【创新设计】2014-2015学年高中化学（课件+试题）（全册打包22套）新人教版选修2
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【创新设计】2014-2015学年高中化学（课件+试题）（全册打包22套）新人教版选修2,创新,立异,设计,学年,高中化学,课件,试题,打包,22,新人,选修
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1 第一 单元 走进化学工业 课题 1 化工生产过程中的基本问题 (时间： 30分钟 ) 考查点一 工业生产过程中三废的处理 1 工业上制取硫酸，回收尾气中的废气常选用的试剂是 ( )。 A 氨水 B D 析 用氨水吸收尾气中的 收利用后还可生产化肥，且氨水价格较 低。 答案 A 2 你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是 ( )。 少用煤作燃料 把工厂烟囱造高 燃料脱硫 在已酸化的土壤中加 熟石灰 开发新能源 A B C D 解析 形成酸雨的主要气体污染物是 硫的煤 和石油，所以少用煤作燃料可减少酸雨的产生；将燃料脱硫也可，开发新能 源也是减少 都可以减少 而减 少酸雨的产生。把工厂烟囱造高不能使 不能减少 在已酸化的土壤中加熟石灰只能改良土壤。 答案 C 3用硫铁矿做原料，用接触法生产硫酸的过程中，对废弃资源的处理不正确的是 ( )。 A氨 酸法尾气脱硫是先将尾气用氨水吸收，然后再用浓硫酸处理 B与尾气脱硫技术相比，两转两吸流程投资较少，但运行费用相对较高 C可以从制硫酸排出的烧渣中回收铁、有色金属以及贵重金属金和银 D沸腾炉旁可以设置 “ 废热 ” 锅炉，利用余热产生的蒸汽来发电或供热 解析 氨 酸法尾气脱硫用的酸不是稀硫酸，而是浓硫酸，故 气脱硫技术与两转两吸流程相比，后者投资较少，并且运行费用相对较低，故 2 答案 B 答案 C 4 石 膏也可用于工业生产二氧化硫，进而生产硫酸。天然石膏的化学式为 2天然石膏脱水后，第 2步化学反应就可制得二氧化硫。 (1)写出第 1步反应的化学方程式 _。 (2)在第 2步化学反应中，下列原料可以使用的是 (用序号填空 )_。 写出有关化学反应的方程式 _ _。 空气 氧气 硫酸 焦炭 (3)在第 2步化学反应中，可能会排入空气的气态污染物是 _。它 (或它 们 )的主要危害是 _ _。 解析 在 以要使用还原剂 (焦炭 )。焦 炭的氧化产物中有 可能含有一氧化碳。 答案 (1)2= 22) 2C=高温 22 (3)二氧化硫和一氧化碳 二氧化硫导致酸雨，一氧化碳使人中毒 5 工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有 含有 量的 了保护环境，同时提高硫酸工业的综合经济效益，应尽可能将尾气中的 按要求回答下列问题： (1)将 尾气通入氨水中，能发生 多个反应，写出其中可能发生的两个氧化还原 反应的化学方程式： _、 _。 (2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中，按一 定比例加入氨水或碳酸 氢铵，此时溶液的温度会自行降低，并析出晶体。 导致溶液温度降低的原 因可能是 _； 析出的晶体可用于造纸工业，也可用于照相用 显影液的生产。已知该结晶水合物的相对分子质量为 134，则其化学式为 _。 解析 (1)本题要注意题目要求 的是写出两个氧化还原反应的方程式 (见答 案 )。 3 (2) 溶液温度降低一定是反应吸热所致； 析出的晶体用于造纸和显影液， 说明晶体中含有还原性 4价硫，因此推知晶体的主要成分为 ( 据相对分子质量为 134，可推出其化学式为 ( 答案 (1)2=2(=2(2=2填两个 ) (2) 反应吸热 ()2查点二 工业生产过程中化学反应 原理的应用 6 飘尘是物质燃烧时产生的粒状漂浮物，颗粒很小，不易沉降，它与空气中的 空气的酸度增加，飘尘所起的作用可能是 ( )。 氧化剂 还原剂 催化剂 吸附剂 A B C D 解析 飘尘会吸附 2，并催化该反应的进行，使之转化为 答案 D 7 在硫酸工业生产中，为了有利于 能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室。按此密闭体系中气体的流向，则 在 ( )。 A B D 析 原料 收热能后由 再进入接触室发生反应，并放出大量的热，把一部分热量交换给刚进入热交 换器的原料气，然后由下端流入下一个装置。 答案 C 8 某工厂用 工艺流程如下： 足量 适量 过滤滤液 提纯 （ 2 煅烧 生石灰下列推断不合理的是 ( )。 A 往甲中通 B 生成 1 4 C 在实际生产中 D 直接蒸干滤液能得到纯净的 (析 该反应原理为 2=( (= (=煅烧 。直接蒸干会 导致 ( 答案 D 9工业接触法制硫酸的简单流程图如下： (1)写出装置甲的名称 _。