人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（巩固练习）：04合成氨 纯碱的生产(提高)
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（巩固练习）：04合成氨 纯碱的生产(提高) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 159.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2019-12-24 21:13:30 | ||
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文档简介
合成氨
纯碱的生产
【学习目标】
1、了解合成氨的反应原理、基本生产过程和合成氨工业发展中需要解决的问题；
2、通过纯碱的两种典型生产过程及其演变的学习，了解化学工艺改进的原因、思路、条件以及由此带来的社会和经济效益。
【巩固练习】
一、选择题
1．在一密闭容器，充入1
mol
NH3，建立如下平衡：2NH3N2+3H2。测得NH3的转化率为a%；在其他条件不变时，再充入1
mol
NH3，待建立新平衡时，又测得NH3的转化率为b%。则a和b的正确关系是（
）
A．a＞b
B．a＜b
C．a＝b
D．a≥b
2．合成氨所需要的H2可由煤和水反应制得：
（1）H2O
(g)+C
(s)CO
(g)+H2
(g)（正反应吸热）
（2）CO
(g)+H2O
(g)CO2
(g)+H2
(g)（正反应放热）
工业生产中，欲提高CO的转化率，所采取的下列措施中正确的是（
）
①降低温度；②增大压强；③使用催化剂；④增大CO浓度；⑤增大H2O
(g)浓度。
A．①⑤
B．②③
C．②④⑤
D．③⑤
3．（2019
商丘模拟）下图是合成氨的简易流程示意图，沿X路线回去的物质是（
）。
A．N2、H2
B．催化剂
C．N2
D．H2
4．将2.0
mol
N2和8.0
mol
H2充入体积为V
L的密闭容器中，在一定条件下反应，经1.6
min达到平衡状态，测得平衡混合物中有2.0
mol
NH3。则下列叙述中不正确的是（
）
A．平衡时容器内的压强与起始时容器内压强之比为4∶5
B．平衡时H2的转化率为50%
C．用H2浓度变化表示的反应速率v
(H2)=3.0
mol·L―1·min―1
D．平衡时混合气体的平均相对分子质量为9.0
5．在合成氨反应时，在一定条件下于密闭容器中加入x
mol
N2，y
mol
H2，达到平衡时，生成z
mol
NH3，则N2的转化率为（
）
A．
B．
C．
D．
6．加热纯碱和小苏打的混合物20
g，至质量不再变化时，冷却后称量其固体质量是13.8
g，则原混合物中纯碱的质量分数是（
）
A．84％
B．8.4％
C．1.6％
D．16％
7．（2019
江苏徐州模拟）联合制碱法中关键的一步是把NH4Cl从几乎饱和的NaHCO3溶液中分离出来，为此根据NaCl和NH4Cl溶解度的差异，向混合溶液中通入某种气体，同时加入磨细的食盐，可析出不夹带NaHCO3的NH4Cl。NaCl和NH4Cl共同存在时的溶解度曲线如右下图所示，以下操作正确的是（
）。
选项
通入气体
温度控制
A
CO2
30～40℃
B
CO2
0～10℃
C
NH3
30～40℃
D
NH3
0～10℃
8．以下各组物质的性质比较中，正确的是（
）
A．热稳定性：Na2CO3＞NaHCO3＞H2CO3
B．溶解度：Na2CO3＜NaHCO3＜H2CO3
C．熔点：Rb＞K＞Na＞Li
D．还原性：Rb＜K＜Na＜Li
9．有两种钠盐的混合物分别放置在两支干燥的试管中，对其中一支加热时，有二氧化碳气体产生；往另一支试管中加入少许水立即产生二氧化碳气体，则这两种钠盐可能是（
）
A．Na2CO3与NaHCO3
B．NaHCO3与NaCl
C．NaHCO3与NaHSO4
D．NaHCO3与Na2SO4
10．有甲、乙两坩埚内均分别装入NaHCO3粉末，甲中装入纯净NaHCO3，乙中混有少量Na2CO3杂质，两者固体总质量相等。对甲、乙两坩埚充分加热，使NaHCO3全部分解，冷却后称量，发现两坩埚内固体质量不相等，其中解释合理的是（
）
A．甲中还有部分未分解
B．乙中NaHCO3的质量比甲中的NaHCO3少
C．乙中还有部分NaHCO3未分解
D．Na2CO3也发生了分解
11．有两瓶溶液，已知一瓶是饱和碳酸钠溶液，另一瓶是稀盐酸，若外界不提供任何试剂，只利用它们之间的相互反应就能够判定何种是Na2CO3，何种是稀盐酸，其依据是（
）
A．可将一种溶液逐滴滴入另一种溶液，观察是否发生反应
