人教版 (新課標(biāo))選修2 化學(xué)與技術(shù)課題2 人工固氮技術(shù)——合成氨習(xí)題

這是一份人教版 (新課標(biāo))選修2 化學(xué)與技術(shù)課題2 人工固氮技術(shù)——合成氨習(xí)題，共9頁。
A組
1.人工固氮的成功對人類社會的進(jìn)步具有重大意義,下列過程屬于人工固氮的是( )

A.種植豆科植物,利用其根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)
B.閃電時(shí)氮?dú)馀c氧氣化合,生成的氮的化合物被植物吸收
C.化工廠中在催化劑作用下使氮?dú)馀c氫氣化合成氨氣
D.以氨氣為原料生產(chǎn)各種化肥
解析:豆科植物的根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)變成植物蛋白屬于生物固氮過程,A錯誤;閃電時(shí)氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生成NO,是在自然條件下的氮的固定,B錯誤;在一定條件下反應(yīng)生成N屬于工業(yè)合成氨的過程,屬于人工固氮方式,C正確;由N生產(chǎn)各種化肥,是氮的化合物之間的轉(zhuǎn)化過程,不屬于氮的固定過程,D錯誤。
答案:C
2.在合成氨時(shí),可以提高H2轉(zhuǎn)化率的措施是( )
A.延長反應(yīng)時(shí)間B.充入過量H2
C.充入過量N2D.升高溫度
解析:A項(xiàng)不能提高轉(zhuǎn)化率,B、D項(xiàng)反而會降低H2轉(zhuǎn)化率;只有充入過量N2才能使平衡向正反應(yīng)方向移動,提高H2轉(zhuǎn)化率,故C正確。
答案:C
3.合成氨工業(yè)中采用循環(huán)操作,主要是為了( )
A.加快反應(yīng)速率
B.提高NH3的平衡濃度
C.降低NH3的沸點(diǎn)
D.提高N2和H2的利用率
解析:合成氨工業(yè)采用循環(huán)操作,將N2、H2循環(huán)壓縮到合成塔中,提高了N2、H2的利用率。
答案:D
4.化工生產(chǎn)中,為加快反應(yīng)速率應(yīng)優(yōu)先考慮的措施是( )
A.選用適宜的催化劑
B.采用高壓
C.采用高溫
D.增大反應(yīng)物濃度
解析:化工生產(chǎn)中應(yīng)首先考慮的是生產(chǎn)成本,因此應(yīng)先考慮使用催化劑,提高反應(yīng)速率。
答案:A
5.合成氨生產(chǎn)過程采取的措施與化學(xué)平衡移動原理無關(guān)的是( )
A.選擇適當(dāng)?shù)臏囟菳.增大體系壓強(qiáng)
C.使用鐵觸媒作催化劑D.不斷分離出氨
解析:催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率,對平衡移動無影響。
答案:C
6.下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中,正確的是( )
A.從合成塔出來的混合氣體中,氨氣占15%,所以生產(chǎn)氨的工廠的效率都很低
B.由于氨易液化,N2和H2在實(shí)際生產(chǎn)中循環(huán)使用,所以總體來說,氨的產(chǎn)率很高
C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在400~500 ℃,目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動
D.我國合成氨廠采用的壓強(qiáng)是10~30 MPa,因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大
解析:雖然從合成塔出來的混合氣體中NH3只占15%,但由于原料氣N2和H2循環(huán)使用和不斷分離出液氨,所以生產(chǎn)NH3的效率還是很高的,因此A項(xiàng)錯誤;控制反應(yīng)溫度為400~500℃,主要是為了使催化劑活性最大,因此,C選項(xiàng)錯誤;增大壓強(qiáng)有利于NH3的合成,但壓強(qiáng)越大,需要的動力越大,對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高,我國的合成氨廠一般采用1×107~3×107Pa,但這并不是因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大,因此,D選項(xiàng)錯誤。
答案:B
7.1913年德國化學(xué)家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法,從而大大滿足了當(dāng)時(shí)日益增長的人口對糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖,其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是( )
A.①②③B.②④⑤
C.①③⑤D.②③④
解析:合成氨反應(yīng)為氣體分子總數(shù)減小的放熱反應(yīng),操作①是為了除去雜質(zhì),防止水蒸氣對反應(yīng)產(chǎn)生不良影響;②增大壓強(qiáng),有利于該反應(yīng)向右進(jìn)行,能夠提高轉(zhuǎn)化率;③催化劑只能加快反應(yīng),不影響化學(xué)平衡,故不能提高轉(zhuǎn)化率;④將產(chǎn)物NH3液化分離和⑤循環(huán)操作,均能使原料被更充分地利用,提高原料的轉(zhuǎn)化率。
答案:B
8.某化學(xué)學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)生產(chǎn)制備少量氨氣,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):
①連接好裝置并檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性后,制備少量氫氣并檢驗(yàn)氫氣純度;
②用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉,得到氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w;
③用鐵觸媒催化使氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成氨氣;
④檢驗(yàn)氨氣的生成。
(1)檢驗(yàn)氫氣純度的目的是 ;
(2)上述各裝置的接口正確的連接順序?yàn)?;
(3)操作②時(shí),彈簧夾a、b、c的開、關(guān)情況為 ,如何判斷氧氣已經(jīng)完全被消耗掉 ;
(4)在步驟③中,先加熱鐵觸媒,后通入混合氣體的原因是
,