要使黄铁矿充分和迅速地燃烧，工业上常采取的措施为 _。 (2)接触室中二氧化硫与氧气的反应采用 _(填 “ 常压 ” 或 “ 高压 ”) ，原因是_。 (3)刚通入接触室中的 2在热交换器的管道 _(填 “ 里 ” 或 “ 外 ”) 流动，在催化剂表面接触反应的 2在热交换器的管道 _(填 “ 里 ” 或 “ 外 ”) 流动，这样两种流体通过管壁进行热交换。 (4) 在 吸 收 塔 中 为 什 么 用 的浓硫 酸 而 不 是 用 水 吸 收 三 氧 化 硫 ？_。 (5)工业接触法制硫酸的过程中，有两个操作过程采用了逆流的原理，它们分别是_， _。 答案 (1)沸腾炉 把黄铁矿粉碎成细小的矿粒和从炉底通入强大的空气流 (2)常压 常压时 用 高压对 (3)外 里 (4)水与 易形成酸雾，不利于 (5)在沸腾炉中矿石由上向下落，空气由下往上升 在吸收塔中 硫酸自上而下流， 5 考查点三 生产中反应条件的控制 10用硫铁矿生产硫酸的过程中，对提高效率不利的因素是 ( )。 A矿石粉碎后送入沸腾炉 B使用热交换器预热气体 C用水吸收三氧化硫 D使用催化剂 答案 C 考查点三 生产中反应条件的控制 10 下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 ( )。 A 氢气和氮气合成氨的反应中，在加压下有利于氨的生成 B 醋酸溶液中滴入少量稀盐酸，溶液中 c(H )增大 C 用热的纯碱水溶液洗涤油污物品时，去污效果较好 D 加催化剂 提高 解析 催化剂只能改变反应速率，而不能使平衡发生移动。 答案 D 11 下列对硫酸生产中化学反应原理的分析正确的是 ( )。 A 硫酸生产中涉及的三个化学反应因原料的不同可能全部是非氧化还原反 应 B 硫酸生产中涉及的三个化学反应都是放热反应 C 硫酸生产中 涉及的三个化学反应都需要使用催化剂 D 硫酸生产中涉及的三个化学反应都需要在较高温度条件下进行 解析 三个化学反应都是放热反应；三个反应中只有 剂； 是非氧化还原反应。 答案 B 12 硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位。 (1)硫酸的最大消费渠道是化肥工业，用硫酸制造的常见化肥有 _(任写 一种 )。 (2)硫酸生产中，根据化学平衡原理来确定的条件或措施有 _(填写序 号 )。 A 矿石加入沸腾炉之前先粉碎 6 B 使用 C 转化器中使用适宜的温度 D 净化后的炉气中要有过量的空气 E 催化氧化在常压下进行 F 吸收塔中用 浓硫酸吸收 3)在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫： 2g) 12O2(g)催化剂2g) H 98.3 kJ 1。在实际工业生产中，常采用 “ 二 转二吸法 ” ，即将第一次转化生成的 未转化的 转化，假 若两次 5%，则最终 _。 (4)硫酸的工业制法过程涉及三个主要的化学反应及相应的设备 (沸腾炉、转化 器、吸收塔 )。 三个设备分别使反应物之间或冷热气体之间进行 “ 对流 ” 。请简单描述吸 收塔中反应物之间是怎样对流的。 _。 工业生产中常用氨酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目 的。用化学方程式表示其反应原理。 (只写出 2个方程式即可 )_ _ 解析 (2)根据化学平衡原理来确定的条件有 增大反应物浓度，使平衡 正向移动 )。 根据化学平衡原理，降温有利于平衡正向移动，保持适宜温度是为了使催化 剂效率最高。 (3)转化率为 95% (1 95%)95% (4)注意 2得相应化肥。 环利用。 答案 (1)硫酸铵 (或硫酸钾 ) (2)D (3)(4)从吸收塔底部进入，吸收剂 (浓硫酸 )从顶部下淋，形成 对流 =2=(2 2 或 2=(=( 课题 1 化工生产过程中的基本问题 如果以硫黄为原料制硫酸，你能试着用化学方程式表示制硫酸的反应原理吗？ 提示 S(s) O2(g)=g)(放热反应 ) g) l)=l)(放热反应 ) 试列举一些能引起大气污染的行为。 提示 煤的燃烧 工业废气的任意排放 燃放鞭炮 飞机、汽车尾气的排放 冰箱、空调的制冷剂氟氯代烃的排放等。 1 2 2S O 2 (g ) O 2 (g ) 催化剂 2S O 3 (g) ( 放热反应 ) 1了解生产硫酸的基本流程。 2了解生产原料的选择。 3了解化学科学实验与化工生产的区别。 4注意生产中的三废处理，防止环境污染。 化工生产与化学反应的关系 化工生产是以 _为依据，以 _为基础的。任何生产的完成都要符合 _。 确定化工生产反应原理与过程的一般方法 对于某一具体的化工产品，研究生产过程要从产品的 _ _和 _考虑，来确定 _。 笃学 一 依据化学反应原理确定生产过程 1. 