人教版化学高二选修2第一单元课题2人工固氮技术——合成氨同步练习

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人教版化学高二选修2第一单元课题2人工固氮技术——合成氨同步练习
一、选择题
1. 下面是合成氨的简要流程示意图，沿X线路回去的是(　　)
A．N2和H2　　　　　　　　　 B．催化剂
C．仅N2 D．仅H2
答案：A
解析：
解答：因合成氨为可逆反应，从合成塔出来的混合气体中含有大量的N2、H2，为提高原料的利用率，将分离后的氮气、氢气再输送到压缩机，循环利用。
分析：本题考查工业合成氨气的流程、原料的循环利用等，题目难度不大。
2. 下列关于催化剂的说法，正确的是(双选)(　　)
A．催化剂能使不起反应的物质发生反应
B．在化学反应前后催化剂性质不改变，质量发生改变
C．催化剂能改变化学反应速率
D．在化学反应过程中，催化剂质量和化学性质都改变
答案：C
解析：
解答：催化剂的种类有多种，根据不同的目的和不同的化学反应而采用不同的催化剂，催化剂在反应前后的性质和质量均不发生变化。并不是所有的不反应的物质加入催化剂均能反应，还要根据物质本身的性质。
分析：本题考查在化学反应中催化剂的作用、催化剂的性质，熟练掌握催化剂的特性是解题的关键 。
3. 对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　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．恒温恒压时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减小
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，所以反应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
答案：B
解析：
解答：对于可逆反应，达到平衡时反应物和生成物的浓度为一定值，但不一定相等，A错；升高温度可以同时加快正逆反应速率，对于吸热反应，正反应速率比逆反应速率增大的要快，所以反应向正反应方向移动，C错；加入催化剂可以同等程度的改变正逆反应速率，D错。
分析：本题考查化学平衡的影响因素、化学反应速率的影响因素以及化学平衡状态，题目难度中等，熟练掌握化学平衡移动原理是解题的关键 。
4. 关于氨的合成工业的下列说法正确的是(　　)
A．从合成塔出来的气体，其中氨气一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低
B．由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行
D．合成氨工业采用10 MPa～30 MPa，是因该条件下催化剂的活性最好
答案：B
解析：
解答：A项中合成塔出来的气体中含有没反应的N2、H2，可以进行循环使用，使效率提高；C项中控制温度在500 ℃左右是因为催化剂在此温度时活性最好；D项中压强控制在30 MPa，是考虑到动力，设备。
分析：熟练掌握工业合成氨气的反应原理和工艺流程等是解题的关键 ，注意合成氨气的反应条件。
5. 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
答案：C
解析：
解答：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。
分析：本题考查工业合成氨中具有研发价值的方法，应从化学反应原理角度进行判断。
6. 实验室合成氨装置如下图所示，则以下说法中错误的是(　　)
A．装置甲的作用之一是干燥
B．装置甲的作用是化合
C．乙处导出的气体是N2、H2、NH3
D．检验产物可用湿润的红色石蕊试纸或浓盐酸等
答案：B
解析：
解答：装置甲的作用有三点：①干燥气体；②观察气体逸出速率便于控制比例；③使气体混合均匀。
分析：本题考查实验室生成氨气的化学实验装置的作用和氨气的性质极其检验方法，题目难度中等。
7. 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
答案：B
解析：
解答：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。
分析：本题考查化学平衡移动原理的应用，熟练掌握勒夏特列原理的含义是解题的关键 。
8. 化工生产中，为加快反应速率应优先考虑的措施是(　　)
A．选用适宜的催化剂 B．采用高压
C．采用高温 D．增大反应物浓度
答案：A
解析：
解答：化工生产中应首先考虑的是生产成本，因此应先考虑使用催化剂，提高反应速率。
分析：本题考查影响化学反应速率的外界因素，催化剂对反应速率的较大。
9. 某温度时，在一体积为2 L的密闭容器中，通入112 g N2和24 g的H2，此时容器内压强为p大气压。在该温度和催化剂作用下，H2和N2反应达到平衡，测得平衡时压强为0.95p大气压，下列说法不正确的是(　　)
A．平衡时，N2物质的量是3.6 mol
B．平衡时，H2的物质的量是10.8 mol
C．平衡时，N2的转化率10%
D．NH3的体积百分含量是10%
答案：D
解析：
解答：充入的气体的物质的量分别为：
n(N2)＝＝4 mol　n(H2)＝＝12 mol
由压强的变化可知平衡后的气体的物质的量为：
＝
n(总)＝15.2 mol
N2　＋　　3H22NH3
初： 4 mol 12 mol 0
变： x 3x 2x
平： 4 mol－x 12 mol－3x 2x
4 mol－x＋12 mol－3x＋2x＝15.2 mol　　
x＝0.4 mol
故平衡时N2的物质的量是3.6 mol，H2的物质的量为10.8 mol。N2的转化率为：α(N2)＝×100%＝10%
NH3的百分含量为：×100%＝5.3%。
分析：本题考查有关化学平衡的计算，熟练掌握三段式计算方法是解题的关键 。
10. 合成氨所用的H2可由煤与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，ΔH＜0，欲提高CO转化率可采用的方法有：①降低温度；②增加压强；③使用催化剂；④增大CO的浓度；⑤增大水蒸气的浓度，其中正确的组合是(　　)
A．①②③④⑤　　　　　　　 B．①⑤
C．①④⑤ D．只有⑤
答案：B
解析：
解答：该反应是一个气体总体积不变的放热反应，欲提高CO的转化率，可设法使化学平衡向正反应方向移动，显然降低温度可以满足这一要求，增加水蒸气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率也可以增大；但若增加CO的浓度，平衡虽然向右移动，但CO的总量增大，其转化率反而减小。增大压强和使用催化剂的操作只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，而与平衡时CO的转化率无关。
