1.2人工固氮合成技术 试卷（含答案） (2)

1.2人工固氮合成技术
试卷（含答案）
A组
一、选择题（每小题5分，共35分）
1.油炸虾条、薯片等易碎的食品，不宜选用真空袋装而应采用充气袋装。在实际生产中，充入此类食品袋的是下列气体中的（
）
A.
氧气
B.
二氧化碳
C.
空气
D.
氮气
1.D【解析】易碎食品在储存的时候要注意防氧化和抗挤压。在食品袋中冲入氮气既可以防挤压又可以防氧化。
2.制备干燥氨气所需的药品是(
)
A.
NH4Cl溶液，NaOH溶液，熟石灰
B.
饱和氨水
C.
NaOH溶液，NH4Cl晶体，浓硫酸
D.
NH4Cl固体，碱石灰，消石灰
2.D【解析】NH4Cl固体和消石灰混合加热生成NH3，碱石灰吸收水，可得到干燥的氨气。
3.合成氨工业有下列流程：①原料气制备；②氨的合成；③原料气净化和压缩；④氨的分离。其先后顺序为（
）
A.①②③④ 　
B.①③②④
C.④③②①
　D.②③④①
3.B【解析】对于合成氨工业工艺流程，首先制取原料气，然后在进入合成塔之前，为防止催化剂中毒及动力因素，要对原料气进行净化和压缩。进入合成塔进行合成后，要及时分离出液氨，并进行循环操作，以增强N2和H2的利用率。
4.下图是合成氨的简要流程示意图
沿X路线回去的物质是(　　)
A.N2和H2
B.催化剂
C.NH3
D.H2
4.A【解析】从合成塔出来的混合气中有相当一部分是未反应的氮气和氢气，单程转化会造成极大的浪费，实际生产中采用了循环法，将它们重新送回合成塔继续反应，同时不断地补充新鲜的原料气。
5.用焦炭、水、空气来制取氨气的化学方程式：C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2，N2＋3H22NH3，参加反应的焦炭与氨气之间的物质的量之比为(　　)
A．3∶4
B．3∶2
C．1∶1
D．1∶2
5.A【解析】前两个化学方程相加得：C＋2H2OCO2＋2H2
因此，有关系式C～2H2①
而N2＋3H22NH3中有：3H2～2NH3②
因此，①×3＋②×2得3C～4NH3，故n(C)∶n(NH3)＝3∶4。
6.已知焦炭、一氧化碳和烃类化合物都能与水反应产生合成尿素的原料——氢气和二氧化碳，从充分利用原料的角度考虑，用下列物质生产H2和CO2最为合适的是(　　)
A.C
B.CO
C.天然气
D.石脑油(C5H12、C6H14)
6.D【解析】生产出的H2用于合成NH3：N2＋3H22NH3，再由NH3与CO2合成尿素。由此，可找出H2与CO2的关系式：3H2～2NH3～CO2。分别写出备选项中各物质与H2O反应的化学方程式：A项C＋H2OH2＋CO，CO＋H2OH2＋CO2总反应方程式为：C＋2H2O2H2＋CO2；B项CO＋H2OH2＋CO2；C项CH4＋2H2O4H2＋CO2；D项C5H12＋10H2O16H2＋5CO2，C6H14＋12H2O19H2＋6CO2。产物中，n(H2)∶n(CO2)最接近3∶1的最合适。
7.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
7.B【解析】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。
二、填空题（共15分）
8.(6分)
工业上合成氨的原料之一——氢气，有一种来源是石油气，如丙烷。
(1)有人设计了以下反应途径(反应方程式未配平)，假设反应都能进行，你认为最合理的是(　　)
A.C3H8C＋H2
B.C3H8C3H6＋H2
C.C3H8＋H2OCO＋H2
(2)按以上最合理的反应途径，理论上用1
mol丙烷最多可制得氨气(　　)
A.4
mol　　B.6.7
mol
C.10
mol
D.2.7
mol
(3)该合理的反应途径最显著的优点是(　　)
A.简单易行
B.制得的H2纯度高
C.制得的H2产量高
D.可同时获得大量热量
8.(1)C（2分）(2)B（2分）　(3)C（2分）
【解析】(1)要分析得出哪种反应方式生成的H2最多，配平反应的化学方程式如下：
A．C3H83C＋4H2。
B．C3H8C3H6＋H2。
C．C3H8＋3H2O3CO＋7H2，生成的CO又能和H2O反应：CO＋H2OCO2＋H2。
当C3H8均为1
mol时，C选项的途径中产生H2最多。
(2)C3H8＋3H2O3CO＋7H2
3CO＋3H2O3CO2＋3H2
N2＋3H22NH3
由以上反应可得C3H8～10H2,3H2～2NH3。
根据相关量，进行计算：
C3H8～10H2～×2NH3
1
mol
mol
所以1
mol
C3H8最多可制得6.7
mol氨，应选B。
9.(9分)
下图是工业生产中合成氨流程示意图，仔细观察图示中的物质变化关系及工艺特点，回答下列问题：
(1)合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分，其中上述工艺流程图示中已经将造气与净化装置用竖线分开，请你在图示中再将净化与合成氨装置用竖线分开。