2 化学反应原理 实验室研究 化学反应规律 化学 组成 性质 原料和生产路线 确定化工生产反应原理与过程的案例研究 生产硫酸 (1)原料：从 料应该是自然界存在的含 _ 物质，如 _ (主要成分是 。 (2)生产步骤：生产硫酸的主要化学过程可以分成 _、_和 (3)工业上制硫酸的基本生产原理： 造气：以 应化学方程式为 _ (属 _反应，填 “放热 ”或 “吸热 ”，下同 )。 催化氧化：将 应化学方程式为 _ _(属 _反应 )。 氧化硫转化成硫酸，反应化学方程式为_(属 _反应 )。 3 硫黄、黄铁矿 硫 热 2热 =热 S O 2 = =点燃 催化剂 2S O 3 在工业生产中，选择原料除依据 _外，还有许多因素需要考虑，如 _、 _、能源、 _用水的供应能力、 _、 _、预处理成本及 _等。 工业制硫酸的原料 目前，世界大多数国家生产硫酸主要以 _为原料，我国主要是以 _为原料。 笃学二 生产中原料的选择 1. 原料选择依据 2 化学反应原理 厂址选择 原料 工业 贮存 运输 环境保护 硫黄 黄铁矿 生产中反应条件的选择 在化工生产中要通过反应条件的控制使 _和 _都比较理想，还要同时考虑 _ _和 _。 硫酸工业生产中条件的选择 二氧化硫催化氧化的条件是： _ _。 笃学三 生产中反应条件的控制 1. 2 化学反应速率 反应物的转化率 控制某些反 应条件的成本 实际可能性 常压、 400 500 尾气吸收 生产硫酸的尾气中含有少量 _，可用 _吸收，然后再用硫酸处理，生成的 化学反应方程式为： _、 _。 废渣的利用 用黄铁矿为原料生产硫酸的过程中，排出的炉渣和矿灰，可作为 _；可以用来提炼 _；废渣还可以作为制造 _或用于 _。 笃学四 硫酸工业废气和废渣的处理 1. 2 灰水 H)2= = 铁的原料 贵重的有色金属 水泥的原料 制砖 化工生产过程中通常都要消耗大量的能量。硫酸工业充分利用废热的方法是：在催化反应室中设热交换装置，利用 笃学五 能量的充分利用 8%的硫酸？为什么？ 提示 实际生产中，并不直接用水吸收 是用 98%的硫酸吸收。这样可避免形成酸雾并提高吸收率。 98%的硫酸吸收 中 将发烟硫酸在水中稀释就能得到各种不同浓度的硫酸。 【 慎思 1】 工业制硫酸需要哪些原料？分成哪几个阶段？发生哪些反应？需要哪些设备？ 提示 【 慎思 2】 三原料 三阶段 三反应 ( 均放热 ) 三设备 黄铁矿( 2)或 S 造气 4F e 1 1= =高温2F 8 = =点燃空气 催化 氧化 2 含 热交换器 ) 98% 浓= = 用 98 % 浓 吸收塔 A在生产中常用过量的空气 B在生产中常用过量的 在生产中采用 D在生产中采用常压 提示 增大空气浓度即增大 平衡向正反应方向移动，提高了 大压强可使 对设备的要求及成本都相应提高。 答案 B 【 慎思 3】 在硫酸工业中， 转化为 的反应为： 2S O 2 (g ) O 2 (g)催化剂2 (g ) 。已知常压下生产，达到平衡时 的体积分数为 91% 。下列说法不正确的是 ( ) 。 为了提高硫酸工业的综合经济效益，下列做法正确的是 ( )。 对硫酸工业生产中产生的废气、废渣、废液进行综合利用 充分利用硫酸工业生产中的 “废热 ” 不把硫酸厂建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区 A B C D 提示 建立处理 “三废 ”措施，严格执行国家 “三废 ”排放标准； 变 “三废 ”为宝，实行综合利用。尽可能地利用 “废气、废渣、废液、废热”，既可以提高原料的利用率，降低成本，又能减少对环境的污染。硫酸厂对环境的污染是比较严重的，不能建立在人口稠密的地区和环保要求高的地区。 答案 D 【 慎思 4】 你认为硫酸工业可以怎样合理利用能源？ 提示 (1)在沸腾炉 (造气炉 )旁设置蒸气锅炉进行发电。 (2)在接触室 (催化反应室 )中设置热交换器，一方面预热反应原料气，另一方面使接触氧化后的气体降温到适宜温度。 (3)在接触室 (催化反应室 )附近建造浴室，提高劳动福利或创造经济效益。 【 慎思 5】 接触氧化的反应为： H 98.3 kJ1 这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应。 (1)温度 要点一 | 硫酸工业 (g) 12 O 2 (g) 催化剂 (g) 据化学平衡移动理论判断，温度较低对提高 是，温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。在实际生产中，选定 400 500 作为操作温度，这时反应速率和 (2)压强 据化学反应速率影响因素和化学平衡移动理论判断，加压对提高化学反应速率和 是，在常压、400 500 时， 压必须对设备的要求高，增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作，并不加压。 (3)接触氧化的适宜条件 常压、较高的温度 (400 500 )和催化剂。 