1、11.2 人工固氮技术合成氨课时演练促提升A 组1.人工固氮的成功对人类社会的进步具有重大意义,下列过程属于人工固氮的是( )A.种植豆科植物,利用其根瘤菌将氮气转化为蛋白质B.闪电时氮气与氧气化合,生成的氮的化合物被植物吸收C.化工厂中在催化剂作用下使氮气与氢气化合成氨气D.以氨气为原料生产各种化肥解析:豆科植物的根瘤菌将氮气转变成植物蛋白属于生物固氮过程,A 错误;闪电时氮气和氧气反应生成 NO,是在自然条件下的氮的固定,B 错误; 在一定条件下反应生成 N 属于工业合成氨的过N2与 H2 H3程,属于人工固氮方式,C 正确;由 N 生产各种化肥,是氮的化合物之间的转化过程,不属于氮的固定
2、H3过程,D 错误。答案:C2.在合成氨时,可以提高 H2转化率的措施是( )A.延长反应时间 B.充入过量 H2C.充入过量 N2 D.升高温度解析:A 项不能提高转化率,B、D 项反而会降低 H2转化率;只有充入过量 N2才能使平衡向正反应方向移动,提高 H2转化率,故 C 正确。答案:C3.合成氨工业中采用循环操作,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的利用率解析:合成氨工业采用循环操作,将 N2、H 2循环压缩到合成塔中,提高了 N2、H 2的利用率。答案:D4.化工生产中,为加快反应速率应优先考虑的措施是( )A.选用
3、适宜的催化剂B.采用高压C.采用高温D.增大反应物浓度解析:化工生产中应首先考虑的是生产成本,因此应先考虑使用催化剂,提高反应速率。答案:A5.合成氨生产过程采取的措施与化学平衡移动原理无关的是( )A.选择适当的温度 B.增大体系压强C.使用铁触媒作催化剂 D.不断分离出氨2解析:催化剂只能改变化学反应速率,对平衡移动无影响。答案:C6.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,N 2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 400500 ,目的是使化学平
4、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 项错误;控制反应温度为 400500,主要是为了使催化剂活性最大,因此,C 选项错误;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 11073107Pa,但这并不是因为该压强下铁触媒的活性最大,因此,D 选项错误。答案:B7.1913 年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,
5、从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是( )A. B.C. D.解析:合成氨反应为气体分子总数减小的放热反应,操作是为了除去杂质,防止水蒸气对反应产生不良影响;增大压强,有利于该反应向右进行,能够提高转化率;催化剂只能加快反应,不影响化学平衡,故不能提高转化率;将产物 NH3液化分离和循环操作,均能使原料被更充分地利用,提高原料的转化率。答案:B8.某化学学习小组在实验室模拟工业生产制备少量氨气,设计了如下实验:连接好装置并检查实验装置的气密性后,制备少量氢气并检验氢气纯度;用氢气将空气中的氧气消耗掉,得到氢气与氮气的混合气体;用
6、铁触媒催化使氢气与氮气反应生成氨气;3检验氨气的生成。(1)检验氢气纯度的目的是 ; (2)上述各装置的接口正确的连接顺序为 ; (3)操作时,弹簧夹 a、b、c 的开、关情况为 ,如何判断氧气已经完全被消耗掉 ; (4)在步骤中,先加热铁触媒,后通入混合气体的原因是, 反应管 D 中发生反应的化学方程式是 ; (5)若有氨气生成,现象为 ; (6)该装置 (填“有”或“无”)缺点,若填有,改进措施为 。 解析:点燃易燃气体时,若气体中混有空气(氧气),点燃会发生爆炸,故点燃之前一定要检验纯度;根据实验步骤的先后,可确定各装置的接口顺序为;用氢气将空气中的氧气消耗掉时,应该关闭弹簧夹 b、c,
7、打开 a;点燃氢气,当火焰熄灭时,则氧气被消耗掉;由于铁触媒有一定的活性温度要求,故先加热铁触媒,再通混合气体;若产生氨气,溶于水显碱性,会使 E 中溶液变红;为防止水蒸气对反应产生不良影响,应该在反应前把氢气与氮气的混合气体干燥,另外氨气是一种污染性气体,不能直接排入大气中,应该设有尾气处理装置。答案:(1)防止因氢气不纯而发生爆炸(2)(3)关闭弹簧夹 b、c,打开 a 氢气在 C 瓶内燃烧,火焰熄灭时,证明氧气完全被消耗掉(4)铁触媒在较高温度时活性较大 N 2+3H2 2NH3(5)E 中溶液变红(6)有 氢气与氮气的混合气体应该先通过干燥装置,再通入反应装置;后应连接一个吸收尾气的装
8、置B 组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+H 2O(g) CO+H2CO+H 2O(g) CO2+H2N 2+3H2 2NH3参加反应的焦炭与氨气之间的物质的量之比约为( )A.34B.32C.23D.12解析:由反应、可得 C2H2,由可得,3H 22NH3,故:3C6H 24NH3,n(C) n(NH3)=34。答案:A42.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨需要在 1030 MPa 的高压和500 的高温下,并用铁作为催化剂,氨的转化率为 10%15%;最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为 trans-Fe(DMeOPrPE)2
9、的催化剂,在常温下合成出氨。下列有关说法中错误的是( )A.哈伯法合成氨是吸热反应,新法合成氨是放热反应B.新法合成和哈伯法相比不需要在高温条件下,可节约大量能源C.新法合成能在常温下进行也需要断裂化学键D.新的催化剂降低了反应所需要的能量解析:吸热反应和放热反应是由反应物和生成物所具有的能量的相对大小决定的,与反应的条件无关,所以 A 项错误。根据题意可判断利用催化剂降低了反应所需能量,所以反应在常温下可以进行,可节约大量能源,其他选项正确。答案:A3.氨催化氧化是硝酸工业的基础,在某催化剂作用下只发生主反应和副反应,有关物质产率与温度的关系如图。4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+