B．可将一种溶液逐滴滴入另一种溶液，观察产生气泡的过程
C．将两种溶液同时混合，观察发生的现象
D．将一种溶液一次性与另一种溶液混合，观察发生的现象
二、填空题
1．合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO；（正反应为放热反应）
（1）必须除去原料气中的CO的原因是____________。
（2）醋酸二氨合铜吸收CO的适宜生产条件是________________。
2．以体积比为1∶3的氮氢混合气体，通入密闭容器中，在一定条件下发生反应，达到化学平衡时，混合气体中N2的体积分数是a%（a＜25）。求：
（1）混合气体中NH3的体积分数是多少？
（2）容器里的压强为反应前的多少倍？
3．我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献。他利用NaHCO3、NaCl、NH4Cl等物质溶解度的差异，以食盐、氨气为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。下面是在实验室中模拟“侯氏制碱法”中制取NaHCO3实验步骤：
第一步：连接好装置，检验气密性，在仪器内装入药品。
第二步：先让一装置发生反应，直到产生的气体不能再在C中溶解时，再通入另一装置中产生的气体，片刻后，C中出现固体。继续向C中通入两种气体，直到不再有固体产生。
第三步：过滤C中所得的混合物，得到NaHCO3固体。
第四步：向滤液中加入适量的NaCl粉末，有NH4Cl晶体析出。……
请回答下列问题：
（1）装置的连接顺序是：（a）接（
）（
）接（
）；（b）接（
）
（2）A中常选用的固体反应物为________；D中应选用的液体为________；B中发生反应的化学方程式为________________。
（3）第二步骤中必须先让________装置先发生反应。
（4）C中用球形干燥管而不用直导管，其作用是________________，C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为________________。
（5）第四步中分离出NH4Cl晶体的操作是________________；其所得的NH4Cl晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO3（约占5％～8％），请设计一个简单的实验证明所得固体的成分大部分是NH4Cl。简要写出操作和现象：________________。
4．（2019
烟台质检）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（％）=________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．A
【解析】设1
mol
NH3充入1
L容器中，达到平衡时，NH3的转化率为a%；在相同条件下，再将2
mol
NH3充入2
L容器中，达平衡后，NH3的转化率仍为a%。若将2
L容器压缩成1
L，平衡向逆反应方向移动，NH3的转化率降低，因此a＞b。
2．A
【解析】由于（2）反应的正反应放热，所以降低温度（2）反应向右移动，CO转化率提高，备选项中无①不可选，排除B、C、D。
3．A
【解析】从合成塔中出来的混合气体经冷凝分离出液氨后剩下N2、H2，继续循环参与反应。
4．BC
【解析】
N2
+
3H22NH3
n（总）
n（起始）/
mol
2.0
8.0
0
10
n（转化）/
mol
1.0
3.0
2.0
n（平衡）/
mol
1.0
5.0
2.0
8.0
由于气体的压强之比等于气体的物质的量之比。所以，p（平）∶p（始）=8.0∶10.0=4∶5，A正确。H2的转化率为：，B不正确。由于不知道体积V
L的具体数值，所以不知道H2的浓度和化学反应速率的具体数值，C错误。平衡时混合气体的平均相对分子质量为：，D正确。
5．D
【解析】生成z
mol
NH3，需要
mol
N2，所以，N2的转化率为：。）
6．D
【解析】Na2CO3稳定，NaHCO3受热分解成H2O和CO2，使固体质量减轻，由差量法可求解。
设原混合物中纯碱的质量为x
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
Δm
2×84
106
62
20－x
20－13.8
解得x=3.2
g，Na2CO3的质量分数。
7．D
【解析】由图可知，溶液的温度在0～10℃的范围内，有利于NaCl的溶解和NH4Cl的析出。向溶液中加NaCl增大Na+和Cl－的浓度，向溶液中通NH3增大OH－和NH4+的浓度，这些都有利于NH4C1的析出。
