课题2　人工固氮技术──合成氨

人工固氮技术合成氨习题1. 下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 （ ）A.使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨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2.合成氨时，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率增快，可采取的办法是 ()A.补充N2 B.升高温度 C.减小压强 D.分离出NH33在一定条件下，使SO2和O2在一密闭容器中进行反应，下列说法中正确的是 （ ）A.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，最后二者相等B.随着反应的进行，正反应速率由最大变为零，逆反应速率由零变为最大C.从反应开始到建立平衡的过程中，正反应的最小速率等于逆反应的最大速率D.达到平衡时，正反应速率和逆反应速率均为零4 在一定条件下，合成氨反应达到平衡，此时，再进行如下操作，平衡不发生移动的是 （ ）A.恒温、恒压时充入NH3 B.恒温、恒容时充入N2C.恒温、恒压时充入He D.恒温、恒容时充入He5温度不变，恒压容器A与恒容容器B中，分别充入体积比为13的N2和H2。若开始时两容器的体积相等，且在相同条件下达到平衡时，两容器中N2的转化率应当是 （ ）A.A中大 B.B中大 C.A、B中一样大 D.无法判断 6 在恒温恒压的条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中的NH3的体积分数为25%。则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是 （ ）A. B. C. D.7下列是合成氨的简要流程示意图：沿x路线回去的物质是()A.N2和H2B.催化剂 C.NH3D.H28对于已达到平衡的可逆反应2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）（正反应为放热反应），指出下列条件变化中，能引起如图1-6所示的变化的是 （ ）图1-6A.增大压强 B.升高温度 C.增大O2浓度 D.减小SO3浓度 9在密闭容器中，将一定量的NH3加热使其发生分解反应2NH3（g）N2（g）+3H2（g），当达到平衡时，测得有25%的NH3分解，此时，容器内的压强是原来的 （ ）A.1.125倍 B.1.25倍 C.1.375倍 D.1.50倍10已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)；H0，2SO2(g)+O22SO3(g)；H0，回答下列问题：(1)从影响速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应采取的措施是_，实际生产中采取的措施分别是_。(2)在实际生产的合成氨过程中，要分离出NH3，目的是_；而合成SO3过程中，不需要分离出SO3，原因是_。11.利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下，依据流程图，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CO0.9n mol 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_。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)。12工业上合成氨的主要生产过程有：(1)原料气的制备、净化和压缩。氮气来源于_，氢气来源于_，净化原料气的原因是_。(2)氨的合成。在_中进行，反应的最佳条件是_。(3)氨的分离。如将N2、H2按体积比13进入合成塔，从合成塔出来的混合气中通常约含体积分数为15%左右的氨，则出来的混合气体中含H2的体积分数为_，N2的体积分数为_。13 平均相对分子质量是H2的4.25倍的N2和H2的混合气体，在恒温恒压下进行反应，达到平衡时，混合气体密度增大了1/4，求N2的转化率。参考答案1.解析：合成氨的反应是一个气体体积缩小的放热反应，加压能使平衡向生成氨的方向移动；升温虽不利于提高平衡时氨的含量，但能使催化剂活性增大，提高反应速率，综合各种因素看，适当的高温对合成氨反应是有利的；使用铁触媒能同等程度地加快正、逆反应速率，由于正、逆反应速率仍然保持相等，所以它不会破坏活性平衡状态，平衡不发生移动，只能缩短到达合成氨平衡时的时间；合成氨采用循环操作，可以提高原料的利用率，但并没有涉及化学平衡移动。所以，能够用平衡移动原理解释的只有B选项。答案：B2.解析：补充N2既能加快反应速率，又能促进平衡向右移动。答案：A3.解析本题易错选C，主要是同学们容易仅仅从字面上认为压强不变，则平衡不移动，而忽略了压强使平衡发生移动的实质仍然是通过改变气体的浓度来实现的。答案 AC4解析：该题需应用勒夏特列原理对题给选项进行分析。A选项，充入NH3增加生成物浓度，会使平衡向逆反应方向移动，同时保持恒压，则容积必定要扩大，同样也会使平衡向逆反应方向移动；B选项，恒温恒容充入N2，反应物浓度增大，会使平衡向正反应方向移动；C选项，充入He不参加化学反应，但由于要保持恒压状态，则容积也必定要扩大，相当于减小压强，会使平衡向逆反应方向移动；D选项，保持恒温恒容充入He，尽管总压强增大，但由于容积不变，平衡体系中各组分的浓度并没有发生变化，所以平衡不会发生移动。所以不选A、B、C。答案：D5解析：根据反应前混合气体的平均相对分子质量可求出加入N2、H2的体积比，根据达到平衡前后气体密度的变化可求出N2的转化率。答案： A6解析：在恒温恒压的条件下，气体的体积比就等于其物质的量之比。可根据题意中的已知条件，设未知数找出对应关系列出方程。解：设起始时H2为a mol，N2为b mol，平衡时NH3为 x mol。 3H2+N22NH3起始时物质的量（mol） a b 0变化的物质的量（mol） x平衡后物质的量（mol）a- b- x则：=25%化简得：=答案：A7解析：反应混合气经过合成塔发生反应：N2+3H22NH3，成分变为N2、H2、NH3，经冷凝，NH3液化，N2、H2沸点很低，仍未液化，故再送入压缩机，循环使用，提高原料利用率，故选A项。答案：A8解析：本题是一道简单的计算题，关键是根据题意列出方程，但必须注意，题目并未规定n（H2）n（N2）=31，且反应是可逆的。否则就会导致错选D。把生成物物质的量设成未知数，根据题意中的已知条件列出方程，即可求解。 答案：C9答案： B10答案：（1）高温、高压、催化剂合成氨：高温、高压、催化剂； 合成SO3：高温、常压、催化剂 （2）减少生成物浓度，使平衡向生成氨的方向移动该反应向生成SO3的方向进行的程度大，达到平衡后SO2余量较少，故不需要分离SO311.解析：（2）一次转化所发生的反应是CH4+H2O=CO+3H2，参加反应的CH4为0.9n mol，生成H2为30.9n mol=2.7n mol.（3）K2CO3（aq）+CO2（g）+H2O=（l）2KHCO3（aq），这是气体体积缩小的反应，根据勒夏特列原理，增大压强有利于KHCO3的生成。（5）N2、H2经合成塔合成氨后，还有大量的N2、H2未参加合成，所以除NH3后的N2、H2重新回到合成塔，再进行合成氨反应。答案：（1）3H2S+2Fe（OH）3=Fe2S3+6H2O（2）2.7n（3）b（4）生产纯碱（或作制冷剂等）（5）12解析：(3)设起始N2、H2的体积分别为1、3，反应中转化的N2的体积为x，则：N2+ 3H22NH3起始体积130平衡体积1-x 3-3x 2x依题意：100%=15%，解得：x= 故(H2)=100%=63.75%(N2)=1-(H2)-(NH3)=21.25%答案：（1）空气水和燃料防止催化剂中毒（2）合成塔压强1030 MPa，温度400500 左右，铁触媒作催化剂（3）63.75%21.25%13解析：N2和H2混合气体的平均相对分子质量为8.5，根据十字交叉法：可判