课题2　人工固氮技术──合成氨.docx

合成氨的基本生产过程和合成氨工业的发展1.在一定条件下,进入氨合成塔的混合气体中氮气的体积占22%,氢气的体积占78%,经合成反应达到平衡后,在相同温度和压强下,气体体积缩小至原体积的95%,氮气的转化率接近于()A.11.5%B.10.5%C.9.75%D.13.2%解析:设混合气体为100 L,反应掉N2的体积为x。N2+3H22NH3开始(L)22780平衡(L)22-x78-3x2x由题意:=95%解得x=2.5 L(N2)=100%=11.4%。答案:A2.在N2+3H22NH3的反应中,经过一段时间后,NH3的浓度增加了0.6 molL-1。在此时间内用H2表示的平均速率为0.45 mol(Ls)-1,则这段时间是()A.1 sB.2 sC.0.44 sD.1.33 s解析:由反应方程式知,当NH3的浓度增加了0.6 molL-1时,H2的浓度减少了0.9 molL-1,再运用速率公式可得时间。答案:B3.工业合成氨时将N2和H2按体积比13通入合成塔中,在不同条件下达到平衡时,混合物中NH3的含量(体积分数)如下表:压强/MPa(NH3)/%温度/0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4试分析上表所提供的数据,判断下列说法一定正确的是()A.无论其他条件如何改变,只要增大压强就能提高NH3在平衡混合物中的含量B.无论其他条件如何改变,只要升高温度就有利于提高N2的转化率C.无论其他条件如何改变,只要降低温度就能提高NH3在平衡混合物中的含量D.由上表数据可知,NH3的合成是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应解析:由题目中所给数据可知,若温度最低,压强最大,则转化率最高。当温度不变时,压强越大,氨气的含量越高,可知此反应气体总体积缩小;当压强相等时,温度越低,氨气的含量越高,所以确定正反应为放热反应。答案:D4.反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如下图,则氨的百分含量最高的一段时间是()A.t0t1B.t2t3C.t3t4D.t5t6解析:t1时刻,改变条件,平衡逆向移动,t3改变条件,平衡不移动,t4改变条件,平衡逆向移动,所以t0t1时刻NH3的百分含量最高。答案:A5.合成氨所需的原料是()水空气焦炭铁触媒A.B.C.D.解析:铁触媒是合成氨的催化剂,不属于原料。答案:C6.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NH3的新来源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生产效率。答案:C7.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、NH3D.检验产物可用湿润的红色石蕊试纸或浓盐酸等解析:装置甲的作用有三点:干燥气体;观察气体逸出速率便于控制反应物间的比例;使气体混合均匀。答案:B8.工业上用氢气和氮气合成氨,氢气的主要来源是()A.水和燃料B.电解水C.锌和稀硫酸D.液化空气解析:电解水需消耗大量的电能;Zn和H2SO4制H2造价太高;液化空气得不到H2。答案:A9.工业合成氨是在一定条件下进行的可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。其部分工艺流程如下:请回答下列问题:(1)第步除需要催化剂这个条件外,还需要的条件是。(2)第步操作中的原料气的“净化”目的是,第步操作中的目的是。(3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分离物质的方法的原理类似于下列哪种方法?(填编号)。a.过滤b.蒸馏c.分液d.萃取你作出这个判断的理由是。(4)可以用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气,如果漏气则会有白烟生成。该反应的化学方程式为。解析:(2)原料气中往往含有使催化剂中毒的物质,所以在进行原料气的反应前,需要除掉其中的杂质;工业合成氨反应后的混合气体中既有氨气,也有未反应的氢气、氮气,所以为了提高原料气的利用率,将未反应的原料气进行重新利用,这样可以提高经济效益。(3)降低温度,氨变为液态,从而进行分离,所以与工业上利用的蒸馏类似,都是通过改变温度,使物质的状态发生变化而分离。(4)2NH3+3Cl2N2+6HCl,生成的HCl又与NH3反应生成NH4Cl小颗粒白烟产生。答案:(1)高温、高压(2)防止催化剂中毒提高原料利用率(或提高经济效益等)(3)b通过温度的改变而改变物质的状态,达到分离的目的(4)8NH3+3Cl26NH4Cl+N210.利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下:依据上述流程,完成下列填空:(1)天然气脱硫时的化学方程式是。(2)n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol,产生H2 mol。(用含n的代数式表示)(3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行,加压的理论依据是。(填编号)A.相似相溶原理B.勒夏特列原理C.酸碱中和原理(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于(写出CO2的一种重要用途)。(5)整个流程有三处循环,一是Fe(OH)3循环,二是K2CO3(aq)循环,请在上述流程图中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。解析:(1)流程图中已给出反应物是H2S和Fe(OH)3,生成物是Fe2S3和H2O,CH4没有参与反应,写出化学方程式再配平即可。(2)写出此反应的化学方程式:CH4+H2OCO+3H2,就很容易地看出产生H2应为30.9n=2.7n mol。(3)CO2为气体,加压有利于平衡右移,利用的是勒夏特列原理。(4)此题考查了考生对CO2用途的记忆,写任一种用途即可。(5)合成氨反应是一可逆反应,H2和N2的转化率低,必须循环利用。答案:(1)3H2S+2Fe(OH)3Fe2S3+6H2O(2)2.7n(3)B(4)生产纯碱(或作制冷剂等,其他合理答案也可以)(5)11.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(化学方程式未配平),假设反应都能进行,你认为最合理的是()A.C3H8C+H2B.C3H8C3H6+H2C.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 molB.6.7 molC.10 molD.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