8．A
【解析】H2CO3在常温下就会自动分解，NaHCO3须加热才会分解；Na2CO3的溶解度大于NaHCO3；碱金属从Li→Cs，熔点逐渐减小，还原性逐渐增强。
9．C
【解析】NaHCO3不稳定，受热分解产生二氧化碳气体；NaHSO4在水中电离出H+，H+与HCO3－作用产生二氧化碳气体。
10．B
【解析】Na2CO3比NaHCO3稳定，加热后固体NaHCO3全部分解，固体质量均比原固体质量少，NaHCO3含量越高，质量减少越大。
11．B
【解析】Na2CO3与稀盐酸反应有两种情况，当Na2CO3足量，盐酸不足时，尤其是逐滴滴入稀盐酸，Na2CO3先转变为NaHCO3，此时无气泡产生，后继续滴入至过量，则产生大量气泡。另一种情况是盐酸过量，Na2CO3不足，发生反应CO32－+2H+==CO2↑+H2O。
二、填空题
1．（1）防止催化剂中毒
（2）高压、低温
（3）低压、高温
【解析】少量的杂质气体会使催化剂中毒失去作用，因为吸收反应为体积缩小的放热反应，应采取高压、低温，而醋酸铜氨溶液的再生，即是吸收的化学平衡向逆反应方向进行，与前生产条件相反。
2．（1）1―4a%
（2）100∶(200―4a)
【解析】由N2+3H22NH3可知，反应的N2和H2体积比为1∶3，又由于二者开始的体积比也为1∶3，所以，平衡时二者的体积仍为1∶3。
（1）平衡时NH3的体积分数为：1―3a%―a%=1―4a%。
（2）设反应达到平衡后，混合气体共有100
mol，则氨为（100―4a）mol。又氨的物质的量等于反应减少的物质的量。所以，反应前气体共有：（200―4a）mol。根据压强比等于物质的量之比可求得平衡时压强是反应前的100∶（200―4a）倍。
3．（1）f
e
d
c
（2）块状石灰石
饱和NaHCO3溶液
CaO+NH3·H2O==Ca(OH)2+NH3↑（其他合理也可）
（3）B
（4）防倒吸
CO2+NH3+NaCl+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl
（5）过滤
取少量固体放入试管中，加热，固体大部分消失，在试管口又有较多的固体凝结
4．（1）2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
（2）NH3+CO2+H2O+NaCl
(饱和)==NaHCO3↓+NH4C1，2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑
（3）“联合制碱法”中CO2来自于合成氨工业的副产品，而“氨碱法”中的CO2来源于石灰石的分解
（4）
【解析】“联合制碱法”原子利用率的表达式为：
原子利用率（％）=。
5
纯碱的生产
【学习目标】
1、了解合成氨的反应原理、基本生产过程和合成氨工业发展中需要解决的问题；
2、通过纯碱的两种典型生产过程及其演变的学习，了解化学工艺改进的原因、思路、条件以及由此带来的社会和经济效益。
【巩固练习】
一、选择题
1．在一密闭容器，充入1
mol
NH3，建立如下平衡：2NH3N2+3H2。测得NH3的转化率为a%；在其他条件不变时，再充入1
mol
NH3，待建立新平衡时，又测得NH3的转化率为b%。则a和b的正确关系是（
）
A．a＞b
B．a＜b
C．a＝b
D．a≥b
2．合成氨所需要的H2可由煤和水反应制得：
（1）H2O
(g)+C
(s)CO
(g)+H2
(g)（正反应吸热）
（2）CO
(g)+H2O
(g)CO2
(g)+H2
(g)（正反应放热）
工业生产中，欲提高CO的转化率，所采取的下列措施中正确的是（
）
①降低温度；②增大压强；③使用催化剂；④增大CO浓度；⑤增大H2O
(g)浓度。
A．①⑤
B．②③
C．②④⑤
D．③⑤
3．（2019
商丘模拟）下图是合成氨的简易流程示意图，沿X路线回去的物质是（
）。
A．N2、H2
B．催化剂
C．N2
D．H2
4．将2.0
mol
N2和8.0
mol
H2充入体积为V
L的密闭容器中，在一定条件下反应，经1.6
min达到平衡状态，测得平衡混合物中有2.0
mol
NH3。则下列叙述中不正确的是（
）
A．平衡时容器内的压强与起始时容器内压强之比为4∶5
B．平衡时H2的转化率为50%
C．用H2浓度变化表示的反应速率v
(H2)=3.0
mol·L―1·min―1
D．平衡时混合气体的平均相对分子质量为9.0
5．在合成氨反应时，在一定条件下于密闭容器中加入x
mol
N2，y
mol
H2，达到平衡时，生成z
mol
NH3，则N2的转化率为（
）
A．
B．
C．
D．
6．加热纯碱和小苏打的混合物20
g，至质量不再变化时，冷却后称量其固体质量是13.8
