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）
1.用焦炭、空气、水为原料制备NH3的有关反应的化学方程式:
①C+H2O(g)CO+H2
②CO+H2O(g)CO2+H2
③N2+3H22NH3
参加反应的焦炭与氨气之间的物质的量之比约为(　　)
A.3∶4
B.3∶2
C.2∶3
D.1∶2
解析:由反应①、②可得C~2H2,由③可得,3H2~2NH3,故:3C~6H2~4NH3,n(C)∶n(NH3)=3∶4。
答案:A
2.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨需要在10~30
MPa的高压和500
℃的高温下,并用铁作为催化剂,氨的转化率为10%~15%;最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为trans-Fe(DMeOPrPE)2的催化剂,在常温下合成出氨。下列有关说法中错误的是(　　)
A.哈伯法合成氨是吸热反应,新法合成氨是放热反应
B.新法合成和哈伯法相比不需要在高温条件下,可节约大量能源
C.新法合成能在常温下进行也需要断裂化学键
D.新的催化剂降低了反应所需要的能量
解析:吸热反应和放热反应是由反应物和生成物所具有的能量的相对大小决定的,与反应的条件无关,所以A项错误。根据题意可判断利用催化剂降低了反应所需能量,所以反应在常温下可以进行,可节约大量能源,其他选项正确。
答案:A
3.氨催化氧化是硝酸工业的基础,在某催化剂作用下只发生主反应①和副反应②,有关物质产率与温度的关系如图。
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)　ΔH1=-905
kJ·mol-1①
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)　ΔH2=-1
268
kJ·mol-1②
下列说法中正确的是(　　)
A.工业上氨催化氧化生成NO时,温度应控制在780~840
℃之间
B.为了提高反应速率,工业上常采用的物料比n(O2)∶n(NH3)为1.7~2.0
C.加压有利于NH3生成NO,不利于NH3生成N2
D.N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=-181.5
kJ·mol-1
解析:由图像知,在780~840
℃之间,NO的产率最高,A正确;反应①中O2不能过量,因为2NO+O22NO2,B错误;主反应①是气体分子总数增大的反应,加压不利于NO的生成,C错误;由反应得:N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+181.5
kJ·mol-1,D错误。
答案:A
4.在某合成氨的反应中,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%
解析:设起始物质的量分别是6
mol,18
mol,1
mol
　　　　N2　+　3H2
2NH3
起始n/mol
6
18
1
转化n/mol
x
3x
2x
平衡n/mol
6-x
18-3x
1+2x
据题意,x=,故N2的转化率为×100%=25%
答案:C
5.氨在国民经济中占有重要地位,下图是合成氨的简要流程:
Ⅰ.原料气的制备。
(1)合成氨所需氮气来自空气,方法之一是将空气液化后再加热分离;请另设计一种从空气中分离出氮气的方法:　。
(2)请写出工业上获得氢气的一种方法(用化学方程式表示)　。
Ⅱ.原料气的净化。
为防止催化剂“中毒”,原料气在进入压缩机之前必须经过净化、精制处理,“精制”过程通常是将含有少量CO、CO2、O2和H2S等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨[Cu(NH3)2]Ac溶液,以获得纯净原料气。其中,吸收CO的反应方程式为CO+[Cu(NH3)2]Ac+NH3·H2O[Cu(NH3)3CO]Ac+H2O　ΔH<0
(3)为提高CO吸收率,可采取的有效措施是
　。
(4)除去氧气时,氧气将[Cu(NH3)2]Ac氧化为[Cu(NH3)4]Ac2,则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是　　　。
Ⅲ.氨的合成。
(5)据报道,科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质,用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜作电极,实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨。其实验装置如图。请写出钯电极A上的电极反应式:　。
解析:由化学方程式可知此反应为放热反应,反应前有气体,反应后无气体,所以可以采取加压、降温使平衡右移;还原剂[Cu(NH3)2]Ac中铜元素化合价升高1,氧化剂O2中氧元素化合价降低2,所以还原剂与氧化剂物质的量之比为4∶1;N2得电子,氮元素化合价降低3,可得N2+6e-2NH3,用H+配平。
答案:(1)将空气中的O2与碳反应生成CO2,再除去CO2得到氮气
(2)C+H2O(g)CO+H2(或CO+H2OCO2+H2或CH4+H2O
CO+3H2等)
(3)降低温度、增大压强
(4)4∶1
(5)N2+6H++6e-2NH3
6.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:氮气用　　　、氢气用　　　　　。
(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　　　　　　、　　　　　　。
(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,　　　　(填“会”或“不会”)发生倒吸,原因是　　　　　　　　。
(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　　　　　　　。
(5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H+、OH-、　　　　、　　　。
解析:氮气用氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液加热反应制取,故选a装置;氢气用锌与稀硫酸反应制取,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,故不会倒吸。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+5O2
4NO+6H2O,2NO+O22NO2故有红棕色气体产生,3NO2+H2O2HNO3+NO,HNO3+NH3NH4NO3。
答案:(1)a　b　(2)干燥气体　控制氢气和氮气的流速　(3)不会　因为混合气体中含有大量难溶于水的氮气、氢气　(4)氨的催化氧化反应是一个放热反应　有红棕色气体产生
(5)4NH3+5O2
4NO+6H2O　(6)N　N