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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               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