10、6H2O(g) H1=-905 kJmol-1 4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g) H2=-1 268 kJmol-1 下列说法中正确的是( )A.工业上氨催化氧化生成 NO 时,温度应控制在 780840 之间B.为了提高反应速率,工业上常采用的物料比 n(O2) n(NH3)为 1.72.0C.加压有利于 NH3生成 NO,不利于 NH3生成 N2D.N2(g)+O2(g) 2NO(g) H=-181.5 kJmol-1解析:由图像知,在 780840之间,NO 的产率最高,A 正确;反应中 O2不能过量,因为2NO+O2 2NO2,B 错误;主反应是气体分子总数增
11、大的反应,加压不利于 NO 的生成,C 错误;由反应得:N 2(g)+O2(g) 2NO(g) H=+181.5kJmol-1,D 错误。( - )2答案:A4.在某合成氨的反应中,测得合成塔入口处气体 N2、H 2、NH 3的体积比为 6181,出口处气体N2、H 2、NH 3的体积比为 9278,则氮气的转化率为( )A.75% B.50%C.25% D.20%解析:设起始物质的量分别是 6mol,18mol,1molN 2 + 3H 2 2NH35起始 n/mol 6 18 1转化 n/mol x 3x 2x平衡 n/mol 6-x 18-3x 1+2x据题意 ,x= ,故 N2的转化率
12、为 100%=25%6-x1+2x=98 32 326答案:C5.氨在国民经济中占有重要地位,下图是合成氨的简要流程:.原料气的制备。(1)合成氨所需氮气来自空气,方法之一是将空气液化后再加热分离;请另设计一种从空气中分离出氮气的方法: 。 (2)请写出工业上获得氢气的一种方法(用化学方程式表示) 。 .原料气的净化。为防止催化剂“中毒”,原料气在进入压缩机之前必须经过净化、精制处理,“精制”过程通常是将含有少量 CO、CO 2、O 2和 H2S 等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨Cu(NH 3)2Ac 溶液,以获得纯净原料气。其中,吸收 CO 的反应方程式为 CO+Cu(NH3)2A
13、c+NH3H2O Cu(NH3)3COAc+H2O H0(3)为提高 CO 吸收率,可采取的有效措施是 。 (4)除去氧气时,氧气将Cu(NH 3)2Ac 氧化为Cu(NH 3)4Ac2,则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是 。 .氨的合成。(5)据报道,科学家采用高质子导电性的 SCY 陶瓷(能传递 H+)为介质,用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜作电极,实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨。其实验装置如图。请写出钯电极A 上的电极反应式:。 解析:由化学方程式可知此反应为放热反应,反应前有气体,反应后无气体,所以可以采取加压、降温使平衡右移;还原剂Cu(NH 3)2Ac 中铜元素化合
14、价升高 1,氧化剂 O2中氧元素化合价降低 2,所以还原剂与氧化剂物质的量之比为 41;N 2得电子,氮元素化合价降低 3,可得 N2+6e- 2NH3,用 H+配平。6答案:(1)将空气中的 O2与碳反应生成 CO2,再除去 CO2得到氮气(2)C+H2O(g) CO+H2(或 CO+H2O CO2+H2或 CH4+H2O CO+3H2等)(3)降低温度、增大压强(4)41(5)N2+6H+6e- 2NH36.实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下:已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO 2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。(1)从上图中选择制取气体的合适装置:氮气用 、氢气用 。
15、(2)氮气和氢气通过甲装置,甲装置的作用除了将气体混合外,还有 、 。 (3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨, (填“会”或“不会”)发生倒吸,原因是 。 (4)用乙装置吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内,能使铂丝保持红热的原因是 ,锥形瓶中还可观察到的现象是 。 (5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式: 。 (6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有 H+、OH -、 、 。 解析:氮气用氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液加热反应制取,故选 a 装置;氢气用锌与稀硫酸反应制取,不用加热,选 b 装置。甲装置的作用是混合氮气、氢气,干燥气体,控制氮气和氢气的流速。从氨合成器中出来的气体主要是氮气和氢气,通入水中吸收氨气,因为氮气、氢气难溶于水,故不会倒吸。氨的催化氧化是一个放热反应,铂丝保持红热,锥形瓶中发生下列反应:74NH3+5O2 4NO+6H2O,2NO+O2 2NO2故有红棕色气体产生,3NO 2+H2O 2HNO3+NO,HNO3+NH3NH4NO3。答案:(1)a b (2)干燥气体 控制氢气和氮气的流速 (3)不会 因为混合气体中含有大量难溶于水的氮气、氢气 (4)氨的催化氧化反应是一个放热反应 有红棕色气体产生(5)4NH3+5O2 4NO+6H2O (6)N NH+4 O-3