在实际化工生产中还要同时考虑控制某些反应条件的成本和实际可能性。 以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下： (1)将煅烧黄铁矿的化学方程式补充完整。 (2)接触室中发生反应的化学方程式是_。 【 例 1】 4_ 1 1O 2 = =高温 2F e 2 O 3 8S O 2 (3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是 _ (填字母 )。 A为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎 B过量空气能提高 C使用催化剂能提高 D沸腾炉排出的矿渣可供炼铁 (4)能用于测定硫酸尾气中 _(填字母 )。 A 酞试液 B 硫酸 C碘水、淀粉溶液 D氨水、酚酞试液 解析 (3)催化剂只能改变可逆反应的化学反应速率，而不会使其平衡发生移动，故不能提高 (4)要测定 用试剂需能与 能明显指示反应的终点，分析知答案为 B、 C。 (5)对于可逆反应，其热化学方程式中的焓变是指可逆反应进行到底的热效应，计算时根据方程式列比例计算即可。一万吨 98%的 2109g， (5) 已知： 2S O 2 (g ) O 2 ( g) 2 ( g) ； H 196.6 m 1 ，计算每生产一万吨 98% 的硫酸所需要 的质量和由 生产这些 所放 出的热量。 H 80 g 98 g 196.6 0.5 m( 109 g Q (3)4)5)103 t， 109 案 (1)F (2)2S O 2 O 2 催化剂 2S O 3 m ( S O 3 ) 80 10998g 109g 103t ， Q 109 109k J 。 在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是 ( )。 A硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁矿不能在空气 中燃烧 B从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中 质反应 C 样可以提高 转化率 D 浓 的是防止形成酸雾， 以便使 【 体验 1】 解析 将硫铁矿粉碎使燃烧速率更快、反应更充分；净化 化剂只能提高反应速率，不能提高 答案 D (1)三废：废气、废液、废渣 (2)三废处理方法： 尾气吸收 法一 石灰水吸收法 H)2= = 法二 氨水吸收法 2=( (=( 要点二 | 硫酸工业生产过程中三废的处理 污水处理 利用不同化工生产过程中产生的污水所含的杂质不同，根据杂质的性质利用不同的化学方法进行处理。硫酸工业废水中常含有硫酸，常用石灰乳中和： H)2 =2 废渣的利用 黄铁矿的矿渣的主要成分是 作为制造水泥的原料或用于制砖。含铁高的矿渣经处理后可以炼铁，有的也可分离后循环利用或提炼贵重的有色金属或将其用于铺路。 下列废物处理方法中正确的是 ( )。 A化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸收 B化学实验中产生的二氧化氮废气可用水吸收 C用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废渣可用于 提取燃料 D用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废气可用于 提取漂白剂 【 例 2】 解析 二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小， 氧化氮一般用烧碱溶液吸收，发生的反应为： 2=铁矿本来就是无机矿物质，又经过高温煅烧后，废渣的主要成分是氧化铁、二氧化硅、氧化铝等，从中提取燃料是不现实的， 酸生产厂的废气中含有较高浓度的二氧化硫气体，二氧化硫可用作漂白剂， 答案 D (1) 若用 加热吸收液可获得高浓度的 变废为宝 。 你能写出主要的化学方程式吗 ？ 为除去燃料中的硫 ， 可采用如图脱硫工艺 。 你能写出主要的化学方程式吗 ？ 【 体验 2】 (2)接触法制硫酸过程中既产生出废渣 、 又产生尾气 ， 这与绿色工业生产是相悖的 。 请你写出这些废渣 、 尾气的用途 。 废渣用途： _， 尾气用途： _。 解析 ( 1) 发生反应的化学方程式为： H 2 O = =2N 3 ， 发生反应的化学方程式为： (s) ( g) = =高温 O 3 ( s) ， 2C ( s) O 2 ( g) = =2C ( s) ；( 2) 接触室制备硫酸的废渣中含有铁、硅、铝 的氧化物，可以用来炼铁，另外还可以用来制备水泥、砖等建筑材料。 