分析：提高CO的转化率即是使化学平衡想正反应方向移动，根据化学平衡移动原理进行分析判断即可。
11. 合成氨所需的原料是(　　)
①水　②空气　③焦炭　④铁触媒
A．①②　　　　　　　　　　 B．②③
C．①②③ D．全部
答案：C
解析：
解答：铁触媒是合成氨的催化剂，不属于原料。
分析：本题考查合成氨的反应原理以及原料，熟练掌握合成氨的工艺是解题的关键 。
12. 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
答案：D
解析：
解答：工业合成氨的热化学方程式：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法移动，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。
分析：本题考查合成氨工业中反应条件的选择和控制，根据反应速率和平衡移动进行分析判断。
13. 为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中具有开发价值的是(　　)
A．研制高温下活性较大的催化剂
B．寻求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材料建造合成塔
答案：C
解析：
解答：合成氨的反应是放热反应，降低温度有利于提高合成氨的生产效率。
分析：本题考查催化剂在化学反应中的作用。
14. 反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)
①增加C的量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使体系压强增大　④保持压强不变，充入N2使容器体积变大
A．①④ B．②③
C．①③ D．②④
答案：C
解析：
解答：增加固体的量，恒容时充入与反应无关的气体，都对反应速率无影响。④相当于减压，反应速率减小。
分析：本题考查化学反应速率的影响因素，熟练掌握外检条件的改变对化学反应速率的影响是解题的关键 。
15. 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
答案：B
解析：
解答：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。
分析：解决本题需要辨析清楚外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡移动的不同影响。
16. 合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，673 K、30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．点a的正反应速率比点b的小
B．点c处反应达到平衡
C．点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样
D．其他条件不变，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比上图中d点的值大
答案：D
解析：
解答：选项A，在ab段可逆反应向正反应方向进行，随着反应的进行，反应物浓度在减小，正反应速率在降低，故选项A不正确；选项B中，c点时NH3、H2的物质的量仍在变化，故未达到化学平衡；选项C中，t1时刻和t2时刻都处于同样的化学平衡状态，则n(N2)不变，故C不正确；选项D中，由于正反应是一个放热反应，升高温度化学平衡向逆反应方向移动，故平衡时n(H2)比题图中d点的值要大，故选项D正确。
分析：本题考查化学平衡状态的建立过程的分析、图像分析能力等，熟练掌握平衡状态的建立过程是解题的关键 。
17. 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
答案：D
解析：
解答：合成氨工业上采用循环压缩，将N2、H2压缩到合成塔中，提高了N2、H2的利用率。
分析：本题考查的知识点比较单一，熟练掌握合成氨过程中循环利用的意义是解题的关键 。
18. 工业合成氨的反应是在500 ℃左右进行，主要原因是(　　)
A．500 ℃时反应速率最快
B．500 ℃时的平衡浓度最大
C．500 ℃时的转化率最高
D．500 ℃催化剂能发挥最大效力
答案：D
解析：
解答：温度控制在500 ℃时，催化剂的催化效果最好。
分析：本题考查催化剂的特性、即催化剂对温度的要求。
19. 将空气中氮气转化为氮的化合物的过程称为固氮，下图中能实现人工固氮的是(　　)
答案：D
解析：
解答：A错，因为闪电作用下的固氮是自然固氮。B错，因为与固氮风马牛不相及。C错，因为它属于自然固氮。D对，因为合成氨只能靠人工完成。
分析：本题考查氮的固定，熟练掌握氮的固定的概念是解题的关键 。
20. 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%
答案：A
解析：
解答：设混合气体为100 L，反应掉N2的体积为x L。
　　 　N2　＋　3H22NH3
开始(L)　 22　　　 78　　　　　 　　　0
平衡(L)　 22－x　　78－3x　　　　　　2x
由题意： ×100%＝95%
解得x＝2.5
α(N2)＝×100%＝11.4%。
分析：本题考查有关化学平衡的计算，熟练掌握三段式计算是解题的关键 。
二．非选择题
21. 合成氨工业中，原料气(N2、H2及CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(l)溶液来吸收原料中的CO，其反应是
[Cu(NH3)2Ac]＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO＋Q
(1)必须除去原料气中CO的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：CO可引起催化剂中毒
(2)醋酸二氨合铜(l)吸收CO的适宜条件是________________________。
答案：低温、高压
(3)吸收CO后的醋酸铜氨液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以循环使用，醋酸铜氨液再生的适宜条件是____________________。
答案：高温、低压
解析：
解答：(1)CO可引起催化剂(铁触媒)的中毒，故要除去。
(2)题给信息方程式是一个气体体积减小的放热反应，为使醋酸二氨合铜(l)更好的吸收CO，即平衡向正反应方向移动，适宜条件应是低温、高压。
(3)醋酸铜氨液再生，即平衡向逆反应方向移动，适宜的条件应是高温、低压。
分析：本题考查工业合成氨中原料气的处理方法、反应条件的选择等，熟练掌握合成氨的反应原理和平衡移动原理是解题的关键 。
22. 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：
