1、1课时跟踪训练(二) 人工固氮技术合成氨一、选择题(本题包括 10 小题，每小题 5 分，共 50 分)1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2工业上用氢气和氮气合成氨，氢气的主要来源是( )A水和碳氢化合物 B电解水C锌和稀硫酸反应 D液化空气3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4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
2、 加催化剂减小 N2或 H2的量A BC D5下列有关催化剂的性质、作用的说法正确的是( )A合成氨反应若不使用催化剂，该反应就不能进行B反应前后催化剂的质量不改变，但化学性质要改变C催化剂能缩短反应到达平衡所用的时间，但催化剂损耗量较大D催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率6对于可逆反应 N2(g)3H 2(g)2NH 3(g)(放热反应)，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
3、因为加快了正反应的速率，而减慢了逆反应的速率7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278%，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( )A11.5% B10.5%C9.75% D13.2%8对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是( )A都能提高反应速率，都对化学平衡无影响B都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有增大压强对化学平衡状态有影响D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而增大压强无此作用9一定条件下，合成氨气反应达到平
4、衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0%，与反应前的体积相比，反应后体积缩小的百分率是( )A16.7% B20.0%C80.0% D83.3%10对于可逆反应 N2(g)3H 2(g) 2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法 高 温 、 高 压 催 化 剂中正确的是( )A达到平衡后加入 N2，当重新达到平衡时，NH 3的浓度比原平衡的大，H 2的浓度比原平衡也大B达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应的速率，又提高了 NH3的产率C达到平衡后，缩小容器的体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率D加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，逆反应速
5、率减小二、非选择题(本题包括 4 小题，共 50 分)11(12 分)工业上合成氨的化学反应为 N2(g)3H 2(g) 2NH3(g) (正反应为放 一 定 条 件 热反应)。(1)使用铁触媒催化剂是为了_。(2)通常采用 1107310 7 Pa 的压强，原因是_。(3)选择 500 左右的温度进行反应，是由于_。(4)将生成的氨及时从混合气中分离出来，原因是_。12(12 分)合成氨工业中，原料气(N 2、H 2，混有少量 CO、NH 3)在进入合成塔之前，常3用醋酸二氨合铜()溶液来吸收 CO，其化学反应为：CH 3COOCu(NH3)2CONH 3CH 3COOCu(NH3)3CO
6、(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 后的醋酸二氨合铜()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_。13(12 分)已知工业合成氨的化学反应为：N 2(g)3H 2(g)2NH 3(g) (放热反应)。(1)化工生产条件选定的主要原因是(选填字母序号)_。A温度、压强对化学平衡的影响B铁触媒在该温度时活性大C工业生产受动力、材料、设备等条件的限制(2)改变反应条件，会使平衡发生移动。如下图像表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确
7、的是(选填字母序号)_，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是(选填字母序号)_。(3)当甲烷制氢气合成氨气时，甲烷的转化率为 75%时，以 5.6107 L 甲烷为原料能够合成_L 氨气(假设气体体积均在标准状况下测定)。14(14 分)为了在实验室中利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下装置(图中夹持装置均已略去)。实验操作 检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹 a、b、c、d、e。在 A 中加入锌粒，向长颈漏斗中注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹 c、d、e，则 A 中有氢气产生。在 F出口处收集氢气并检验其纯度。关闭弹簧夹 c，取下截去底部的细口瓶 C，打开弹簧夹 a，将氢气经导管 B 验纯后点
8、燃，然后立即罩上无底细口瓶 C，塞紧瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。用酒精灯加热反应管 E，继续通氢气，待无底细口瓶 C 内水位下降到液面保持不变4时，打开弹簧夹 b，无底细口瓶 C 内气体经 D 进入反应管 E，片刻后 F 中的溶液变红。回答下列问题：(1)检验氢气纯度的目的是_。(2)C 瓶内水位下降到液面保持不变时，A 装置内发生的现象是_，防止了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹 b 的原因是_，C 瓶内气体的成分是_。(3)在步骤中，先加热铁触媒的原因是_。反应管 E 中发生反应的化学方程式是_。答 案1选 D 合成氨工业上采用循环压缩，将未反应的 N2、H
