1-1、2《空气分离、氨的工业合成》测试题)

空气分离、氨的工业合成测试题 A 卷（基础强化） （测试时间：90 分钟 满分：100 分） 一、选择题（每小题只有一个正确选项，每小题 3 分，共 45 分） 1、下列各项不属于我国城市空气质量报告内容的是（ ） A. SO2 B. CO2 C. NO2 D. PM10 2、氮气是空气的主要组成部分。因此科学家根据蒸汽机的原理，设计制造出了液氮蒸汽机， 即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的。其原理是（ ） A. N2 在空气中燃烧放热 B. N2 与 H2 反应放热 C. N2 在空气中约占 78%（体积分数） D.液态氮的沸点为 -196，远低于常温 3、下列操作利用吸附作用分离的是（ ） A. 深冷分离 B. 变压吸附 C. 蒸馏和精馏 D. 膜分离 4、下列分离物质的方法中，不是根据粒子大小进行分离的是（ ） A. 渗析 B. 过滤 C. 蒸馏 D. 膜分离 5、在压强为 1.015Pa 时液态氮的沸点是-196，液态氧的沸点是-183 ，液态氦的沸点 是-269。采用深冷分离法从空气中分离这 3 种气体时，随温度升高它们逸出的先后顺序 是（ ） A. 氦气、氮气、氧气 B. 氧气、氮气、氦气 C. 氮气、氧气、氦气 D. 氧气、氦气、氮气 6、下列关于空气分离的叙述中，不正确的是（ ） A. 深冷分离法分离空气时，使空气温度降低的方法是先加压，再进行热交换，最后进行 节流膨胀 B. 变压吸附法是由在生产中加压吸附和减压解吸交替操作而得名 C. 膜分离法所使用的薄膜不需要具有特殊的性质 D. 分离技术伴随着生产力的发展、科学的进步，从低级到高级不断地改进、创新 7、下列说法中正确的是（ ） A. 深冷分离法是大规模生产高纯度氧气、氮气等气体的方法，并且能耗小，生产成本较 低 B. 空气的成分自古至今都是不变的 C. 在绝热的条件下，将空气加压通过节流阀后突然膨胀，叫做节流膨胀 D. 精馏也叫分馏，是在一个设备内同时进行多次部分汽化和部分冷凝来分离液态混合物 的方法 8、下列关于膜分离技术的说法中，不正确的是（ ） A. 膜分离所使用的薄膜必须具有使某些物质可以通过，另一些物质不能通过的特性 B. 膜分离法制备富氧空气是利用空气透过气体分离膜时，由于氧气和氮气透过的能力不 同而使二者分离的方法 C. 膜分离技术制备的富氧空气的含氧量在 35%左右 D. 膜分离技术只能用于空气的分离 9、合成氨工业上采用了循环操作，主要原因是 ( ) 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 10、为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中最具有开发价值的是（ ） A. 寻找 N2 的新来源 B. 研制低温下活性较大的催化剂 C. 研制 500左右时活性较大的催化剂 D. 研制耐高温、高压的材料，用于建造氨合成塔 11、在合成氨反应 N2+3H2 2NH3 中，在下列情况下，不能使化学反应速率增大的是（ ） A. 加入氮气 B. 加入合适的催化剂 C. 减小压强，扩大容器体积 D. 适当升高温度 12、在可逆反应 X + 2 Y 2 Z(吸热)中，X 、Y、Z 是三种气体，为了有利于 Z 的生成， 应采用的反应条件是 ( ) A. 高温高压 B. 高温低压 C. 低温高压 D. 低温低压 13、2 mol 气体 A 与 3 mol 气体 B 在一定条件下发生反应：A(g)+3B(g) 2C(g)(放热)，达 到平衡时，B 转化率为 50%，则 A 转化率为 ( ) A. 50% B. 40% C. 30% D. 25% 14、将 V1L 的 H2 和 V2L 的 N2 在一定条件下发生反应，达到平衡后，混合气体总体积为 V3L(气体体积均在相同条件下测定)，则生成 NH3 的体积是 ( ) A. (V1+V2+V3)L B. (V1+V2V 3)L C. (V1+V22V 3)L D. V3( V1+V2) L 15、以下事实中，不能用勒夏特列原理说明的是 ( ) A. 温度过高对合成氨不利 B. 合成氨在高压下进行是有利的 C. 合成氨在高温下进行和加入催化剂都能使化学反应速率加快 D. 