2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第一單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題2人工固氮技術(shù)-合成氨課時(shí)演練含解析新人教版選修2

PAGE6-課題2人工固氮技術(shù)——合成氨1．合成氨的反應(yīng)采納500℃溫度的緣由是()A．溫度太低反應(yīng)速率太小B．該溫度時(shí)催化劑活性最大C．該溫度時(shí)反應(yīng)速率最大D．該溫度時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率最高解析：工業(yè)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)是：正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)，選用的相宜條件，400～500℃、鐵催化劑、10MPa～30MPa；循環(huán)操作(N2與H2的體積比為1∶3)，在500℃時(shí)催化劑的活性最大。答案：B2．合成氨時(shí)既要使合成氨的產(chǎn)率增大，又要使反應(yīng)速率加快，可實(shí)行的方法是()①減壓②加壓③升溫④降溫⑤剛好從平衡混合氣中分別出NH3⑥補(bǔ)充N(xiāo)2或H2⑦加催加劑⑧減小N2或H2的量A．③④⑤⑦ B．②④⑥C．②⑥ D．②③⑥⑦解析：合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up10(催化劑),\s\do10(高溫、高壓))2NH3(g)ΔH<0的特點(diǎn)為：正反應(yīng)放熱且氣體體積減小。要使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)且反應(yīng)速率加快，應(yīng)選C。答案：C3．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法中，正確的是()A．從合成塔出來(lái)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)運(yùn)用，所以總體來(lái)說(shuō)，氨的產(chǎn)率很高C．合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度限制在500℃，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)D．我國(guó)合成氨廠采納的壓強(qiáng)是10～30MPa，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(lái)的混合氣體中NH3只占15%，但由于原料氣N2和H2循環(huán)運(yùn)用和不斷分別出液氨，所以生產(chǎn)NH3的效率還是很高的，因此A項(xiàng)不正確。限制反應(yīng)溫度為500℃，一是為了使反應(yīng)速率不至于很低，二是為了使催化劑活性最大，因此，C選項(xiàng)不正確。增大壓強(qiáng)有利于NH3的合成，但壓強(qiáng)越大，須要的動(dòng)力越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高，我國(guó)的合成氨廠一般采納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)不正確。答案：B4．合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。哈伯法合成氨須要在20～50MPa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(guó)俄勒岡高校的化學(xué)家運(yùn)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(shuō)法中錯(cuò)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須要在高溫條件下，可節(jié)約大量能源C．新法合成在常溫下進(jìn)行也須要斷裂化學(xué)鍵D．新的催化劑降低了反應(yīng)所須要的能量解析：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(duì)大小確定的，與反應(yīng)的條件無(wú)關(guān)，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤。依據(jù)題意可推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：A5．1913年德國(guó)化學(xué)家哈伯獨(dú)創(chuàng)了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿意了當(dāng)時(shí)日益增長(zhǎng)的人口對(duì)糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而實(shí)行的措施是()A．①②③B．②④⑤C．①③⑤D．②③④解析：此合成氨的反應(yīng)為：N2＋3H22NH3，為提高原料的轉(zhuǎn)化率，即使上述反應(yīng)正向移動(dòng)，而增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度可使平衡正移，則措施④⑤符合；上述反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)可使平衡正移，措施②符合；催化劑只變更反應(yīng)速率不影響平衡移動(dòng)，則③不符合；凈化過(guò)程也不影響平衡移動(dòng)，①不符合。答案：B6．試驗(yàn)室合成氨裝置如下圖所示，則以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A．裝置甲的作用之一是干燥B．裝置甲的作用是化合C．乙處導(dǎo)出的氣體是N2、H2、NH3D．檢驗(yàn)產(chǎn)物可用潮濕的紅色石蕊試紙或濃鹽酸等解析：裝置甲的作用有三點(diǎn)：①干燥氣體；②視察氣體逸出速率便于限制比例；③使氣體混合勻稱。答案：B7．在肯定條件下，進(jìn)入氨合成塔的混合氣體中氮?dú)獾捏w積占22%，氫氣的體積占78%，經(jīng)合成反應(yīng)達(dá)到平衡后，在相同溫度和壓強(qiáng)下，氣體體積縮小至原體積的95%，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率接近于()A．11.5% B．10.5%C．9.75% D．13.2%解析：設(shè)混合氣體為100L，反應(yīng)掉N2的體積為x。N2＋3H22NH3起先(L)22780平衡(L)22－x78－3x2x由題意：eq\f(22L－x＋78L－3x＋2x,22L＋78L)＝95%解得x＝2.5Lα(N2)＝eq\f(2.5L,22L)×100%＝11.4%。