答案 ( 1) H 2 O = =2N 3 (s) ( g) = =高温 O 3 ( s) ， 2C ( s) O 2 ( g) = =2C ( s) ( 2) 作为炼铁原料、生产建筑材料等 循环利用，作为制备硫酸的原料气 讨论主要从三个方面入手：一是环境保护与原料的综合利用；二是能量的充分利用；三是生产规模及厂址的选择，特别是注意环保与原料、能量的充分利用。 (1)环境保护与综合利用原料 硫酸工业三废的处理： 尾气吸收：石灰水吸收法 H)2= = 探究过程 】 实验探究一 硫酸工业综合经济效益 污水处理：硫酸工业污水中常含有硫酸，常用石灰乳中和： H)2 =2废渣的利用： 黄铁矿矿渣一般可用于制造水泥或制砖，含铁量高的矿渣可用于炼铁。 在最终产生的三废中，往往还含有未反应的反应物，为了充分利用原料，在收集产品时可将剩余反应物重新并入原料中，使生产过程带有局部循环的特点，这是化工生产工艺设计中常用的方法。 (2)能量的充分利用 许多化学反应是放热反应，化工生产中应充分利用反应热，这对于降低生产成本具有重要的意义： 在沸腾炉旁设置 “废热 ”锅炉，产生蒸汽来发电；在催化反应室中设热交换装置，利用 2，使其达到适宜反应的温度；生产中如能充分利用这些 “废热 ”，不仅不需外界向硫酸厂供应能量，还可由硫酸厂向外界输出大量能量。 (3)生产规模和厂址的选择 一般要对原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通、环境保护等因素进行综合性和系统性的研究。 在以下条件下，你认为 (1)源、能源充足，交通方便。 (2)离它远的 (3)环境保护的要求甚高，而且土地价格较贵，土地供应紧张。 【 案例 】 解析 全面分析三个条件：第一个条件有利于 二个条件从市场需求和运输成本考虑，在 城市建厂合算；第三个条件从根本上否定了在 为是一个风光秀丽的旅游城市，对环保的要求一定很高，而且该地的土地价格也较贵，如果在该地建污染比较严重的硫酸厂，必然会破坏旅游资源，得不偿失。所以结论是：在 运输少量硫酸到 样资源配置比较合理。 答案 不该在 1 课题 2 人工固氮技术 合成氨 (时间： 30分钟 ) 考查点一 合成氨适宜条件的选择 1 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 解析 工业合成氨的热化学方程式为 N2(g) 3H2(g) 2g) H 92.4 kJ 1，似乎压强越大就越有利于平衡向 合成氨的方向移 动，温度越 高达到平衡的时间就越短，易错选 。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。 答案 D 2 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 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 解析 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。 答案 C 3 下列有关合成氨工业的说法中，正确的是 ( )。 A 从合成塔出来的混合气体中，氨气占 15%，所以生产氨的工厂的效率都 很低 B 由于氨易液化， 2在实际生产中循环使用，所以总体来说，氨的产 2 率很高 C 合成氨工业的反应温度控制在 500 ，目的是使化学平衡向正反应方向 移动 D 我国合成氨厂采用的压强是 10 30 为该压强下铁触媒的活性最 大 解析 虽然从合成塔出来的混合气体中 5%，但由于原料气 以生产 此 A 项不正确；控制反应温度为 500 ，一是为了使反应速率不至于很低，二是 为了使催化剂活性最大，因此 大压强有利于 压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，我国的 合成氨厂一般采 用 110 7 3 107 这并不是因为该压强下铁触媒的活 性最大，因此 答案 B 4 下列关于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，使平衡向生成 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 解析 合成氨的反应特点之一：正反应是气体体积缩小的反应。当其他条件 不变时 ，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，所以高压将有利于氨的 合成，选项 答案 B 5合成氨时既要使氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是 ( )。 减压 加压 升温 降温 及时从平衡混合气中分离出 补充 2 加催化剂 减小 2的量 A B C D 解析 合成氨反应 N2(g) 3H2(g)高温、高压 催化剂 2g) H0 的特点为：正反应放热且气体体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选 C。 