增大 N2 的浓度可提高平衡混和物中 NH3 的含量 二、填空题（本题包括 6 小题，共 43 分） 16、 （4 分）空气液化和各组分分离流程图： 17、 （共 10 分，未特殊标明的各 1 分）合成氨工业的主要反应为：N 2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)(正反应为放热反应) ，回答下列问题。 (1)原料 N2 不能用空气代替，而必须用纯 N2，这是因为 。H 2 来自水和焦炭，有关的化学方程式为： 。 （2 分） 原料气体必须经过净化的原因是 。 (2)在合成塔中合成氨要在高温、高压和有催化剂的条件下进行，试分析各反应条件的作用： 温度(500 0C) 。 压强(510 7Pa) 。 催化剂(铁触媒) 。 (3)从合成塔里出来的混合气体中含 15%的氨。若 N2 和 H2 的转化率相等，则转化率为 。 （2 分） 工业上采用 法将氨分离出来。 18、 （2 分）在合成氨反应中，进入合成塔的气体体积比为 N2H 2NH 3=6181，从合 成塔出来的气体体积比为 N2H 2NH 3=9278，则 H2 的转化率为 19、 （6 分）已知 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)为放热反应，其实验数据如下： 压强 转化率 不同条件下 SO2 的转化率 ( ) 液态 加压 （ ） 节流膨胀 降温 空气 液化空气 （ ）部分 分离 （ ）比较完 全分离 温度 10MPa 50MPa 100MPa 500MPa 1000MPa 4500C 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 5500C 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (1)应选用的温度是_，其理由是_ 。 (2)应选用的压强是_，其理由是_ 。 20、 （11 分）在硫酸的工业生产中，通过下列反应使 SO2 转化为 SO3：2SO 2+O2 2SO3(正反应放热) 。已知常压下 SO3 体积分数为 91%，试回答： （1）在生产中常用过量的空气是为了 。 （2）加热到 400500是由于 。 （3）压强应采用（高压、常压） 。原因是 。 （4）常用浓 H2SO4 来吸收 SO3，而不是用水，是因为 。 （5）尾气中的 SO2 必须回收，是因为 。 21、 （10 分）下面是关于汽车燃料及其燃烧产物性质的问题。 （1）下图对三种不同类型汽车（以序号 1、2、3 表示）的废气排放情况进行了比较。这三 种汽车分别是以汽油为燃料的汽车、以天然气（主要成份是甲烷）为燃料的汽车和电动汽 车。请判断其中序号为 1 的是 汽车，序号为 3 的是 汽车。 碳氢化合物 一氧化碳（CO） 氮氧化物（NO x） 二氧化碳（CO 2） （2）图为一定量饱和 Ca(OH)2 溶液中通入二氧化碳 气体后，产生 CaCO3 白色沉淀的质量与二氧化碳体 积之间的关系曲线。试回答： OA 段曲线和 AB 段曲线所表示的反应方程式是 OA： AB： A 点时已参加反应的 CO2 和 Ca(OH)2 的物质的量之比为 。 B 处溶液中存在的浓度较大的两种离子是 和 。 （填离于符号） 将 B 处生成的溶液煮沸，可见到的现象是 。 三、实验题（本题只有 1 小题，共 12 分） 22、航天飞行器座舱内空气更新过程如图所示： （1）是 CO2 和 H2 的反应装置，该反应的化学 方程式 _ （2）从装置，可看出，O 2 的来源是 CO2 和 H2O，宇航员每天消耗 28mol O2，呼出 23 mol CO2，则宇航员每天呼出的气体中含 H2O_mol。 （3）以下是另一种将 CO2 转化为 O2 的实验设想 其中，由 MgCl26H2O 制取无水 MgCl2 的部分装置（铁架台、酒精灯已略）如下： 下图中，装置 a 由_、_ 、双孔塞和导管组成 循环物质甲的名称是_ 制取无水氯化镁必须在氯化氢存在的条件下进行，原因是 _ 装置 b 中填充的物质可能是_（填入编号） e.硅胶 f.碱石灰 g. 无水氯化钙 h.浓硫酸 设计 d 装置要注意防止倒 吸，请在方框中画出 d 装置 的简图，并要求与装置 c 的 出口处相连（铁架台不必画出） 。 