答案：A8．工業(yè)上合成氨的原料之一——?dú)錃猓幸环N來(lái)源是石油氣，如丙烷。(1)有人設(shè)計(jì)了以下反應(yīng)途徑(反應(yīng)方程式未配平)，假設(shè)反應(yīng)都能進(jìn)行，你認(rèn)為最合理的是()A．C3H8eq\o(→,\s\up10(極高溫))C＋H2B．C3H8eq\o(→,\s\up10(高溫脫氫))C3H6＋H2C．C3H8＋H2Oeq\o(→,\s\up10(催化劑),\s\do10(△))CO＋H2D．CO＋H2Oeq\o(→,\s\up10(高溫))CO2＋H2(2)按以上最合理的反應(yīng)途徑，理論上用1mol丙烷最多可制得氨氣()A．4mol B．6.7molC．10mol D．2.7mol(3)該合理的反應(yīng)途徑最顯著的優(yōu)點(diǎn)是()A．簡(jiǎn)潔易行B．制得的H2純度高C．制得的H2產(chǎn)量高D．可同時(shí)獲得大量熱量解析：(1)要分析得出哪種反應(yīng)方式生成的H2最多，配平反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：A．C3H8eq\o(→,\s\up10(極高溫))3C＋4H2。B．C3H8eq\o(→,\s\up10(高溫脫氫))C3H6＋H2。C．C3H8＋3H2Oeq\o(→,\s\up10(催化劑),\s\do10(△))3CO＋7H2，生成的CO又能和H2O反應(yīng)CO＋H2Oeq\o(,\s\up10(高溫))CO2＋H2。當(dāng)C3H8均為1mol時(shí)，C選項(xiàng)的途徑中產(chǎn)生H2最多。(2)C3H8＋3H2Oeq\o(→,\s\up10(高溫))3CO＋7H23CO＋3H2Oeq\o(=,\s\up10(高溫))3CO2＋3H2N2＋3H22NH3由以上反應(yīng)可得C3H8～10H2,3H2～2NH3。依據(jù)相關(guān)量，進(jìn)行計(jì)算：C3H8～10H2～eq\f(10,3)×2NH31moleq\f(20,3)mol所以1molC3H8最多可制得6.7mol氨，應(yīng)選B。答案：(1)C(2)B(3)C9．已知：N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up10(催化劑),\s\do10(高溫、高壓))2NH3(g)ΔH<0，2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up10(催化劑),\s\do10(加熱))2SO3(g)ΔH<0?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)從影響速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理論上應(yīng)實(shí)行的措施是________________，實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)行的措施分別是_________________。(2)在實(shí)際生產(chǎn)的合成氨過(guò)程中，要分別出氨氣，目的是__________________________________________________________；而合成SO3過(guò)程中，不須要分別出SO3，緣由是________________。解析：理論分析時(shí)首先分析各反應(yīng)的特點(diǎn)(氣體體積變更、熱效應(yīng))，而實(shí)際生產(chǎn)中要考慮單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)量等因素。答案：(1)高溫、高壓、催化劑合成氨：高溫、高壓、催化劑，合成SO3：高溫、常壓、催化劑(2)減小生成物濃度，使平衡向生成NH3方向移動(dòng)該反應(yīng)向生成SO3的方向進(jìn)行程度大，達(dá)到平衡后SO2含量較少，故不須要分別SO310．四川有豐富的自然氣資源，以自然氣為原料合成尿素的主要步驟如下圖所示(圖中某些轉(zhuǎn)化步驟及生成物未列出)：請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白：(1)已知0.5mol甲烷與0.5mol水蒸氣在t℃、pkPa時(shí)，完全反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣(合成氣)，汲取了akJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是____________。(2)在合成氨的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常實(shí)行的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中剛好分別出來(lái)，并將分別出氨后的氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，同時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃狻Ｕ?qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的觀點(diǎn)說(shuō)明實(shí)行該措施的理由：______________________________。(3)當(dāng)甲烷合成氨氣的轉(zhuǎn)化率為75%時(shí)，以5.60×107(4)已知尿素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，請(qǐng)寫(xiě)出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：①______________________________________________________________；②______________________________________________________________。解析：(1)0.5molCH4完全反應(yīng)汲取akJ熱量，則1molCH4完全反應(yīng)汲取2akJ熱量，熱化學(xué)方程式為CH4(g)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up10(t℃、pkPa))CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋2akJ·mol－1(2)采納循環(huán)操作有利于增大反應(yīng)物濃度，增大反應(yīng)速率，提高轉(zhuǎn)化率；削減NH3濃度有利于平衡正向移動(dòng)。(3)由反應(yīng)方程式可求轉(zhuǎn)化關(guān)系1CH4～4H2～eq\f(8,3)NH3，V