2020届一轮复习人教版人工固氮技术——合成氨课时作业

2020届一轮复习人教版人工固氮技术——合成氨课时作业

‎2020届一轮复习人教版 人工固氮技术——合成氨 课时作业 学校：__________姓名：__________班级：__________考号：__________ 1、下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是（ ）‎ A.使用催化剂，使氮气和氢气的混合气体有利于合成氨 B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C.500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D.合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 2、 与实际化工生产功能相符合的化学方程式是 A. 工业制取乙烯： C2H5OHCH2＝CH2↑＋H2O B. 工业合成盐酸：H2 + Cl2 2HCl C. 工业获取氯化钠：2Na + Cl2 2NaCl D. 工业制漂粉精：2Ca(OH)2＋2Cl2 → Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O ‎3、科学工作者研发了一种SUNCAT的系统，借助锂循环可持续合成氨，其原理如下图所示。下列说法不正确的是（ ）‎ A. 过程Ⅰ得到的Li3N中N元素为-3价 B. 过程Ⅱ生成W的反应：Li3N+3H2O===3LiOH+NH3↑‎ C. 过程Ⅲ中能量转化的形式：化学能转变为电能 D. 过程Ⅲ涉及到反应：4OHˉ－4 e－=== O2↑＋2H2O ‎4、起固定氮作用的化学反应是(　　)‎ ‎①N2与H2在一定条件下反应生成NH3‎ ‎②硝酸工厂用NH3氧化制NO ‎③雷雨时空气中的N2转化为NO ‎④由NH3制碳酸氢铵和硫酸铵 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④‎ ‎5、下列不属于氮的固定的是(　　)‎ ‎①汽车发动机中氮气和氧气高温下化合生成NO ‎②动物的排泄物转化成氨或铵盐　③有些植物不需要使用氮肥,将氮气直接转化成蛋白质　④含氮的化合物经过细菌的分解后生成氮气 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④‎ ‎6、下列关于自然界中氮循环(如图)的说法不正确的是 (　　)‎ A．氮元素均被氧化 B．工业合成氨属于人工固氮 C．含氮无机物和含氮有机物可相互转化 D．碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环 ‎7、不属于氮的固定的是(　　)‎ A．镁条在空气中燃烧 B．合成氨 C．氨催化氧化制硝酸 D．豆科植物的根瘤菌固氮 ‎8、下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是(　　)‎ A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C. 500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 ‎9、为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中具有研发价值的是(　　)‎ A．研制高温下活性较大的催化剂 B．寻找NH3的新来源 C．研制低温下活性较大的催化剂 D．研制耐高温高压的新型生产设备 ‎10、采用循环操作可提高原料利用率，下列工业生产中，没有采用循环操作的是(　　)‎ A．硫酸工业　　　　　　　 B．合成氨工业 C．硝酸工业 D．氯碱工业 ‎11、以下关于化工生产原理的几种叙述中，均符合目前工业生产实际情况的是（　　）‎ A．石油是烃的混合物，石油工业中采用干馏的方法把石油分成不同沸点范围的产物 B．氯气和氢气混合在光照条件下生成氯化氢，再用水吸收生成盐酸 C．二氧化硫在接触室被氧化成三氧化硫，再在吸收塔内被水吸收制成浓硫酸 D．合成氨工业中，由于氨易液化，N2、H2循环使用，所以总体来说氨的产率很高 ‎ ‎12、利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：‎ 依据上述流程，完成下列填空：‎ ‎（1）天然气脱硫时的化学方程式是 ‎ ‎（2）n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol、产生H2 mol（用含n的代数式表示）‎ ‎（3）K2CO3（aq）和 CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是 （多选扣分）‎ ‎（a）相似相溶原理 （b）勒沙特列原理 （c）酸碱中和原理 ‎（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于 （写出CO2的一种重要用途）。