高中化学第一单元走进化学工业1.2人工固氮技术-合成氨同步配套练习新人教版选修2

PAGEPAGE1课题2人工固氮技术——合成氨课时过关·能力提升1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,用于建造氨合成塔解析：根据平衡移动原理可知,低温有利于氨的合成。答案：B21913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是()A.①②③ B.②④⑤ C.①③⑤ D.②③④解析：合成氨反应为气体分子总数减小的放热反应,操作①是为了除去杂质,防止催化剂中毒;②增大压强,有利于该反应向右进行,能够提高原料转化率;③催化剂只能加快反应,不影响化学平衡,故不能提高原料转化率;④将产物NH3液化分离和⑤循环操作,均能使原料被更充分地利用,提高原料的转化率。答案：B3合成氨工业上采用循环操作,主要是为了()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的利用率解析：合成氨工业采用循环压缩,将N2、H2压缩到合成塔中,提高了N2、H2的利用率。答案：D4合成氨生产过程采取的措施与化学平衡移动原理无关的是()A.选择适当的温度B.增大体系压强C.使用铁触媒作催化剂D.不断分离液氨解析：催化剂只能改变反应速率,对平衡移动无影响。答案：C5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%,所以生产氨的工厂效率都很低B.由于氨易液化,N2和H2在实际生产中循环使用,所以总体来说,氨的产率很高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10~30MPa,因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NH3只占15%,但由于原料气N2和H2循环使用和不断分离出液氨,所以生产NH3的效率还是很高的,A项错误;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,C项错误;增大压强有利于NH3的合成,但压强越大,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1×107~3×107Pa,但这并不是因为该压强下铁触媒的活性最大,D项错误。答案：B6实验室合成氨装置如右图所示,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:①干燥气体;②观察气体逸出速率便于控制比例;③使气体混合均匀。答案：B7合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨需要在10~30MPa的高压和500℃的高温下,并用铁作为催化剂,氨的转化率为10%~15%;最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为trans-Fe(DMeOPrPE)2Cl2的催化剂,在常温下合成了氨。下列有关说法中错误的是()A.哈伯法合成氨是吸热反应,新法合成氨是放热反应B.新合成法和哈伯法相比不需要在高温条件下,可节约大量能源C.新合成法能在常温下进行也需要断裂化学键D.新的催化剂降低了反应所需要的能量10德国化学家哈伯是一个倍受争议的人。诅咒哈伯的人说:他是魔鬼,给人类带来灾难、痛苦和死亡——因为是他第一个将毒气应用于战争。赞扬哈伯的人说:他是天使,为人类带来丰收和喜悦,是用空气制造面包的圣人——因为他是合成氨工业的奠基人。请回答下列各题。(1)哈伯是合成氨工业的奠基人,为什么就说他是用空气制造面包的圣人:。

(2)氮的固定主要有三种形式:、和。

(3)合成氨过程中主要解决三个技术问题。①条件的控制。从合成氨所需的反应条件看,高压和低温有利于反应物转化率的提高,而在工业上选择10~30MPa的较高压强和500℃的温度来进行反应。工业上采用500℃的温度来进行反应,可用以下三条理由来解读:a.若温度太高,从温度对化学反应平衡影响的角度说;b.若温度太低,从温度对化学反应速率影响的角度说;

c.500℃,。

②原料气的制备。氮气的制备,目前采取的方法是。工业上利用甲烷经两次转化生产氢气,其方案如图所示:

写出一次转化和二次转化的化学方程式:(不必写反应条件);。

若一次转化和二次转化的转化率均为90%,则nmol甲烷能产生H2mol。

③工艺流程的设计。该技术主要解决的问题是。采取的操作是。

解析：(3)②由第一次转化的化学方程式CH4+H2O(g)CO+3H2,nmol甲烷产生H23n×90%mol=2.7nmol;由两次转化得关系式:CH4→CO→H2,即第二次转化产生H2n×90%×90%=0.81nmol;故共产生H22.7nmol+0.81nmol=3.51nmol。答案：(1)氨气可制氮肥,大幅度提高了农作物产量(或其他合理说法也可)(2)豆科植物的根瘤菌固氮雷雨作用固氮工业合成氨(或人工固氮)(3)①平衡混合物中氨的含量太低化学反应速率太小催化剂活性较大②压缩空气分离法CH4+H2O(g)CO+3H2CO+H2O(g)CO2+H23.51n③提高原料的利用率循环操作11某企业生产氨气的流程如下:请回答下列问题:(1)操作①的名称是,操作④的名称为。

(2)写出②的化学方程式。

(3)合成塔出来的高温高压气体中仅含体积分数为25%的氨气,从混合气中分离出氨气的操作是,分离出的氮气和氢气则重新回到合成塔中。

(4)检验合成塔中出来的气体中含有氨气的方法是。

(5)下列属于氮的固定的是。

A.由氮气合成氨B.由氨制氯化铵C.雷雨天气由氮气得硝酸盐D.碳酸氢铵受热分解答案：(1)干馏蒸馏(2)C+H2O(g)CO+H2(3)压缩液化(4)将湿润的红色石蕊试纸置于气体中,若试纸变蓝,则说明含有NH3(5)AC12某化学学习小组决定在实验室模拟工业生产原理制备少量氨气,设计了如下实验。①连接好装置并检查实验装置的气密性后,制备少量氢气并检验氢气纯度;②用氢气将空气中的氧气消耗掉,得到氢气与氮气的混合气体;③用铁触媒催化使氢气与氮气反应生成氨气;④检验氨气的生成。(1)检验氢气纯度的目的是;

(2)上述各装置的接口正确的连接顺序为;

(3)操作②时,弹簧夹a、b、c的开、关情况为,如何判断氧气已经完全被消耗掉;

(4)在步骤③中,先加热铁触媒,后通混合气体的原因是,反应管D中发生反应的化学方程式是;

(5)若有氨气生成,现象为;

(6)该装置(填“有”或“无”)缺点,若填有,改进措施为。

解析：点燃易燃气体时,若气体中混有空气(氧气),点燃会发生爆炸,故点燃之前一定要检验纯度;根据实验步骤的先后,可确定各装置的接口顺序为①⑤④②③⑥;用氢气将空气中的氧气消耗掉时,应该关闭弹簧夹b、c,打开a;在C中点燃氢气,当火焰熄灭时,则氧气被消耗掉;由于铁触媒有一定的活性温度要求,故先加热铁触媒,再通混合气体;若产生氨气,溶于水显碱性,会使E中溶液变红;为防止催化剂中毒,应该在反应前把氢气与氮气的混合气体干燥,另外氨气是一种污染性气体,不能直接排入大气中,应该设有尾气处理装置。答案：(1)防止因氢气不纯而发生爆炸(2)①⑤④②③⑥(3)关闭弹簧夹b、c,打开a氢气在C瓶内燃烧,火焰熄灭时,证明氧气完全被消耗掉(4)铁触媒在较高温度时活性增大,加快合成氨的反应速率N2+3H22NH3(5)E中溶液变红(6)有氢气与氮气的混合气体应该先通过干燥装置,再通入反应装置,⑦后连接一个吸收氨气的装置★13如图是工业生产硝酸的流程:合成塔中内置铁触媒,氧化炉中内置Pt-Rh合金网,其合成原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1。请回答下列问题:(1)1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨。2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程,示意如下:、、分别表示N2、H2、NH3。图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面,图②和图③的含义分别是。

(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:。

(3)在298K时,将10mol