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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、下列叙述正确的是( ) A.Li在氧气中燃烧主要生成Li2O2 B.将CO2通入次氯酸钙溶液可生成次氯酸 C.将SO2通入BaCl2溶液可生成BaSO3沉淀 D.将NH3通入热的CuSO4溶液中能使Cu2+还原成Cu 2、下列有关工业生产的叙述正确的是( ) A.合成氨生产过程中将NH3液化分离,可加快正反应速率,提高N2、H2的转化率 B.硫酸厂靠近原料产地比靠近硫酸消费中心更为有利 C.由于2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),所以硫酸生产中常采用高压条件提高SO2的转化率 D.充分利用硫酸厂生产过程中产生的“废热”,可使硫酸厂向外界输出大量的能量 3、合成氨时既要使合成氨的产率增大,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.③④⑤⑦ B.②⑤⑥ C.②⑥ D.②③⑥⑦ 4、下列化工生产中所发生的主要化学反应,不涉及氧化还原反应的是 A.氯碱工业 B.接触法制硫酸 C.制造普通玻璃 D.工业合成氨 5、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% 6、对于可逆反应N2(气)+3H2(气)2NH3(气) ΔH<0,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、在某合成氨厂合成氨的反应中,测得合成塔入口处气体N2、H2、NH3的体积比为6:18:1,出口处气体N2、H2、NH3的体积比为9:27:8,则氮气的转化率为 A.75% B.50% C.25% D.20% 8、关于合成氨工业中合成塔中的反应和硫酸工业中接触室中的反应,下列说法不正确的是( ) A.选择反应温度时,综合考虑了化学反应速率、化学平衡和催化剂活性等因素 B.反应都需在高温、高压和有催化剂存在的条件下进行 C.为充分利用能量,合成塔和接触室中都设有热交换器 D.为增大原料转化率,未反应的反应物要设法循环利用 9、某化学学习小组决定在实验室模拟工业生产原理制备少量氨气,设计了如下实验: ①连接好装置并检查实验装置的气密性后,制备少量氢气并检验氢气纯度; ②用氢气将空气中的氧气消耗掉,得到氢气与氮气的混合气体; ③用铁触媒催化使氢气与氮气反应生成氨气; ④检验氨气的生成。 (1)检验氢气纯度的目的是_____________________________。 (2)上述各装置的接口正确的连接顺序为_________________。 (3)操作②时,弹簧夹a、b、c的开、关情况为____________, 如何判断氧气已经完全被消耗掉___________________。 (4)在步骤③中,先加热铁触媒,后通混合气体的原因是________________,反应管D中发生反应的化学方程式是_________________________________________________________ _____________________________________________________。 (5)若有氨气生成,现象为______________________________。 (6)该装置________(填“有”或“无”)缺点,若填有,改进措施为______________________________________________________。 10、实验室用N2、H2合成氨气,并用酚酞试液检验生成的氨气,用锌与盐酸反应制取氢气;用NaNO2饱和溶液和NH4Cl饱和溶液共热制取氮气: NaNO2+NH4Cl=NaCl + NH4NO2 NH4NO2 N2↑+2H2O。制取装置如图所示: (1)装置A用于制取 (2)装置E中分液漏斗上方常用导管与园底烧瓶相通,作用是 。装置E 与装置C直接相连,连接时导管口连接方法为e接 。 (3)装置C的另一接口与其他仪器装置相连接时,导管口的连接顺序为:另一接口 接 , 接 , 接 。 (4)装置D的作用为 。装置F导出的气体的成分为 (5)装置G内滴有酚酞的试液,用于检验氨气的生成,该装置中导管口能否插入液面以下 (填“能”或“不能”),理由是 。 (6)从充分利用原料的角度看,装置G应装双孔塞,此时另一接口应与 相接为佳。 11、制取硝酸铵的流程图如下: 请回答下列问题: (1)合成氨的原料通常各来自何处? (2)已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g),ΔH=-92 kJ·mol-1。请解释: 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会发热? (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?写出反应方程式。 (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? 