g，则原混合物中纯碱的质量分数是（
）
A．84％
B．8.4％
C．1.6％
D．16％
7．（2019
江苏徐州模拟）联合制碱法中关键的一步是把NH4Cl从几乎饱和的NaHCO3溶液中分离出来，为此根据NaCl和NH4Cl溶解度的差异，向混合溶液中通入某种气体，同时加入磨细的食盐，可析出不夹带NaHCO3的NH4Cl。NaCl和NH4Cl共同存在时的溶解度曲线如右下图所示，以下操作正确的是（
）。
选项
通入气体
温度控制
A
CO2
30～40℃
B
CO2
0～10℃
C
NH3
30～40℃
D
NH3
0～10℃
8．以下各组物质的性质比较中，正确的是（
）
A．热稳定性：Na2CO3＞NaHCO3＞H2CO3
B．溶解度：Na2CO3＜NaHCO3＜H2CO3
C．熔点：Rb＞K＞Na＞Li
D．还原性：Rb＜K＜Na＜Li
9．有两种钠盐的混合物分别放置在两支干燥的试管中，对其中一支加热时，有二氧化碳气体产生；往另一支试管中加入少许水立即产生二氧化碳气体，则这两种钠盐可能是（
）
A．Na2CO3与NaHCO3
B．NaHCO3与NaCl
C．NaHCO3与NaHSO4
D．NaHCO3与Na2SO4
10．有甲、乙两坩埚内均分别装入NaHCO3粉末，甲中装入纯净NaHCO3，乙中混有少量Na2CO3杂质，两者固体总质量相等。对甲、乙两坩埚充分加热，使NaHCO3全部分解，冷却后称量，发现两坩埚内固体质量不相等，其中解释合理的是（
）
A．甲中还有部分未分解
B．乙中NaHCO3的质量比甲中的NaHCO3少
C．乙中还有部分NaHCO3未分解
D．Na2CO3也发生了分解
11．有两瓶溶液，已知一瓶是饱和碳酸钠溶液，另一瓶是稀盐酸，若外界不提供任何试剂，只利用它们之间的相互反应就能够判定何种是Na2CO3，何种是稀盐酸，其依据是（
）
A．可将一种溶液逐滴滴入另一种溶液，观察是否发生反应
B．可将一种溶液逐滴滴入另一种溶液，观察产生气泡的过程
C．将两种溶液同时混合，观察发生的现象
D．将一种溶液一次性与另一种溶液混合，观察发生的现象
二、填空题
1．合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO；（正反应为放热反应）
（1）必须除去原料气中的CO的原因是____________。
（2）醋酸二氨合铜吸收CO的适宜生产条件是________________。
2．以体积比为1∶3的氮氢混合气体，通入密闭容器中，在一定条件下发生反应，达到化学平衡时，混合气体中N2的体积分数是a%（a＜25）。求：
（1）混合气体中NH3的体积分数是多少？
（2）容器里的压强为反应前的多少倍？
3．我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献。他利用NaHCO3、NaCl、NH4Cl等物质溶解度的差异，以食盐、氨气为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。下面是在实验室中模拟“侯氏制碱法”中制取NaHCO3实验步骤：
第一步：连接好装置，检验气密性，在仪器内装入药品。
第二步：先让一装置发生反应，直到产生的气体不能再在C中溶解时，再通入另一装置中产生的气体，片刻后，C中出现固体。继续向C中通入两种气体，直到不再有固体产生。
第三步：过滤C中所得的混合物，得到NaHCO3固体。
第四步：向滤液中加入适量的NaCl粉末，有NH4Cl晶体析出。……
请回答下列问题：
（1）装置的连接顺序是：（a）接（
）（
）接（
）；（b）接（
）
（2）A中常选用的固体反应物为________；D中应选用的液体为________；B中发生反应的化学方程式为________________。
（3）第二步骤中必须先让________装置先发生反应。
（4）C中用球形干燥管而不用直导管，其作用是________________，C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为________________。
（5）第四步中分离出NH4Cl晶体的操作是________________；其所得的NH4Cl晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO3（约占5％～8％），请设计一个简单的实验证明所得固体的成分大部分是NH4Cl。简要写出操作和现象：________________。
4．（2019
烟台质检）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（％）=________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．A