B 卷（能力提高） （测试时间：50 分钟 满分：50 分） 一、选择题（每小题只有一个正确选项，每小题 3 分，共 24 分） 1、一氧化碳和氢气可以合成甲醇，反应：CO(g)+2H 2(g) CH3OH(g)(正反应放热) 。为了 增加甲醇的单位时间产量，工厂应采取的正确措施是( ) A. 高温、高压 B. 低温、高压、催化剂 电解CO 2 Mg 点燃 MgO C 稀盐酸 H2O MgCl26H2O HCl + O2 氯化氢 MgCl 2 Mg + Cl2 C. 低温、高压 D. 适宜温度、高压、催化剂 2、一定温度下,向密闭容器中充入 1.0molN2 和 3.0molH2，反应达到平衡时，测得 NH3 的物 质的量为 0.6mol。若在该容器中开始时 N2 的物质的量为 2.0mol，H 2 为 6.0mol，则平衡时 NH3 的物质的量为 ( ) A. 若为定容容器，n(NH 3)=1.2mol B. 若为定容容器，n(NH 3)1.2mol C. 若为定压容器，n(NH 3)=1.2mol D. 若为定压容器，n(NH 3)1.2mol 3、一定温度下，某密闭容器里发生可逆反应：CO(g)+H 2O(g) CO2(g)+H2(g)(正反应吸热)， 当达到平衡时，测得各物质均为 n mol。欲使 H2 的平衡浓度增大 1 倍，其它条件不变时， 下列措施可采用的是 ( ) A. 升高温度 B. 再通入 n mol CO 和 n mol H2O(g) C. 再通入 2n mol CO2 和 2n mol H2 D. 使用催化剂 4、在一定条件下，某密闭容器中发生反应：2SO 2(g)+O2(g) 2SO3(g)(正反应为放热反应)， 反应达平衡后，SO 2、O 2、SO 3 的物质的量之比为 324。其他条件不变，升高温度，达 到新的平衡时，n(SO 2)=1.4mol，n(O 2)=0.9mol，则此时 SO3 的物质的量为 ( ) A. 1.8mol B. 1.6mol C. 1.4mol D. 2.0mol 5、某温度时，容积为 V L 的密闭容器中放有 1.2 mol 氨气，达到平衡时有 80%的氨气分解 为氮气和氢气，此时容器内的压强为氨分解前压强的 ( ) A. 0.9 倍 B. 2.7 倍 C. 1.8 倍 D. 3.6 倍 6、体积比为 23 的 N2 和 H2 的混合气体，在一恒温恒压装置中发生反应。达到平衡时， 容器内气体的密度变为反应开始时的 5/4，则 N2 的转化率为( ) A. 50% B. 37.5% C. 25% D. 12.5% 7、在相同温度下，有相同体积的甲、乙两容器，甲容器中充入 1g N2 和 1g H2，乙容器中 充入 2g N2 和 2g H2。下列叙述中，错误的是 ( ) A. 化学反应速率：乙甲 B. 平衡后 N2 的浓度：乙甲 C. H2 的转化率：乙甲 D. 平衡混合气中 H2 的体积分数：乙甲 8、在一定温度、压强下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中 NH3 的体积分数为 25%。 若反应前后的温度、压强保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是( ) A. 15 B. 14 C. 13 D. 12 二、填空题（本题包括 3 小题，共 43 分） 9、 （8 分）正常情况下，大气中含有约 78%的 N2，21%的 O2，还含有少量的 CO2、水蒸气 以及稀有气体和杂质。如果大气中二氧化碳的含量明显增加，就会引起“温室效应”，导致 全球变暖。 (1)二氧化碳是共价化合物，它的电子式可表示为_ 。 (2)实验室中检验 CO2 气体最方便的方法是将 CO2 气体通入饱和的澄清石灰水中，产生的 实验现象是_，相应的反应方程式为 _。 (3)在宇宙飞船和太空站上工作的宇航员，在密闭的工作舱内需要吸入氧气，呼出 CO2， 飞船内可以使用一种物质，它能吸收 CO2，并产生氧气，该物质是_，其反应方程 式为_。 10、 （8 分） （1）图瓦卢是由多个珊瑚礁形成的岛国。由于大气中 CO2 含量的剧增，大量珊 瑚礁（主要成分是碳酸钙）被海水侵蚀，其原因是（用化学方程式表示）： （2）温室效应导致海平面上升，引起温室效应的人为原因主要是： （3）为了控制温室效应。各国科学家提出了不少方法和设想。