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2017_2018学年高中化学课时跟踪训练二人工固氮技术__合成氨新人教版选修2

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高中化学审核员

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               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(  )

    ①减压 ②加压 ③升温 ④降温 ⑤及时从平衡混合气中分离出                            NH3 ⑥补充    N2 或

H2 ⑦加催化剂

    ⑧减小   N2 或 H2 的量
    A.①④⑤⑦                           B.③⑤⑧
    C.②⑥                             D.②③⑥⑦
    5.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)+3H2(g)2NH3(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
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78%,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(  )
    A.11.5%                          B.10.5%
    C.9.75%                          D.13.2%
    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(  )
    A.16.7%                          B.20.0%
    C.80.0%                          D.83.3%
                                高催温化、高剂压
                                  
    10.对于可逆反应       N2(g)+3H2(g)    2NH3(g)(正反应为放热反应),下列说法中正确
的是(  )

    A.达到平衡后加入        N2,当重新达到平衡时,NH3         的浓度比原平衡的大,H2         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             N (g)+3H (g)一定条件2NH    (g)  (正反应为放
                                       2       2        3
热反应)。
    (1)使用铁触媒催化剂是为了_______________________________________________
    ________________________________________________________________________。
    (2)通常采用    1×107~3×107 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(N2、H2,混有少量                CO、NH3)在进入合成塔之前,常

用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收             CO,其化学反应为:CH3COO[Cu(NH3)2]+CO+
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NH3CH3COO[Cu(NH3)3]·CO (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(Ⅰ)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(Ⅰ)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:N2(g)+3H2(g)2NH3(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    5.6×107   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] ①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。
    ②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
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。
    ③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
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。
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    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③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、H2 重新压缩到合成塔中,提高

了  N2、H2 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)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 
kJ·mol-1,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。
                                   高催温化、高剂压
                                    
    4.选  C 合成氨反应       N2(g)+3H2(g)   2NH3(g) ΔH<0  的特点为:可逆、放热、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。

         N2  + 3H22NH3
     开始 22 L   78 L    0
     平衡 22 L-x  78 L-3x 2x
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              22 L-x+78 L-3x+2x
     由题意:             22 L+78 L       =95%
     解得   x=2.5 L
             2.5 L

     α(N2)=22 L×100%=11.4%。

    8.选  C 对化学反应       N2(g)+3H2(g)2NH3(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 L×20.0%=
0.2 L。则根据反应的化学方程式有:

    N2+3H22NH3 ΔV
      1  3      2     2
              0.2 L  0.2 L
    所以平衡前混合气体的体积为             1  L+0.2   L=1.2   L,因此反应后气体体积缩小率为
0.2 L
1.2 L×100%=16.7%。

    10.选  C 达到平衡后,加入         N2 平衡向正反应方向移动,NH3          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                           1×107~3×107 
Pa 的压强一方面是为了提高反应速率,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  1×107~3×107 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
    (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
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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(Ⅰ)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(Ⅰ)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:

    CH4+H2O===CO+3H2

    CO+H2O===CO2+H2

    3H2+N22NH3
                                   8

    则 CH4 与 NH3 之间的对应关系是       CH4~3NH3
                                  8
    合成氨的体积为       5.6×107 L×75%×3=1.12×108 L。
    答案:(1)BC (2)b a (3)1.12×108
    14.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③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;
                                      铁触△ 媒
                                      
反应管   E 中发生反应的化学方程式是            N2+3H2    2NH3。
    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 N2、H2
                                                              铁触△ 媒
                                                              
    (3)铁触媒在较高温度时活性增大,加快合成氨的反应速率 N2+3H2                           2NH3
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