12、在以煤为主要原料的合成氨工业中,原料气氢气常用下述方法获得: ①C+H2O(g) CO+H2; ②CO+H2O(g) CO2+H2; (1)已知CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g);ΔH=-283.0 kJ/mol; H2(g)+1/2 O2(g)===H2O(g);ΔH=-285.8 kJ/mol;写出上述CO与H2O(g)反应的热化学方程式:________________________________________________________________________。 (2)从反应混合物中分离出H2的方法通常是以碱液洗气,根据该工业生产的实际分析,最好选用下列哪种溶液作为吸收剂?________,理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。 A.氢氧化钠溶液 B.氨水 C.石灰水或石灰乳 (3)在实验室模拟上述反应②,830 ℃时在1 L的容器中装入CO和H2O(g)各2 mol使之反应,达到平衡时测得容器中CO2的浓度为1 mol/L,计算830 ℃时该反应的平衡常数。 13、三氯化氮是液氯等生产过程中能引起爆炸的一种化合物。由原盐、生产用水中含有的氮氢化合物---氨随盐水进入电解槽它在电解过程中,与电解产物氯气反应或者是用水洗涤氯气而生成。由于它易分解并释放出大量气体而易发生爆炸事故。在液氯生产过程中,当NCl3质量分数(指NCl3的质量占氯气和NCl3的总质量的百分比)超过5%时即有爆炸的危险。 ⑴在氯化铵遇到Cl2时,当PH值<5时,生成三氯化氮的化学方程式: 。 ⑵NCl3爆炸时生成N2和C12。已知24.1g NCl3发生上述反应时放出的热量为91.2KJ,则标准状况下2.24LCl2生成时能放出热量 KJ。 ⑶某氯碱厂为测氯气中三氯化氮的含量,将样品先用内盛15.0 mL盐酸试剂的吸收管吸收NCl3(NCl3+HCl→NH4Cl+C12,未配平),然后用内盛400 mL 30.0%(ρ=1.22g/cm3)工业氢氧化钠吸收瓶吸收氯气,碱吸收瓶吸收后质量增加77.1g。三氯化氮吸收管内的氯化铵经仪器测定:其中NH4+质量为0.405g。试求该样品中NCl3的质量分数,该样品是否安全?(请写出计算过程) 14、“低碳”既是时尚,也是环保要求。“低碳”在工业生产中意义重大,充分利用原材料,不排放或减少排放“三废”,不同工厂联合生产等都是很好的“低碳”生产方式。下面是几个工厂利用废气、废渣(液)联合生产化肥硫酸铵的工艺: 请回答下列问题: (1)工艺操作①②分别为________________________________、______________________________________。 (2)工业合成氨的化学方程式为:____________________________________________________________________________。 (3)写出生成“产品”的离子方程式: ________________________________________________________________________________________________________。 (4)检验合成氨厂废气中是否含有氨气的方法是 __________________________________________________________________________________________________________。 (5)副产品的化学式为________。该联合生产工艺中可以循环使用的物质是_______________。 15、某研究性学习小组利用以下材料来探究NH3的还原性,部分实验装置如下图。 材料一 NH3是强还原剂,能将某些金属氧化物还原为金属单质或低价态的氧化物。如:2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O; 材料二 Cu+在酸性溶液中不稳定,可发生自身氧化还原反应生成Cu2+和Cu,Cu2O+2H+===Cu2++Cu+H2O。 请回答下列问题: (1)在实验室里,该学习小组设计下列制取纯净干燥氨气的方案,简易、可行的最佳方案是________。 A.加热氯化铵固体,再通过碱石灰 B.在N2和H2的混合气体中加入铁触媒,并加热至500 ℃,再通过碱石灰 C.加热浓氨水,再通过碱石灰 D.在生石灰中加入浓氨水,再通过碱石灰 (2)为证明NH3还原CuO的反应中有水生成,B中应放入的试剂是________。 (3)当观察到____________________(填现象),即表明A中的反应已经完成。 (4)该小组欲用体积比为1∶4的稀硫酸作试剂,检验反应是否有Cu2O固体生成。现用98%的浓硫酸配制1∶4的稀硫酸,所需的玻璃仪器除了胶头滴管外还有_______________ _______________________。 可证明还原产物中含有Cu2O的操作及现象是__________________________________。 (5)请写出A中生成Cu2O的化学方程式______________________________________。 (6)若用定量的方法测定该反应是否生成Cu2O,最简便且准确的方法是____________。 16、纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。请按要求回答问题: (1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物,请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式: ; (2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式: ; ___________________________________。 (3)CO2是制碱工业的重要原料,“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同? __________________________________________________________________________; (4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。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(%) =________________________________________。 17、某兴趣小组用题27图装置探究氨的催化氧化. (1)氨催化氧化的化学方程式为___________________. (2)加热玻璃管2一段时间后,挤压1中打气球鼓入空气,观察到2中物质呈红热状态;停止加热后仍能保持红热,该反应是_________反应(填“吸热”或“放热”). (3)为保证在装置4中观察到红棕色气体,装置3应装入_________;若取消3,在4中仅观察到大量白烟,原因是___________________. (4)为实现氨催化氧化,也可用装置5替换装置_________(填装置代号);化合物X为_________(只写一种),Na2O2的作用是___________________. 18、某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO4与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH4)2SO4的工艺流程。 请回答以下问题: (1)沉淀池中发生的主要反应方程式是__________________________________,该反应能够发生的原因______________________________________________________。 (2)提纯滤液以获得(NH4)2SO4晶体,必要的操作步骤是________(填写序号)。 A.蒸干 B.蒸发 C.冷却结晶 D.过滤 (3)该生产过程中可以循环使用的X是________。 (4)上述生产流程中,有关NH3的作用及说明正确的是________(填写序号)。 A.提供制备所需的氮元素 B.增大CO的浓度促进反应进行 C.作反应的催化剂 D.生产1 mol (NH4)2SO4,至少消耗2 mol NH3 19、合成氨的流程示意图如下: 回答下列问题: (1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的,通常使用的两种分离方法是________、________;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A中有电加热器、触媒和热交换器,设备A的名称是__________,其中发生的化学反应方程式为____________________; (3)设备B的名称是________,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是__________; (4)设备C的作用是__________。 20、 合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨的原理是:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,生产流程如图所示。 (1)X的化学式为__________。 (2)如图中条件选定的主要原因是(选填字母)__________。 A.升高温度、增大压强均有利于氨的合成 B.铁在该温度时活性最大 C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制 (3)改变反应条件,会使平衡发生移动。 如图表示随条件改变,产物中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(填字母)__________。 当横坐标为温度时,变化趋势正确的是(填字母)__________。 