反應(yīng)管D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ;
(5)若有氨氣生成,現(xiàn)象為 ;
(6)該裝置 (填“有”或“無”)缺點(diǎn),若填有,改進(jìn)措施為 。
解析:點(diǎn)燃易燃?xì)怏w時(shí),若氣體中混有空氣(氧氣),點(diǎn)燃會發(fā)生爆炸,故點(diǎn)燃之前一定要檢驗(yàn)純度;根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟的先后,可確定各裝置的接口順序?yàn)棰佗茛堍冖邰?用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉時(shí),應(yīng)該關(guān)閉彈簧夾b、c,打開a;點(diǎn)燃?xì)錃?當(dāng)火焰熄滅時(shí),則氧氣被消耗掉;由于鐵觸媒有一定的活性溫度要求,故先加熱鐵觸媒,再通混合氣體;若產(chǎn)生氨氣,溶于水顯堿性,會使E中溶液變紅;為防止水蒸氣對反應(yīng)產(chǎn)生不良影響,應(yīng)該在反應(yīng)前把氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w干燥,另外氨氣是一種污染性氣體,不能直接排入大氣中,應(yīng)該設(shè)有尾氣處理裝置。
答案:(1)防止因氫氣不純而發(fā)生爆炸
(2)①⑤④②③⑥
(3)關(guān)閉彈簧夾b、c,打開a 氫氣在C瓶內(nèi)燃燒,火焰熄滅時(shí),證明氧氣完全被消耗掉
(4)鐵觸媒在較高溫度時(shí)活性較大 N2+3H22NH3
(5)E中溶液變紅
(6)有 氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w應(yīng)該先通過干燥裝置,再通入反應(yīng)裝置;⑦后應(yīng)連接一個吸收尾氣的裝置
B組
1.用焦炭、空氣、水為原料制備NH3的有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:
①C+H2O(g)CO+H2
②CO+H2O(g)CO2+H2
③N2+3H22NH3
參加反應(yīng)的焦炭與氨氣之間的物質(zhì)的量之比約為( )
A.3∶4
B.3∶2
C.2∶3
D.1∶2
解析:由反應(yīng)①、②可得C~2H2,由③可得,3H2~2NH3,故:3C~6H2~4NH3,n(C)∶n(NH3)=3∶4。
答案:A
2.合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要的意義。哈伯法合成氨需要在10~30 MPa的高壓和500 ℃的高溫下,并用鐵作為催化劑,氨的轉(zhuǎn)化率為10%~15%;最近美國俄勒岡大學(xué)的化學(xué)家使用了一種名為trans-Fe(DMeOPrPE)2的催化劑,在常溫下合成出氨。下列有關(guān)說法中錯誤的是( )
A.哈伯法合成氨是吸熱反應(yīng),新法合成氨是放熱反應(yīng)
B.新法合成和哈伯法相比不需要在高溫條件下,可節(jié)約大量能源
C.新法合成能在常溫下進(jìn)行也需要斷裂化學(xué)鍵
D.新的催化劑降低了反應(yīng)所需要的能量
解析:吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)是由反應(yīng)物和生成物所具有的能量的相對大小決定的,與反應(yīng)的條件無關(guān),所以A項(xiàng)錯誤。根據(jù)題意可判斷利用催化劑降低了反應(yīng)所需能量,所以反應(yīng)在常溫下可以進(jìn)行,可節(jié)約大量能源,其他選項(xiàng)正確。
答案:A
3.氨催化氧化是硝酸工業(yè)的基礎(chǔ),在某催化劑作用下只發(fā)生主反應(yīng)①和副反應(yīng)②,有關(guān)物質(zhì)產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖。
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH1=-905 kJ·ml-1①
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH2=-1 268 kJ·ml-1②
下列說法中正確的是( )
A.工業(yè)上氨催化氧化生成NO時(shí),溫度應(yīng)控制在780~840 ℃之間
B.為了提高反應(yīng)速率,工業(yè)上常采用的物料比n(O2)∶n(NH3)為1.7~2.0
C.加壓有利于NH3生成NO,不利于NH3生成N2
D.N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=-181.5 kJ·ml-1
解析:由圖像知,在780~840℃之間,NO的產(chǎn)率最高,A正確;反應(yīng)①中O2不能過量,因?yàn)?NO+O22NO2,B錯誤;主反應(yīng)①是氣體分子總數(shù)增大的反應(yīng),加壓不利于NO的生成,C錯誤;由反應(yīng)得:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+181.5kJ·ml-1,D錯誤。
答案:A
4.在某合成氨的反應(yīng)中,測得合成塔入口處氣體N2、H2、NH3的體積比為6∶18∶1,出口處氣體N2、H2、NH3的體積比為9∶27∶8,則氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為( )
A.75%B.50%
C.25%D.20%
解析:設(shè)起始物質(zhì)的量分別是6ml,18ml,1ml
N2 + 3H22NH3
起始n/ml6181
轉(zhuǎn)化n/mlx3x2x
平衡n/ml6-x18-3x1+2x
據(jù)題意,x=,故N2的轉(zhuǎn)化率為×100%=25%
答案:C
5.氨在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位,下圖是合成氨的簡要流程:
Ⅰ.原料氣的制備。
(1)合成氨所需氮?dú)鈦碜钥諝?方法之一是將空氣液化后再加熱分離;請另設(shè)計(jì)一種從空氣中分離出氮?dú)獾姆椒? 。
(2)請寫出工業(yè)上獲得氫氣的一種方法(用化學(xué)方程式表示) 。
Ⅱ.原料氣的凈化。
為防止催化劑“中毒”,原料氣在進(jìn)入壓縮機(jī)之前必須經(jīng)過凈化、精制處理,“精制”過程通常是將含有少量CO、CO2、O2和H2S等雜質(zhì)的原料氣體通入含有氨水的醋酸亞銅二氨[Cu(NH3)2]Ac溶液,以獲得純凈原料氣。其中,吸收CO的反應(yīng)方程式為CO+[Cu(NH3)2]Ac+NH3·H2O[Cu(NH3)3CO]Ac+H2O ΔH