________________________________________________________________________。
答案：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)；ΔH＝＋2.8 kJ/mol
(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
答案：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)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。
答案：1
解析：
解答：(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。
分析：本题合成氨为载体考查热化学方程式的书写、化学平衡常数的计算等，题目难度中等。
23. 已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(正反应为放热反应)，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应为放热反应)。
请回答下列问题：
(1)从影响化学反应速率和化学平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应采取的措施是______________________________。实际生产中采取的措施是__________ _____________________________。
答案：适当温度、高压、催化剂|合成氨：适当温度、高压、催化剂|合成SO3：适当温度、常压、催化剂
(2)在合成氨的工业生产中，要分离出氨，目的是______________；而合成SO3的过程中，则不需要分离出SO3，原因是______________________________________。
答案：减小生成物的浓度，使平衡向生成NH3的方向移动|该反应向生成SO3的方向进行的程度较大，达到平衡后SO2剩余量较少，故不需要分离SO3
解析：
解答：工业上合成SO3与合成氨的最大不同之处是该反应是在常压下进行的，原因是在常压下该反应向生成SO3的方向进行的程度已经很大，采用高压虽能使平衡向生成SO3方向移动，但产生高压既需要动力又对反应容器耐压性有较高要求，综合生产成本和经济效益两方面因素，实际生产时，在常压下进行最合理。
分析：本题考查利用化学平衡移动原理分析判断反应条件的选择。
24. 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
答案：C
(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________。
答案：无水硫酸铜
(3)当观察到____________________(填现象)，即表明A中的反应已经完成。
答案：A中固体由黑色完全变为红色
(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__________________________________。
答案：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)请写出A中生成Cu2O的化学方程式______________________________________。
答案：2NH3＋6CuO3Cu2O＋N2＋3H2O
(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____________。
答案：称量反应前后装置A中固体的质量
解析：
解答：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。
分析：本题考查实验室制取氨气的反应原理、氨气的化学性质实验等，题目难度中等。
25. 实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下：
已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
(1)从上图中选择制取气体的合适装置：氮气________、氢气________。
答案：a|b
(2)氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有____________、________________________。
答案：干燥气体|控制氢气和氮气的流速
(3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨，________(“会”或“不会”)发生倒吸；原因是______________________________________。
答案：不会|因为混合气体中含有大量难溶于水的氮、氢两种气体
(4)用乙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内，能使铂丝保持红热的原因是______________________________________________，
锥形瓶中还可观察到的现象是______________________________________。
答案：氨的氧化反应是一个放热反应|有红棕色气体产生
(5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式：______________________________________。
答案：4NH3＋5O2 4NO＋6H2O
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H＋、OH－、________、________。
答案：NH4＋|NO3－
解析：
解答：本题是考查氨的合成和氨催化氧化的实验题。制取氮气用氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液加热反应生成，故选a装置，制取氢气用锌与稀硫酸反应，不用加热，选b装置。甲装置的作用是混合氮气、氢气，干燥气体，控制氮气和氢气的流速。从氨合成器中出来的气体主要是氮气和氢气，通入水中吸收氨气，因为氮气、氢气难溶于水，不会倒吸。氨的催化氧化是一个放热反应，铂丝保持红热，锥形瓶中发生下列反应：
4NH3＋5O24NO＋6H2O,2NO＋O2===2NO2有红棕色气体产生，
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3＋NH3===NH4NO3。
分析：
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