3 答案 C 6合成 2可由煤与 应制得，其中有一步反应为 CO(g) (g) H2(g) H0。欲提高 化率可采用的方法 可能有： 降低温度； 增大压强 使用催化剂 增大 增大水蒸气的浓度，其中正确的组合是 ( )。 A B C D 解析 该可逆反应的特点为： 正反应为放热反应； 反应前后气体体积不改变。结合勒夏特列原理可选出答案。 答案 C 7合成氨工业中，原料气 (有少量 进入合成塔之前，常用醋酸二氨合铜 () 溶液来吸收 反应为 u( u(正反应为放热反 应 )。 (1)必须除去 _。 (2)醋酸二氨合铜 () 溶液吸收原料气中 适宜条件是 _。 (3)吸收 的醋酸铜 () 氨溶液经适当处理又可再生，恢复其吸收 能力而循环使用，其再生的条件是 _。 解析 合成氨流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质，在合成 氨的过程中必须除去 为 使催化剂中毒。从吸收 化学方程式可得：吸收 反应是正反应为气体体积缩小的放热反应，因此为了使 最大可能被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动。要使醋酸二氨合铜 () 溶液再生，即使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。 答案 (1)防止 催化剂中毒 (2)高压、低温并于醋酸二氨合铜 () 溶液中加入较浓氨水 (3)低压、高温 考查点二 合成氨的生产过程及反应原理 8对于可逆反应 N2(g) 3(g) H0，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 解析 本题往往错选 C、 D，原因是对升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动的原因认 4 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。 答案 B 9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)3(g)， 673 K、 30 n( n(时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是 ( )。 A点 B点 C点 d(和点 e(处 n(一样 D其他条件不变， 773 n(上图中 解析 选项 A，在 着反应的进行，反应物浓度在减小，正反应速率在 降低，故 项 未达到化学平衡；选项 C 中， n(变，故 项 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(题图中 答案 D 10哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得 1918 年诺贝尔化学奖。现将氢气和氮气充入某密闭容器中，在一定条件下反应的有关数据为： 项目 2 始时 5 1 3 1 0 2 2 1 (1)氢气和氮气反应生成氨气 (在 2 的反应速率 v( _。若此时已达平衡，则可求得平衡常数为 _。 (2)下图表示合成 在下列达到化学平衡的时间段中，化学平衡常数最大的一段时间是 _。 5 若 说明合成 “ 大于 ”或 “ 小于 ”) 。 解析 (1)根据合成氨反应 3H2(g) (g)和表中数据，计算得 v( 1.5 1s 1，达到平衡时各物质的浓度分别为 n( 2 1， n( 2 1， n( 2 1，即可求出平衡常数为 (2)由图可知，从 逆反应速率大于正反应速率，说明平衡向左移动，化学平衡常数减小；从 衡不移动，平衡常数相等；从 反应速率减少，而逆反应速率减小的少，大于正反应速率，平衡向左移动，平衡常数减小，故化学平衡常数最大的一段是 升高温度，平衡向左移动，故正向是放热反应 H0。 答案 (1)1.5 1s 1 2) 小于 11 氨是重要的氮肥，是产量较大的化工产品之一。课本里介绍的合成氨技术称为哈伯法，是德国人哈伯在 1905 年发明的，其合成原理为： N2(g) 3H2(g) 2g) H 92.4 kJ 1 他因此获得了 1918年诺贝尔化学奖。试回答下列问题： (1)合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是 _。 A 采用较高压强 (20 50 B 采用 500 的高温 C 用铁触媒作催化剂 D 将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，剩余 2循环到合成塔 中，并补充 2 (2)下图是实验室模拟工业合成氨的简易装置，简述检验有氨气生成的方法： _。 6 (3)在 298 10 2和 30 2通入合成塔中，放出的热量小于 924 因是 _ _。 (4)1998年希腊亚里斯多德大学的 用高质子导电性 的 能 传递 H )，实现了高温、常压下高转化率的电化学合成氨。