有人根据液态 CO2 密度大 于海水密度的事实，设想将 CO2 液化后，送入深海海底。以减小大气中 CO2 的浓度。为使 CO2 液化，可采用的措施是（ ） 。 A 减压、升温 B 增压、升温 C 减压、降温 D 增压、降温 （4）科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术研究，把过多的二氧化碳转化为有益于人类 的物质。如将 CO2 和 H2 以 14 的比例混合，通入反应器。在适当的条件下及反应，可获 得一种重要的能源。请完成以下化学方程式： CO24H 2（ ）2H 2O 若将 CO2 与 H2 混合，在一定条件下以 13 的比例发生反应，生成某种重要的化工原料和 水。该化工原料可能是（ ） 。 A 烷烃 B 烯烃 C 炔烃 D 芳香烃 （5）快速、有效地减缓大气中 CO2 大量增加的生态学措施是 A 使用天然气等燃料 B 控制全球人口增长 C 植树造林，保护森林 D 立即减少煤和石油的燃烧 11、 （5 分）在一定温度下，把 2 体积 N2 和 6 体积 H2 通入一个带活塞的体积可变的容器中， 活塞的一端与大气相通(如图所示 )。容器中发生以下反应： N2+3 H2 2 NH3(放热) ，若达 到平衡后，测得混合气体的体积为 7 体积。据此回答下列问题： (1)保持上述反应温度不变，设 a、b、c 分别代表初始加入的 N2、H 2 和 NH3 的体积，如果反应达到平衡时，各物质的百分含量和体积与上述平衡时完全 相同，那么： 若 a=1，c=2，则 b= 。在此情况下，反应起始时将向 方向进行。 若需规定起始反应向逆方向进行，则 c 的范围是 。 (2)在上述装置中，若需控制平衡后混合气体为 65 体积，则可采取的措施是 。 理由是 。 三、实验题（本题只有 1 小题，共 9 分） 12、I. 合成氨工业对化学的国防工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途 。 II. 实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是 。 固态氯化铵加热分解 固体氢氧化钠中滴加浓氨水 氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热 固态氯化铵与氢氧化钙混合加热 III. 为了在实验室利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下装置（图中夹持装置均已 略去） 。 实验操作 检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹 a、b、c、d、e。在 A 中加入锌粒，向长颈漏斗 注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹 c、d、e，则 A 中有氢气发生。在 F 出口处收集氢气并检 有孔塑料板 锌粒 碱石灰 铁触媒 酚酞水溶液水 验其纯度。 关闭弹簧夹 c，取下截去底部的细口瓶 C，打开弹簧夹 a，将氢气经导管 B 验纯后点燃， 然后立即罩上无底细口瓶 C，塞紧瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰 熄灭。 用酒精灯加热反应管 E，继续通氢气，待无底细口瓶 C 内水位下降到液面保持不变时， 打开弹簧夹 b，无底细口瓶 C 内气体经 D 进入反应管 E，片刻后 F 中的溶液变红。 回答下列问题： （1）检验氢气纯度的目的是 。 （2）C 瓶内水位下降到液面保持不变时， A 装置内发生的现象是 ，防止了 实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹 b 的原因是 ，C 瓶内气体的 成份是 。 （3）在步骤中，先加热铁触媒的原因是 。反应管 E 中发生反应的化学方 程式是 。 空气分离、氨的工业合成测试题参考答案 A 卷（基础强化） 一、1B 2D 3B 4C 5A 6C 7D 8D 9D 10B 11C 12A 13D 14B 15C 二、16、热交换 气态 蒸馏 精馏 17、(1) 空气中的 O2 与 H2 混合加热会发生爆炸； C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)， CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)； 除去原料气中的杂质，防止催化剂中毒。 (2)加快反应速率，缩短达到平衡的时间；既加快反应速率，也能促使平衡向正反应方向移 动，提高 NH3 在平衡混合物中的百分含量；加快反应速率，缩短达到平衡的时间。 (3)261液化。 18、25% 解析：设进入合成塔的 N2、H 2、NH 3 的物质的量分别为 6 mol、18 mol、1 mol，反应转化的 N2 物质的量为 x，则： N2 + 3 H2 2 NH3 起始量 6mol 18mol 1mol 转化量 x 3x 2x 平衡量 6molx 18mol3x 1mol2x (6molx) (18mol3x )(1mol 2x )9278 解得：x15mol 所以转化的 H2 的物质的量为 45mol ，H 2 的转化率为 mol18 5.4 100%25% 19、(1)450 0C，温度低，SO 2 的转化率高；(2)10MPa；10Mpa 下 SO2 的转化率已很高，加 压转化率相差不大，选择常压节省动力，简化设备。 解析：从表中数据可知，升高温度，SO 2 的转化率降低，故应选择温度为 4500C。增大压强， SO2 的转化率增大，理论上应选择高压，但仔细分析转化率数据可以知道，在 10MPa 下的 转化率为 97.5%，已经很高了，而增大压强，需要的动力很大，转化率增大的却很少，故 应选择 10MPa。 20、(1)增大氧气的浓度，使平衡向正反应方向移动，提高了二氧化硫的转化率，使成本高 的二氧化硫得到充分利用。(2)400500是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速 率，缩短到达平衡所需的时间。(3)常压。因为常压下 SO3 体积分数已达 91%，若再加压对 设备及动力系统要求高、成本高、使生产效益低。(4)用水吸收 SO3 会形成酸雾，使吸收的 速率减慢。(5)SO 2 有毒。避免对环境的污染。 21、 （1）电动；以汽油为燃料的 （2）Ca(OH) 2CO 2 = CaCO3H 2O；CaCO 3CO 2H 2OCa(HCO 3)2；11 ；Ca 2 ；HCO 3 ；生成白色沉淀 三、实验题 22、 （1）2H 2+CO2 = 2H2O+C （2）10 （3）分液漏斗 烧 瓶 盐酸 防止水解 e g B 卷（能力提高） 一、选择题 1、D 2、C 解析：起始量为原来的二倍，若在定压容器中，平衡转化率不变，NH 3 的平衡 量为原平衡的二倍；若在定容容器中，等效于二份原平衡混合气加压，转化率增大，NH 3 的平衡量大于原平衡的二倍。 3、C 解析：欲使 H2 的平衡浓度增大 1 倍，即 H2 的物质的量为 2n mol。升温虽然可 以使平衡右移，但原平衡中 CO 和 H2O 只有 n mol，不能完全转化为 H2，所以 H2 的物质的 量不可能增加到 2n mol；同理，再通入 n mol CO 和 n mol H2O 也不能完全转化为 H2；使 用催化剂不改变平衡时各物质的量) 4、C 5、C 解析：温度、压强一定时，压强之比气体等于物质的量之比。根据反应前后的 差量关系，分解的 NH3 的量，也就是气体增加的量，所以 NH3 分解 80%，气体物质的量增 加 80%，压强增大 80%) 6、C 解析：设开始时 N2、H 2 分别为 2mol、3mol，共有 5mol。由于气体总质量守恒， 所以恒温恒压条件下，气体密度与体积成反比，即气体密度与气体总物质的量成反比，平 衡混合气体共有 5mol4/5=4 mol，气体减少 1mol，即生成 1 mol NH3，反应了 05molN 2，则 N2 的转化率为 )051.0mol 7、D 解析：乙容器中反应物浓度大，反应速率快；假设开始时乙的容器体积是甲的 两倍，则甲与乙达到相同平衡，再将乙容器体积压缩至与甲相等，在此过程中平衡向正反 应方向移动，即 N2、H 2 的转化率增大，体积分数减小；因为压缩时乙中各物质浓度是甲中 的二倍，平衡移动虽然使 N2、H 2 浓度减小，但仍比甲大。 ) 8、A 解析：同温、同压下，气体的体积之比等于气体的物质的量之比。设平衡时混 合气体