‎ ‎（5）整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）‎ ‎13、已知海水电解制得的氢气用于合成氨，某合成氨厂生产流程如图： ‎①在第（1）个设备中先把N2、H2压缩的目的是： ．‎ ‎②在第（3）个设备中用冷却的方法分离出 ，其目的是： ．‎ ‎14、氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有很多重要应用 Ⅰ.工业合成氨的流程示意图如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）设备A中含有电加热器、触媒和热交换器，设备A的名称 ，其中发生的化学反应方程式为 ；原料氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式： ， ；‎ ‎（2）设备B的名称 ，其中m和n是两个通水口，入水口是 （填“m”或“n”）。不宜从相反方向通水的原因 ；‎ ‎（3）设备C的作用是 ；‎ Ⅱ. 制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺，氨碱法的工艺如下图所示：‎ ‎（4）图中的中间产物C是 ，D 。（写化学式）；‎ ‎（5）碳酸化塔中发生反应的化学方程式为 ；‎ ‎（6）联合制碱法对氨碱法进行了改进，更加符合绿色化学的重要原则，提高了反应的原子利用率。根据“联合制碱法”总反应，列出计算原子利用率的表达式：‎ 原子利用率（%）= 。‎ ‎15、科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。‎ ‎(1)目前合成氨技术原理为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)‎ ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。‎ ‎①673 K,30 MPa下，上述合成氨反应中n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是__________。‎ A．点a的正反应速率比点b的大 B．点c处反应达到平衡 C．点d和点e处的n(N2)相同 D．773 K,30 MPa下，t2时刻也是该反应的平衡点，则n(NH3)比图中e点的值大 ‎②在容积为2.0 L恒容的密闭容器中充入0.80 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在673 K、30 MPa下进行，达到平衡时，NH3的体积分数为20%。该条件下反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数K＝__________。‎ ‎(2)‎ 希腊亚里斯多德大学的两位科学家曾采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H＋)，实现了高温常压下高转化率的电解合成氨。其实验装置如图。阴极的电极反应式为______________________。‎ ‎(3)根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(‎ 掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应：‎ N2(g)＋3H2O(l) 2NH3(g)＋3/2O2(g)‎ ΔH＝a kJ·mol－1‎ 进一步研究NH3生成量与温度的关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表：‎ T/K ‎303‎ ‎313‎ ‎323‎ NH3生成量/(10－6mol)‎ ‎4.8‎ ‎5.9‎ ‎6.0‎ ‎①此合成反应的a __________ 0；ΔS __________ 0。(填“>”、“<”或“＝”)‎ ‎②已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1‎ ‎2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH＝－571.6 kJ·mol－1‎ 则N2(g)＋3H2O(l) 2NH3(g)＋3/2O2(g)‎ ΔH＝__________。‎ ‎16、氨在国民经济中占有重要地位。‎ ‎（1）合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH3，放出92.2 kJ热量。‎ ‎① 工业合成氨的热化学方程式是_______。