衡向逆反应方向移动，故平衡时n(H2)比题图中d点的值大，故D项正确。答案D10哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现将氢气和氮气充入某密闭容器中，在一定条件下反应的有关数据为：项目H2N2NH3起始时5 molL13 molL102 s末2 molL1(1)氢气和氮气反应生成氨气(在2 s内)的反应速率v(H2)_。若此时已达平衡，则可求得平衡常数为_。(2)下图表示合成NH3反应在时间t0t6中反应速率与反应过程曲线图，则在下列达到化学平衡的时间段中，化学平衡常数最大的一段时间是_。t0t1t2t3t3t4t5t6若t1时改变的条件是升高温度，则说明合成NH3反应的焓变H_0(填“大于”或“小于”)。解析(1)根据合成氨反应3H2(g)N2(g)2NH3(g)和表中数据，计算得v(H2)1.5 molL1s1，达到平衡时各物质的浓度分别为n(H2)2 molL1，n(N2)2 molL1，n(NH3)2 molL1，即可求出平衡常数为0.25。(2)由图可知，从t1开始是化学反应速率增大，而逆反应速率大于正反应速率，说明平衡向左移动，化学平衡常数减小；从t3开始是反应速率增大，平衡不移动，平衡常数相等；从t4开始是化学反应速率减少，而逆反应速率减小的少，大于正反应速率，平衡向左移动，平衡常数减小，故化学平衡常数最大的一段是t0t1。升高温度，平衡向左移动，故正向是放热反应H0。答案(1)1.5 molL1s10.25(2)小于11氨是重要的氮肥，是产量较大的化工产品之一。课本里介绍的合成氨技术称为哈伯法，是德国人哈伯在1905年发明的，其合成原理为：N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.4 kJmol1他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。试回答下列问题：(1)合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是_。A采用较高压强(2050 MPa)B采用500 的高温C用铁触媒作催化剂D将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，剩余N2和H2循环到合成塔中，并补充N2和H2(2)下图是实验室模拟工业合成氨的简易装置，简述检验有氨气生成的方法：_。(3)在298 K时，将10 mol N2和30 mol H2通入合成塔中，放出的热量小于924 kJ，原因是_。(4)xx年希腊亚里斯多德大学的Marmellos和Stoukides采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H)，实现了高温、常压下高转化率的电化学合成氨。其实验装置如下图，则其阴极的电极反应式为_。解析(1)勒夏特列原理只解释平衡移动问题。(2)根据氨的性质进行检验。(3)合成氨的反应是可逆反应。(4)根据合成氨反应中的氧化剂、电解池中阴极反应特点及电解质成分进行分析。答案(1)AD(2)用湿润的红色石蕊试纸放在管口处，若试纸变蓝则说明有氨气生成(3)该反应是可逆反应，10 mol N2与30 mol H2不可能完全反应，所以放出的热量小于1092.4 kJ924 kJ(4)N26H6e=2NH312四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(1)0.5 mol CH4完全反应吸收a kJ热量，则1 mol CH4完全反应吸收2a kJ热量，热化学方程式为CH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)H2a kJmol1。(2)采用循环操作有利于增大反应物浓度，增大反应速率，提高转化率；减少NH3浓度有利于平衡正向移动。(3)由反应化学方程式可求转化关系1CH43H22NH3，V(NH3)5.60107 L75%28.4107 L。 (4)可先写出结构，再与其余基团连接。可写出异构体和NH4NCO的结构简式。答案(1)CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g) H2a kJmol1(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)8.4107(4)NH4NCO考查点三实验室合成氨13如图所示“合成氨”的演示实验(夹持仪器均已省略)。在Y形管的一侧用Zn粒和稀H2SO4反应制取H2，另一侧用NaNO2固体和NH4Cl饱和溶液反应制取N2，N2和H2混合后通过还原铁粉来合成NH3，再将产生的气体通入酚酞试液中，若酚酞试液变红，则说明产生了氨气。某课外活动小组通过查阅资料和多次实验，得到了如下信息：信息一：NaNO2固体和饱和NH4Cl溶液混合加热的过程中发生如下反应：NaNO2NH4ClNH4NO2NaClNH4NO2NH3HNO22HNO2N2O3H2O2NH3N2O32N23H2O信息二：查阅资料，不同体积比的N2、H2混合气体在相同实验条件下合成氨，使酚酞试液变红所需要的时间如下：N2和H2的体积比5131111315酚酞变红色所需时间/min89786734910据此回答下列问题：(1)Y形管左侧管中发生反应的离子方程式_。(2)铁粉撒在石棉绒上的目的是_ _。(3)课外活动小组的同学们认为，该实验中即使酚酞变红也不能说明N2和H2反应合成了NH3，得出此结论的理由是_。请你另设计一个简单的实验验证你的理由_。欲解决这一问题，可以选用下图中的_装置连接在原装置中的_和_之间。(4)在上述实验过程中，为尽快观察到酚酞试液变红的实验现象，应该控制N2和H2的体积比为_比较适宜；但该装置还难以实现此目的，原因是_。(5)实验过程中通入试管C中的气体成分有_。解析(1)根据Y形管右侧管需加热，说明右侧管反应制取N2，左侧管反应制取H2。(2)铁粉撒在石棉绒上的目的是增大与混合气体的接触面积，从而提高催化效率，增大反应速率。(3)因为NH4NO2分解可产生NH3，所以不能证明N2和H2反应生成了NH3。直接将Y形管中混合气体通入酚酞试液，若试液变红，则理由成立，否则理由不成立。在A、B之间加一个除NH3的装置，排除了NH3的干扰。(4)由表可知V(N2)V(H2)13时，反应最快，在Y形管中，无法控制气体的体积。(5)气体成分中有生成的NH3，同时还有未反应的N2、H2。答案(1)Zn2H=Zn2H2(2)增大混合气体与催化剂的接触面积，使反应进行得更快(3)从分步反应可知，产生N2的过程中，有可能直接产生氨气将混合加热产生的气体直接通入酚酞试液，若试液变红，则说明理由成立；否则，说明理由不成立AB(4)13无法控制通入B中N2和H2的体积比(5)NH3、N2、H2