(2)合成氨工业中的氢气来源于天然气、煤等物质，根据图示物质的变化关系写出两个生成氢气的化学方程式：____________________________________________________________；
________________________________________________________________。
(3)净化装置中可以消除造气过程中产生的杂质，目的是_____________________________。
(4)目前国家倡导节能减排，观察上述工艺流程图示，写出合成氨工业中节能减排的两项措施____________________________________________________________________________
____________________________________________________。
9.(1)(2分)
(2)CH4＋H2OCO＋3H2(2分)　CO＋H2OCO2＋H2(2分)
(3)防止催化剂中毒(1分)
(4)氢气、氮气的循环利用(1分)；利用反应产生的热预热合成气体(1分)
【解析】(1)整个工艺流程图示分为三部分，即造气、净化和合成氨装置。其中“洗涤塔”就是净化装置，而合成塔则是合成氨气的装置，另外还有氨气分离装置。
(2)图示中进入“转化炉”的气体是甲烷与水蒸气，而出来的气体有氢气、CO，故在转化炉中发生的甲烷与水蒸气的反应；转化炉中的CO产物对制备合成氨无用，故在“变换塔”中通入水蒸气使之与一氧化碳反应可以制备氢气。
(3)工业合成氨需要催化剂，而催化剂往往会因为杂质的存在而降低催化效果，所以需要除杂。
B组
1.合成NH3所需的H2可由煤与H2O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可能有：①降低温度；②增大压强；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.①②③　　　
B.④⑤
C.①⑤
D.⑤
1.C【解析】该可逆反应的特点为：①正反应为放热反应；②反应前后气体体积不改变。结合勒夏特列原理可选出答案。
2.在体积为0.5L的恒容密闭容器中充入1.25
mol
N2和1.25molH2，进行反应：N2(g)+3H2(g)
2NH3
(g)
=
—92.
4kJ·mol—1，在不同温度下达到平衡时测得H2的体积分数如下表所示，下列说说法正确的是(
)
T/℃
200
300
400
H2的体积分数
a1
a2
25%
A
.a1B.若反应在400℃下进行，则达到平衡时N2的转化率为20%
C.若反应在300℃下进行，则达到平衡时反应放出的热量为23.1
kJ
D.若反应在200℃下进行，则达到平衡畸时N2的体积分数为50%
2.A【解析】本题考查化学平衡的计算和化学平衡移动知识点。
N2(g)
+
3H2(g)
2NH3
(g)
=
—92.
4kJ·mol—1
1
3
2
始：1.25mol
1.25
mol
0
变：x
mol
3x
mol
2x
mol
23.1
kJ
末：1.25—x
mol
1.25—3x
mol
2x
mol
=0.25
==20%
==50%。温度升高，平衡向左移动，a1＞a2。
3.合成氨工业的主要反应为：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)　ΔH<0，下图是合成氨的简要流程示意图：
(1)写出设备A、B的名称：A________，B________；沿X路线进入压缩机的物质是______________________________________。
(2)原料气往往混有CO、NH3等杂质，在进入合成塔之前需净化，净化的原因是______________________________________。
(3)氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因是____________________；在合成塔中及时分离出氨气的目的是______________________。
(4)合成塔从上到下将催化剂分成四层，在层与层之间冷激气(冷的原料气)和反应气混合，请问这样设计的原因是理由：____________________
__。
(5)原料气从塔底流经外筒环隙进入理由：____________________
__；气体在反应前后都要通过热交换器理由：____________________
__。
3.(1)热交换器　合成塔　N2和H2
(2)防止催化剂中毒
(3)增大反应物浓度，加快反应速率，使平衡朝生成NH3的方向进行　减小生成物的浓度，使平衡朝生成NH3的方向进行
(4)冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交换，既预热原料气，又保证反应混合气的温度控制在500
℃左右，使每一层的催化剂都能起到最大的催化作用
(5)进行热交换，预热原料气，加快反应速率；充分利用反应放出的热量，节约能源。
(4)原料和热的循环利用是符合节能减排的时代要求。