【解析】设1
mol
NH3充入1
L容器中，达到平衡时，NH3的转化率为a%；在相同条件下，再将2
mol
NH3充入2
L容器中，达平衡后，NH3的转化率仍为a%。若将2
L容器压缩成1
L，平衡向逆反应方向移动，NH3的转化率降低，因此a＞b。
2．A
【解析】由于（2）反应的正反应放热，所以降低温度（2）反应向右移动，CO转化率提高，备选项中无①不可选，排除B、C、D。
3．A
【解析】从合成塔中出来的混合气体经冷凝分离出液氨后剩下N2、H2，继续循环参与反应。
4．BC
【解析】
N2
+
3H22NH3
n（总）
n（起始）/
mol
2.0
8.0
0
10
n（转化）/
mol
1.0
3.0
2.0
n（平衡）/
mol
1.0
5.0
2.0
8.0
由于气体的压强之比等于气体的物质的量之比。所以，p（平）∶p（始）=8.0∶10.0=4∶5，A正确。H2的转化率为：，B不正确。由于不知道体积V
L的具体数值，所以不知道H2的浓度和化学反应速率的具体数值，C错误。平衡时混合气体的平均相对分子质量为：，D正确。
5．D
【解析】生成z
mol
NH3，需要
mol
N2，所以，N2的转化率为：。）
6．D
【解析】Na2CO3稳定，NaHCO3受热分解成H2O和CO2，使固体质量减轻，由差量法可求解。
设原混合物中纯碱的质量为x
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
Δm
2×84
106
62
20－x
20－13.8
解得x=3.2
g，Na2CO3的质量分数。
7．D
【解析】由图可知，溶液的温度在0～10℃的范围内，有利于NaCl的溶解和NH4Cl的析出。向溶液中加NaCl增大Na+和Cl－的浓度，向溶液中通NH3增大OH－和NH4+的浓度，这些都有利于NH4C1的析出。
8．A
【解析】H2CO3在常温下就会自动分解，NaHCO3须加热才会分解；Na2CO3的溶解度大于NaHCO3；碱金属从Li→Cs，熔点逐渐减小，还原性逐渐增强。
9．C
【解析】NaHCO3不稳定，受热分解产生二氧化碳气体；NaHSO4在水中电离出H+，H+与HCO3－作用产生二氧化碳气体。
10．B
【解析】Na2CO3比NaHCO3稳定，加热后固体NaHCO3全部分解，固体质量均比原固体质量少，NaHCO3含量越高，质量减少越大。
11．B
【解析】Na2CO3与稀盐酸反应有两种情况，当Na2CO3足量，盐酸不足时，尤其是逐滴滴入稀盐酸，Na2CO3先转变为NaHCO3，此时无气泡产生，后继续滴入至过量，则产生大量气泡。另一种情况是盐酸过量，Na2CO3不足，发生反应CO32－+2H+==CO2↑+H2O。
二、填空题
1．（1）防止催化剂中毒
（2）高压、低温
（3）低压、高温
【解析】少量的杂质气体会使催化剂中毒失去作用，因为吸收反应为体积缩小的放热反应，应采取高压、低温，而醋酸铜氨溶液的再生，即是吸收的化学平衡向逆反应方向进行，与前生产条件相反。
2．（1）1―4a%
（2）100∶(200―4a)
【解析】由N2+3H22NH3可知，反应的N2和H2体积比为1∶3，又由于二者开始的体积比也为1∶3，所以，平衡时二者的体积仍为1∶3。
（1）平衡时NH3的体积分数为：1―3a%―a%=1―4a%。
（2）设反应达到平衡后，混合气体共有100
mol，则氨为（100―4a）mol。又氨的物质的量等于反应减少的物质的量。所以，反应前气体共有：（200―4a）mol。根据压强比等于物质的量之比可求得平衡时压强是反应前的100∶（200―4a）倍。
3．（1）f
e
d
c
（2）块状石灰石
饱和NaHCO3溶液
CaO+NH3·H2O==Ca(OH)2+NH3↑（其他合理也可）
（3）B
（4）防倒吸
CO2+NH3+NaCl+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl
（5）过滤
取少量固体放入试管中，加热，固体大部分消失，在试管口又有较多的固体凝结
4．（1）2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
（2）NH3+CO2+H2O+NaCl
(饱和)==NaHCO3↓+NH4C1，2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑
（3）“联合制碱法”中CO2来自于合成氨工业的副产品，而“氨碱法”中的CO2来源于石灰石的分解
（4）
【解析】“联合制碱法”原子利用率的表达式为：
原子利用率（％）=。
5