参考答案 1、答案:B A项,由于金属锂的还原性比较弱,故其在氧气中燃烧时生成Li2O;B项,由于碳酸的酸性强于次氯酸,故二氧化碳可以与次氯酸钙反应制取次氯酸;C项,由于亚硫酸的酸性小于盐酸的酸性,故二氧化硫不能与氯化钡溶液反应;D项,氨气溶于水生成一水合氨,其与硫酸铜发生复分解反应,生成Cu(OH)2沉淀。 2、答案:D 从原理上讲,合成氨时将氨液化使反应正向移动,但浓度减小,正逆反应速率减小,A错;厂址的选择要综合考虑,B错;对于二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应,在常压下二氧化硫的转化率已相当高,不用再提高成本采取高压,C错;要充分合理地利用能源,D对。 3、答案:C 合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的特点为:正反应放热且气体体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快,应选C。 4、答案:C 各选项涉及的主要反应为:A项,2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑;B项,4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,2SO2+O22SO3,SO3+H2O===H2SO4;C项,SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑;D项,N2+3H22NH3。 5、答案:A 设混合气体为100 L,反应掉N2的体积为x。 N2 + 3H2 2NH3 开始(L) 22 78 0 平衡(L) 22-x 78-3x 2x 由题意:=95% 解得x=2.5 L α(N2)=×100%=11.4%。 6、答案:B 往往错选C、D,原因:对升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动的原因认识不清;对使用催化剂可缩短到达平衡所用时间的原因认识不清;正确选项为B。 7、答案:C 8、答案:B 9、答案:(1)防止因氢气不纯而发生爆炸 (2)①⑤④②③⑥ (3)关闭弹簧夹b、c,打开a 氢气在C瓶内燃烧,火焰熄灭时,证明氧气完全被消耗掉 (4)铁触媒在较高温度时活性增大,加快氨合成的反应速率 N2+3H22NH3 (5)E中溶液变红 (6)有 氢气与氮气的混合气体应该先通过干燥装置,再通入反应装置,⑦后连接一个吸收氨气的装置 燃易燃气体时,若气体中混有空气(氧气),点燃会发生爆炸,故点燃之前一定要检验纯度;根据实验步骤的先后,可确定各装置的接口顺序为①⑤④②③⑥;用氢气将空气中的氧气消耗掉时,应该关闭弹簧夹b、c,打开a;点燃氢气,当火焰熄灭时,则氧气被消耗掉;由于铁触媒有一定的活性温度要求,故先加热铁触媒,再通混合气体;若产生氨气,溶于水显碱性,会使E中溶液变红;为防止催化剂中毒,应该在反应前把氢气与氮气的混合气体干燥,另外氨气是一种污染性气体,不能直接排入大气中,应该有尾气处理装置。 10、答案:(1)H2 (2)使液体便于顺利滴加;b (3)a,d,c,f,g,h (4)干燥N2和H2;NH3、N2和H2 (5)不能;NH3极易溶于水并发生倒吸 (6)另一接口与d相连。 说明:N2+3H22NH3为可逆反应,为了提高原料利用率,反应物应按一定比例混合均匀,另外将气体循环利用。 11、答案:(1)N2取自于空气,H2可来自于水煤气; (1分) (2) 可采取增压、适当温度和使用铁触媒等措施;(1分) (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-Rt合金网达到一定温度而不必预热;(2分) (4)可用碱液吸收氮的氧化物:NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O(2分) (5)NH4NO3可作化肥和炸药。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。 运用化学反应速率、化学平衡原理,结合流程图和涉及反应的反应特点,及化工生产的实际情况分析解答。 12、答案:(1)CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g);ΔH=+2.8 kJ/mol (2)B 该厂有丰富的氨水资源且吸收后形成碳铵,是一种化肥,可取得较好的综合效益 (3)1 (1)由已知条件,根据盖斯定律很容易写出CO与H2O(g)反应的热化学方程式。 (2)混合气体中存在CO2,可用碱液除去,考虑到工业生产的实际情况,可选用氨水,因为生成的碳铵可作农作物肥料。 (3) CO+H2OCO2+H2 初: 2 2 0 0 变: 1 1 1 1 平: 1 1 1 1 故平衡常数为:K==1。 13、答案:⑴NH4Cl+3C12=NCl3+4HCl。⑵15.2KJ;⑶3.62%。样品是安全的。 【错解分析】本题最容易错的是最后一问求溶液的质量时误把77.1g作为氯气的质量来求NCl3的质量分数。 