其 实验装置如下图，则其阴极的电极反应式为 _。 解析 (1)勒夏特列原理只解释平衡移动问题。 (2)根据氨 的性质进行检验。 (3) 合成氨的反应是可逆反应。 (4)根据合成氨反应中的氧化剂、电解池中阴极反 应特点及电解质成分进行分析。 答案 (1)2)用湿润的红色石蕊试纸放在管口处，若试纸变蓝则说明有氨气生成 (3)该反应是可逆反应， 10 2与 30 2不可能完全反应，所以放出的 热量小于 1092.4 924 4)6H 6e =22 四川有丰富的天然气资源，以天然气为原料合成尿素的主 要步骤如下图所示 (图中某些转化步骤及生成物未列出 )： 请填写下列空白： (1)已知 0.5 .5 t 、 p 全反应生成一氧 7 化碳和氢气 (合成气 )， 吸收了 a 反应的热化学方程式是： _。 (2)在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气 体中及时分离出来 ，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气 和氢气。请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由： _。 (3)当甲烷合成氨气的转化率为 75%时，以 0 7 _(假设体积均在标准状况下测定 ) (4)已知尿素的结构简式为 ，请写出两种含有碳氧双键的尿素 的同分异构体的结构简式： _； _。 解析 (1)0.5 a 1 a 量，热化学方程式为 g) g)=CO(g) 3H2(g) H 2a kJ 1。 (2)采用循环操作有利于增大反应物浓度，增大反应速率，提高转化率；减少 (3)由反应化学方程式可求转化关系 132V( 0 7 L75%2 0 7 L。 (4)可先写出 结构，再与其余基团连接。可写出异构体 和 C 。 答案 (1)g) g) =t p g) 3H2(g) H 2a 1 (2)增大氮气和氢气的浓度有利于增大反应速率；减小氨气的浓度、增大氮气和氢气的浓度均有利于平衡向正反应方向移动 (3)0 7 (4) N C O 考查点三 实验室合成氨 8 13如图所示 “ 合成氨 ” 的演示实验 (夹持仪器均已省略 )。在 22，另一侧用 和溶液 反应制取 2混合后通过还原铁粉来合成 将产生的气体通入酚酞试液中，若酚酞试液变红，则说明产生了氨气。 某课外活动小组通过查阅资料和多次实验，得到了如下信息： 信息一： = = 2= 2 = 23息二：查阅资料，不同体积比的 酚酞试液变红所需要的时间如下： 2的体积比 51 31 11 13 15 酚酞变红色所需时间 / 9 7 8 6 7 3 4 9 10 据此回答下列问题： (1)_。 (2) 铁 粉 撒 在 石 棉 绒 上 的 目 的 是 _ _。 (3)课外活动小组的同学们认为，该实验中即使酚酞变红也不能说明 2反应合成了出此结论的理由是 _。 请你另设计一个简单的实验验证你的理由 _。欲解决这一问题，可以选用下图中的 _装置连接在原装置中的 _和 _之间。 9 (4)在上述实验过程中，为尽快观察到酚酞试液变红的实验现象，应该控制 2的体积 比 为 _ 比 较 适 宜 ； 但 该 装 置 还 难 以 实 现 此 目 的 ， 原 因 是_。 (5)实验过程中通入试管 _。 解析 (1)根据 热，说明右侧管反应制取 侧管反应制取 (2)铁粉撒在石棉绒上的目的是增大与混合气体的接触面积，从而提高催化效率，增大反应速率。 (3)因为 以不能证明 2反应生成了 接将 试液变红，则理由成立，否则理由不成立。在 A、 除了 (4)由表可知 V( V( 13 时，反应最快，在 法控制气体的体积。 (5)气体成分中有生成的 时还有未反应的 答案 (1)2H = (2)增大混合气体与催化剂的接触面积，使反应进行得更快 (3)从分步反应可知，产生 可能直接产生氨气 将混合加热产生的气体直接通入酚酞试液，若试液变红，则说明理由成立；否则，说明理由不成立 A B (4)13 无法控制通入 2和 (5)H2 自然界中是如何将氮气转化成含氮化合物的？ 提示 雷雨放电时， 2生成氮的氧化物。豆类的根瘤菌吸收氮气生成含氮化合物。 工业上是用什么方法合成含氮化合物的？ 课题 2 人工固氮技术 合成氨 提示 N 2 3H 2 高温、高压 催化剂 2N H 3 。 1 2 1使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选 择合成氨的适宜条件。 2了解合成氨生产的一般流程和反应原理、反应条件等。 3介绍合成氨，体验化工生产的过程，体验实验室研究与 实际生产之间转化过程。 反应原理 用氢气和氮气合成氨的化学方程式为： _ _ 。 反应特点 合成氨反应是一个 _、 _ 、 _的反应。 笃学 一 合成氨的反应原理 1. 