9、2重新压缩到合成塔中，提高了 N2、H 2的利用率。2选 A 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。3选 D 工业合成氨的热化学方程式为 N2(g)3H 2(g)2NH 3(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。4选
10、C 合成氨反应 N2(g)3H 2(g) 2NH3(g) H0 的特点为：可逆、放 高 温 、 高 压 催 化 剂热、气体分子总数减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选 C。5选 D 反应前后催化剂的质量和化学性质都没有改变，催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率。6选 B 反应物和生成物浓度是否相等与反应是否达到平衡状态无关，A 不正确；升高温度，不论放热反应还是吸热反应的反应速率都加快，C 不正确； 催化剂可以同等程度地改变正逆反应的反应速率，D 不正确。7选 A 设混合气体的体积为 100 L，反应掉 N2的体积为 x。N 2 3H 22NH 3开始 22 L 78 L 0平
11、衡 22 L x 78 L3 x 2 x5由题意： 95% 22 L x 78 L 3x 2x22 L 78 L解得 x2.5 L(N 2) 100%11.4%。2.5 L22 L8选 C 对化学反应 N2(g)3H 2(g)2NH 3(g)，催化剂只能提高反应速率使反应达到平衡状态所用的时间缩短，不能使化学平衡发生移动。施以高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成 NH3的反应方向移动。9选 A 设达到平衡后混合气体的体积为 1L，则其中生成的氨气的体积为 1 L20.0%0.2 L。则根据反应的化学方程式有：N23H 2 2NH3 V1 3 2 20.2
12、L 0.2 L所以平衡前混合气体的体积为 1 L0.2 L1.2 L，因此反应后气体体积缩小率为100%16.7%。0.2 L1.2 L10选 C 达到平衡后，加入 N2平衡向正反应方向移动，NH 3的浓度增大了，而 H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于 NH3的生成；达到平衡后，缩小体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高 H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。11解析：工业合成氨使用铁触媒是为了提高化学反应速率；采用 1107310 7 Pa的压强一方面是为了提
13、高反应速率，同时也可以增大反应物的转化率，但更高的压强则受到设备的限制；选择 500 左右的温度，一方面是为了提高反应速率，更主要的是因为催化剂的活性在此温度时最大；将生成的氨液化后分离出来可使平衡向右移动，反应物的转化率能大大提高。答案：(1)提高反应速率(2)该反应是一个气体体积减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，压强过高，对动力、设备要求过高，成本增大，也会降低经济效益，所以综合考虑，通常采用 1107310 7 Pa 的压强(3)合成氨的反应是放热反应，温度升高，不利于氨的生成，但温度过低，反应速率很慢，故采用 500 左右的适宜温度，且 500 左右时催化剂的活性最大(
14、4)减小生成物氨的浓度，有利于化学平衡向正反应方向移动12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。题中指出：在合成氨的过程中必须除去 CO，因此 CO 是属于使催化剂中毒的物质。从吸收 CO 的化学方程6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 尽可能地被吸收，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，即要使平衡逆向移动，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13解析：(1)合成氨工业条件的选择，增大压强，加快反应速
15、率，提高氨的产率，升高温度主要是考虑催化剂的活性，故 A 不正确，B 正确；压强不能无限大，要考虑设备、材料、动力的限制，C 正确。(2)增大压强，平衡正向移动，图像 b 正确；升高温度，平衡逆向移动，图像 a 正确。(3)由 CH4合成氨要经过以下化学反应：CH4H 2O=CO3H 2COH 2O=CO2H 23H2N 2 2NH3则 CH4与 NH3之间的对应关系是 CH4 NH383合成氨的体积为 5.6107 L75% 1.1210 8 L。83答案：(1)BC (2) b a (3)1.1210 814解析：依据本题思路检验氢气纯度的目的是排除空气，保证实验安全；C 瓶内水位下降到液面保持不变时，A 装置内发生的现象是锌粒与酸脱离；此时再打开弹簧夹 b 的原因是尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率；此时 C 瓶内气体的成分是 N2和 H2；在步骤中，先加热铁触媒的原因是铁触媒在较高温度时活性增大，加快合成氨的反应速率；反应管 E 中发生反应的化学方程式是 N23H 2 2NH3。 铁 触 媒 答案：(1)排除空气，保证实验安全 (2)锌粒与酸脱离 尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率 N 2、H 2(3)铁触媒在较高温度时活性增大，加快合成氨的反应速率 N 23H 2 2NH3 铁 触 媒