‎ ‎ ② 若起始时向容器内放入2 mol N2和6 mol H2，达平衡后放出的热量为Q，则 Q（填“>”、“<”或“=”）_______184.4 kJ。‎ ‎ ③ 已知：‎ ‎1 mol N-H键断裂吸收的能量约等于_______kJ。‎ ‎（2）工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2]，反应的化学方程式为2NH3 (g)+ CO2 (g) CO(NH2)2 (l) + H2O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：‎ T / ℃‎ ‎165‎ ‎175‎ ‎185‎ ‎195‎ K ‎111.9‎ ‎74.1‎ ‎50.6‎ ‎34.8‎ ‎①焓变ΔH（填“>”、“<”或“=”）_______0。‎ ‎②在一定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO2平衡转化率（α）的关系。α随着x增大而增大的原因是_______。‎ ‎③ 上图中的B点处，NH3的平衡转化率为_______。‎ ‎17、某工厂用氨氧化法可制得质量分数为50%的HNO3溶液，脱水后可进一步得到90%的HNO3溶液。若以17 t液氨为原料生产HNO3(假设反应及脱水过程中各反应物和生成物无损耗)。‎ 试填写下列空白：‎ ‎(1)若该工厂只生产50%的HNO3溶液，计算得到的理论上需要水的质量为__________t；‎ ‎(2)若该工厂只生产90%的HNO3溶液，计算得到的理论上需要水的质量为__________t。‎ ‎18、制取硝酸铵的流程图如下：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)合成氨的原料通常来自何处？‎ ‎(2)已知N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1。请解释：‎ ‎①什么是可逆反应？‎ ‎②为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取哪些措施？‎ ‎(3)写出氨催化氧化的化学方程式。铂-铑合金网有何作用？为什么铂-铑合金网未预热也呈红热状态？‎ ‎(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，如何消除它们对大气的污染？写出化学反应式。‎ ‎(5)举出硝酸铵的两种主要用途。解释为什么该用途对现代社会非常重要？‎ ‎(6)在一定温度和压强的密闭容器中，将平均分子量为8.5的H2和N2混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气的平均分子量为10，试求此时N2的转化率和平衡混合气体中NH3的体积分数。‎ ‎(7)请你为硝酸厂的选址提出合理化建议。‎ ‎19、工业上向氨氧化法制得的硝酸溶液中加入浓Mg(NO3)2溶液作为脱水剂蒸馏来制得浓硝酸(以下数据均为溶质的质量分数)。65% HNO3溶液(质量为M1)中加72% Mg(NO3)2溶液(质量为M2)后蒸馏，分别得到97.5% HNO3溶液和60% Mg(NO3)2溶液(不含HNO3)。‎ ‎(1)P2O5吸湿性很强，它可使硝酸脱水：P2O5＋6HNO3===3N2O5↑＋2H3PO4，试判断P2O5能否作为制取浓硝酸的脱水剂__________(填“能”或“不能”)。‎ ‎(2)无水CaCl2能否作为制取浓硝酸的脱水剂？________(填“能”或“不能”)，其原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)若蒸馏过程中HNO3、Mg(NO3)2、H2O均无损耗，则蒸馏前的投料比M1/M2的值为__________。‎ ‎(4)蒸馏过程中，若H2O的损耗占总质量的5.0%，即有(M1＋M2)×5.0%的H2O流失。则投料时，比值M1/M2应该__________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。‎ ‎ (4)增大 ‎20、工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）；△H＝－92.44 kJ/mol；其部分工艺流程如下：‎ ‎（1）合成氨所需要的原料气中，氮气取自 ，氢气来源于 。‎ ‎（2）对原料气进行净化处理的目的是 。‎ ‎（3）设备A的名称是 ，设备B的名称是 。‎ ‎（4）在10～30Mpa时，工业合成氨选择400～500 ℃的温度进行反应，主要原因是 。‎ ‎（5）据《科学》杂志报道，希腊化学家在常压下将氢气和用氢气稀释的氮气分另通入一个加热到570 ℃的电解池（如图）中，氢和氮在电极上合成了氨，且转化率达到了78％。‎ 则阳极反应为 ，阴极反应为 。