2 2逆 放热 气体分子总数减小 N 2 3H 2 高温、高压 催化剂 反应条件 工业上，合成氨的适宜条件为 _、 _ _、 _ 。 3 铁作催化剂 400 500 的 温度 10 30 合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤： _ _、 _、 _ _)。 氨的合成与分离 (1)氨的合成：将净化后的原料气经过压缩机加压送进 _，在适宜条件下充分反应制取氨。 (2)从合成塔出来的混合气体，其中氨气占总体积的 15%，要把混合气体通过 _使氨液化，再导入 _。 笃学二 合成氨的基本生产过程 1. 2 造气 (制备合 合成氨的原料气 净化 (原料气净化处理 ) 合成 (使原料 气进行化学反应合成氨 氨合成塔 冷凝器 液氨贮罐 通过闪电引发自然固氮的原理是什么？ 3=2业合成氨的生产设备中可以设计热交换器吗？ 【 慎思 1】 提示 N 2 O 2 = =放电 2N O 2N O O 2 = =2N O 2 【 慎思 2】 提示 在合成塔内的化学反应 N 2 3H 2高温、高压催化剂2 是放热反应，从合成塔中出来的 N 2 、 H 2 、 混合物还要进行冷却分离出 ，所以可以在生产流程的 分离处设置热交换器。 合成氨是一个可逆反应，所以在生产中要把生成的氨及时从混合气体中分离出来，并且不断地向循环气中补充氮气、氢气，这是为什么？ 提示 这样能减小平衡混合物中生成物的浓度，又能增大反应物的浓度，有利于平衡向生成氨的方向移动，以提高氨的产量。 【 慎思 3】 合成氨生产的要求 合成氨工业要求： 反应要有较大的反应速率； 要最大限度地提高平衡混合物中 合成氨条件的选择依据 运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。 要点一 | 合成氨适宜条件的选择 1 2 (1)浓度：因为增大反应物浓度，能提高反应速率和使平衡正向移动，故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。因此生产中常适当增加 (2)压强：无论从反应速率还是化学平衡考虑，压强越大越有利于合成氨。但压强太大，动力消耗大，设备的质量和制造水平要求高，故必须综合考虑。目前我国合成氨厂一般采用的压强在 10 30 3合成氨条件的理论分析 (3)温度：对于放热反应，升温可提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，综合考虑以 500 左右为宜。而且在此温度下催化剂活性最大。 (4)催化剂：加快反应速率但不影响平衡，可以提高单位时间内氨的产量。目前工业上多以铁触媒为催化剂。 对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是 ( )。 A都能提高反应速率，都对化学平衡无影响 B都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所 用的时间 C都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学 平衡状态有影响 D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而增大 压强无此作用 【 例 1】 答案 C 只有对反应前后气体体积相等的反应 如 H 2 (g ) I 2 (g) 2 g) ，使用催化剂和施以高压对化学反应速率和化学平衡的影响才一致。 解析 对化学反应 N 2 3H 2 2 ，催化剂只能提高反应速率使反应达到平衡状态所用的时间缩短，不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成 的反应方向移动。 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 论上应采取的措施是_。实际生产中采取的措施是_。 (2)在合成氨的工业生产中，要分离出氨，目的是_；而合成 则不需要分离出 因是 _。 【 体验 1】 已知： N 2 (g ) 3H 2 (g) 2N H 3 (g)( 正反应为放热反应 ) ， 2 g) O 2 (g) 2 (g )( 正反应为放热反应 ) 。 解析 工业上合成 因是在常压下该反应向生成 用高压虽能使平衡向生成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。 答案 (1)适当温度、高压、催化剂 合成氨：适当温度、高压、催化剂；合成 当温度、常压、催化剂 (2)减小生成物的浓度，使平衡向生成 该反应向生成 到平衡后 不需要分离 1)物理方法：使空气先液化，后蒸发。 化学方法：先让空气与碳作用，然后除去 要点二 | 合成氨的生产过程 1合成氨原料气的
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