【解题指导】氯化铵遇到Cl2,由题意得产物NCl3可知另一种产物是HCl。写出反应式为NH4Cl+3C12=NCl3+4HCl。 48.2g NCl3的物质的量为0.4mol.则1mol NCl3燃烧放出热量为91.2/0.4=228kJ。写出热化学方程式为2NCl3(l)==N2(g) + 3Cl2(g);△H= -456kJ/mol ,根据Cl2的体积可求出(456kJ/mol/3)×2.24/22.4 =15.2KJ。 n(NH4+) = n(NH4Cl) =0.405g /18g·mol= 0.0225mol,由反应NCl3+4HCl ==NH4 Cl + 3Cl2可知: m (NCl3) = 0.0225mol×120.5g/mol =2.715g。反应生成的Cl2的质量为:0.0225mol×3×71g/mol =4.8g。原Cl2的质量为:77.1g -4.8g = 72.3g。NCl3的质量分数为:2.715g/( 72.3g+2.715g)×100% = 3.62%<4%。所以该样品是安全的。 14、答案:(1)将空气液化后蒸发分离出氧气获得氮气 过滤 (2)N2+3H22NH3 (3)CaSO4+CO2+2NH3+H2O===CaCO3+2NH4—+SO42— (4)用湿润的红色石蕊试纸放在导气管口,若试纸变蓝,则证明有NH3(或其他可行的方法) (5)CaO CO2 (1)合成氨原料之一氮气来源于空气,分离方法是将空气液化后蒸发分离出氧气获得氮气。 (2)工业合成氨的条件是高温、高压和催化剂。 (3)“产品”是硫酸铵,反应物是硫酸钙悬浊液、二氧化碳、氨气等,产物除产品硫酸铵外,还有碳酸钙沉淀。 (4)氨气显碱性,实验室中可以用湿润的红色石蕊试纸检验,或利用氨气与浓盐酸的反应进行检验等。 (5)分析框图中各物质的关系可知“副产品”为氧化钙,能够循环使用的物质是二氧化碳。 15、答案:(1)C (2)无水硫酸铜 (3)A中固体由黑色完全变为红色 (4)烧杯、量筒、玻璃棒 加入硫酸后溶液呈蓝色(其他合理答案也可) (5)2NH3+6CuO3Cu2O+N2+3H2O (6)称量反应前后装置A中固体的质量 若加热氯化铵生成的氯化氢气体与氨气继续反应生成氯化铵固体,很难使气体放出,而利用氮气和氢气反应条件太复杂,C、D都可以快速制取氨气,而C用料更简单。反应为通入氨气还原氧化铜,根据固体的颜色变化可以判断反应进行的程度。根据Cu+在酸性溶液中的不稳定性来判断。 16、答案:(1)2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O。 (2)NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和) = NaHCO3↓+NH4Cl; 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O; (3)“氨碱法”的CO2来源于石灰石煅烧,“联合制碱法”的CO2来源于合成氨工业的废气。 (4)由于总反应可看作是:2NH3+2NaCl+CO2+H2O = Na2CO3+2NH4Cl,所以: 原子利用率(%) =×100% =×100%; 17、答案:(1)4NH3+5O24NO+6H2O (2)放热 (3)浓H2SO4;生成的NO与O2反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3,NH3与HNO3反应生成了 (4)I; 与HCL反应生成氧气(合理答案均给分) 本题考查氨的催化氧化。(1)和氧化生成。(2)该反应为放热,故不加热后仍能保持红热状态。(3)产物中有和,会被氧化生成,在于空气中的水蒸气反应生成,而与 会产生白烟。(4)装置5与1均产生科产生。加热分解可得和HCL,而HCL与可生成。 18、答案: (1)CaSO4+CO2+2NH3+H2O===CaCO3+(NH4)2SO4 生成的CaCO3的溶解度小于CaSO4,有利于反应向正向进行 (2)BCD (3)CO2 (4)ABD 沉淀池沉淀出来的物质是CaCO3,煅烧该物质可以获取生产所需的CO2。 19、答案:(1)液化、分馏 与碳反应后除去CO2 C+H2OCO+H2 CH4+H2OCO+3H2 (2)合成塔 N2+3H22NH3 (3)冷却塔(或冷凝器) n 高温气体由冷却塔的上端进入,冷却水从下端进入,逆向冷却效果好 (4)将液氨与未反应的原料气分离 (1)分离空气提取氮气的方法一种是液化和分馏;另一种方法是与碳反应后除去CO2;制取氢气的两个方程式分别为:C+H2OCO+H2;CH4+H2OCO+3H2;(2)合成氨的设备名称是合成塔;合成氨的方程式为:N2+3H22NH3;(3)冷凝分离产品设备为冷却塔或冷凝器,入水口应该在下面,此时水流和气流是逆向的,冷凝效果好;(4)分离器是气—固分离设备,分离液氨和未反应的原料气。 20、答案:(1)NH3 (2)BC (3)c a (1)由合成塔中合成的流程标识知最后冷却分离出去的是液态NH3。 (2)综合选择的合成条件,选择的主要原因是温度影响铁的催化活性,压强影响到设备、材料等。 (3)增大压强,平衡右移,w(NH3)增大;升高温度,平衡左移,w(NH3)减小。 查看更多