‎ 参考答案 ‎1、答案：B 使用催化剂能同等程度地加快v(正）、v（逆），而平衡不发生移动，A项不合题意；合成氨的反应是气体体积缩小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，B项符合题意；合成氨的反应是吸热反应，则低温才有利于平衡正向移动，实际生产中一般采用提高温度（500 ℃），是为了加快反应速率，且500 ℃时催化剂活性最大，故C项不符合题意；合成氨采用循环操作，并没有涉及化学平衡的移动，故D项也不符合题意。 2、答案：D 工业制取乙烯是由石油化工裂解而成，故A错误；工业合成盐酸是用Cl2、H2燃烧法制取HCl气体,然后将HCl气体溶于水制得的，故B错误；工业通过蒸发海水获取氯化钠，故C错误；工业把氯气通入石灰乳中制漂粉精：2Ca(OH)2＋2Cl2 → Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O，故D正确。‎ ‎ ‎ ‎3、答案：C A. 过程Ⅰ得到的Li3N中Li元素的化合价为+1，则N元素为-3价，选项A正确；B、根据流程可知，过程Ⅱ生成W的是由Li3N和水反应生成氨气和W，根据质量守恒可推出W为LiOH，反应：Li3N+3H2O===3LiOH+NH3↑，选项B正确；C、过程Ⅲ中应该是氢氧化锂转变为锂、氧气和水，应该是电解，能量转化的形式：电能转变为化学能，选项C不正确；D、过程Ⅲ涉及到电解池阳极电极反应：4OHˉ－4 e－=== O2↑＋2H2O，选项D正确。答案选C。‎ ‎4、答案：A 本题考查对氮的固定的理解,要注意氮的固定是将游离态的氮转化为化合态的氮。‎ ‎5、答案：D 氮的固定是指将游离态的氮转化成化合态的氮。‎ ‎6、答案：A A项，人工固氮时，N2＋3H22NH3，氮元素被还原；B项，把游离态的氮元素转化为含氮化合物的过程是氮的固定，工业合成氨属于人工固氮；C项，硝酸盐可转化为蛋白质，动植物遗体可转化为氨或铵盐，则含氮有机物和含氮无机物可相互转化；D项，在自然界氮循环过程中，碳、氢、氧三种元素也参与了循环。‎ ‎7、答案：C 氮的固定是指由游离态的氮转化为化合态的氮，氨催化氧化制硝酸是由化合态氮到化合态氮，不属于氮的固定。‎ ‎8、答案：B A项使用催化剂对平衡无影响；C项500 ℃时催化剂活性最好；D项采用循环操作提高原料利用率与平衡移动无关。‎ ‎9、答案：C 合成氨的反应是放热反应，降低温度有利于提高合成氨的产率，因此研制低温下活性较大的催化剂最具开发价值。‎ ‎10、答案：C 硫酸工业及合成氨工业的反应中都有可逆反应，采用循环操作将尾气中原料气分离再重新进行反应。氯碱工业中，电解饱和食盐水后，从阳极室流出的淡盐水等也是循环应用。硝酸工业中，采用通入过量O2，使NO全部被氧化，所以不采用循环操作。‎ ‎11、答案：D A项干馏错，应为蒸馏；B项混合光照会爆炸；C项用浓H2SO4吸收，而不是用水。‎ ‎12、答案：（1）3H2S＋2Fe(OH)3→Fe2S3＋6H2O （2）27n （3）b （4）生产纯碱（或作制冷剂等，其它合理答案也给分） （5） 13、答案：① 增大压强，使平衡向生成NH3的方向移动；‎ ‎② 液氨；使平衡右移，提高N2、H2的平衡转化率．‎ 解：本题考查工业合成氨．‎ ‎①第（1）个设备中先把N2和H2压缩，可使压强增大，有利于使平衡向生成氨气的方向移动，‎ 故答案为：增大压强，使平衡向生成NH3的方向移动；‎ ‎②在第（3）个设备中用冷却方法分离出液氨，生成物浓度降低，可使平衡向正向移动，提高转化率，‎ 故答案为：液氨；使平衡右移，提高N2、H2的平衡转化率．‎ ‎14、答案：（1）合成（氨）塔 ‎（2）冷却塔（或冷凝器） n 高温气体由冷却塔上端进入，冷却水从下端进入，逆向冷却效果好。‎ ‎（3）将液氨与未反应的原料气分离 ‎（4）Ca(OH)2 NH3‎ ‎（5）NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl ‎（6）原子利用率（%）‎ 考查学生对工艺流程的了解及信息的处理和综合运用知识的能力。‎ ‎15、答案：(1)①AC　②16/15 mol－2·L2(或1.07 mol－2·L2或1.1 mol－2·L2)‎ ‎(2)N2＋6H＋＋6e－===2NH3‎ ‎(3)①>　>　②＋765.2‎ ‎(1)①a、b两点均未达到平衡，正反应速率大于逆反应速率，且正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，则点a的正反应速率比点b的大；点c处，c(H2)＝c(NH3)，相等并不是不变，此点未达到平衡；点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处都是处在平衡状态，n(N2)或c(N2)不变；温度升高，合成氨的可逆反应平衡逆向移动，n(H2)或c(H2)增大，n(NH3)减小。‎ ‎②设在反应过程中N2的物质的量的变化为x。‎ ‎3H2　＋　N2　　2NH3　　　　　‎ 始/mol 1.60 0.80 0‎ 变/mol 3x x 2x 平/mol 1.6－3x 0.8－x 2x ‎×100%＝20%，‎ 解得x＝0.2。‎ K＝＝＝16/15 mol－2·L2。‎ ‎(2)合成氨反应中H2是还原剂，N2是氧化剂，N2在阴极得电子变成N3－，与H2失电子之后传导过来的H＋结合生成NH3，即阴极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3。‎ ‎(3)①温度升高，NH3的生成量增多，平衡右移，故正反应吸热，ΔH>0，即a>0；由于原反应中反应后气体的物质的量增大，故ΔS>0。‎ ‎②第1个反应减去第二个反应的3/2倍可得：‎ N2(g)＋3H2O(l) 2NH3(g)＋3/2O2(g)　ΔH＝＋765.2 kJ·mol－1。‎ ‎16、答案：（1）① N2(g)+3H2(g)= 2NH3(g) ΔH= –92.2 kJ/mol（条件不写也得分）‎ ‎② < ③391‎ ‎（2）① < ②c(NH4+)增大，平衡正向移动 ③32%‎ ‎（1）① N2(g)+3H2(g) = 2NH3(g) ΔH= –92.2 kJ/mol ‎②小于，因为该反应是可逆反应，给予的物质不能完全转化，所以小于。 ③391‎ ‎（2）①升高温度平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应。②c(NH4+)增大，平衡正向移动 ‎ ‎③二氧化碳的转化率是64%，所以氨气的转化率是32%‎ ‎17、答案：(1)45　(2)－11‎ 氨氧化过程中生成H2O，总的过程反应物与生成物量的关系式可表示为：NH3＋2O2===HNO3＋H2O即17 t氨气能得到63 t HNO3和18 t H2O，其质量分数为大于50%小于90%，所以生成50%的HNO3溶液时需加入H2O，生成90%的硝酸溶液时需除去一部分H2O，体现在需要上应为负值。‎ ‎18、答案：(1)N2取自于空气，H2可来自于水煤气。‎ ‎(2)①在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应，叫做可逆反应；②可采取增压、适当温度和使用铁触媒等措施。‎ ‎(3)4NH3＋5O24NO＋6H2O；Pt-Rh合金网起催化作用；因为氨的催化氧化反应是放热反应，保证Pt-Rh合金网达到一定温度而不必预热。‎ ‎(4)可用碱液吸收氮的氧化物：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。‎ ‎(5)NH4NO3可做化肥和炸药。前者可促使植物生长，增加农作物产量；后者可用于军事、建设上制造炸药，故该物质对现代社会的发展与和平作用重大。‎ ‎(6)30%；17.6%‎ ‎(7)厂址的选择应具备以下有利条件：原料和产品运输方便，生产动力来源充足，废物易于处理，地价较便宜等。‎ ‎(1)氮气的来源是空气，而氢气来源于燃料(煤、石油产品等)与水反应的产物。(2)‎ 可逆反应是指在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应；为提高合成氨的产率，可采取增压、适当温度和使用铁触媒等措施。(3)氨的催化氧化反应为放热反应，故铂-铑合金虽未预热也呈红热状态。(4)氮的氧化物可以用碱液吸收消除其危害。‎ ‎(6)‎ 设混合气体的物质的量为4 mol，平均分子量与气体的物质的量呈反比例，设反应后气体的物质的量为x mol，则有： ，x＝3.4，反应前后气体的物质的量差值为0.6 mol，设反应消耗N2的物质的量为y mol，生成氨的物质的量为z mol，则有：‎ ‎19、答案：(1)不能 ‎(2)不能　CaCl2与浓硝酸共热时会挥发出HCl，使制得的硝酸中混有盐酸 ‎(3)0.60‎ ‎(1)不能，因为用P2O5脱水时得到N2O5。‎ ‎(2)CaCl2溶解在硝酸中得Ca2＋和Cl－，加热时，HCl更易挥发，制得的浓HNO3含HCl，不纯，且减少了HNO3的产量。‎ ‎(3)根据蒸馏前HNO3溶液的质量＋Mg(NO3)2溶液的质量＝蒸馏后硝酸溶液的质量＋硝酸镁溶液的质量，得关系式 ‎20、答案：（1）空气 水和碳氢化合物 ‎（2）防止催化剂中毒 ‎（3）冷凝器 循环压缩机 ‎（4）温度500 ℃是因为温度太高，平衡混合物中氨的含量太低；温度太低，则化学反应速率太小。而且500 ℃，催化剂活性最大。‎ ‎（5）H2－2e －＝2H＋ N2＋6e－＋6H＋＝2NH3‎ ‎（1）合成氨所需要的原料气中，氮气取自空气，氢气来源于水和碳氢化合物。（2）对原料气进行净化处理，是为了防止催化剂中毒。（3）设备A为冷凝器，设备B为循环压缩机。（4）选择400～500℃的温度，是综合反应速率、反应限度及催化剂活性等考虑。（5）该装置为电解池，阳极反应为H2－2e －＝2H＋，阴极反应为N2＋6e－＋6H＋＝2NH3。 ‎