高中化学第1单元走进化学工业课题2人工固氮技术_合成氨学业分层测评新人教版选修

1 / 8 人工固氮技术-合成氨 (建议用时：45分钟) [学业达标] 1．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】 C 2．用焦炭、空气、水为原料制备NH3的有关反应的化学方程式：

①C＋H2O(g)===CO＋H2 ②CO＋H2O(g)===CO2＋H2 ③N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3 参加反应的焦炭与氨气之间的物质的量之比约为( ) A．3∶4 B．3∶2 C．2∶3 D．1∶2 【解析】 此题应采用关系式来求解。由反应①②可得C～2H2，由③可得，3H2～2NH3，故：3C～6H2～4NH3，n(C)∶n(NH3)＝3∶4。 【答案】 A 3．1913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，能够提高转化率；③催化剂只能加快反应速率，不影响化学平衡，故不能提高转化率；④将产物NH3液化分离和⑤循环操作，均能使原料更充分地利用，提高原料的转化率。 【答案】 B 4．下图是合成氨的简易流程示意图，沿X路线回去的物质是( ) 2 / 8

A．N2、H2 B．催化剂 C．N2 D．H2 【解析】 从合成塔中出来的混合气体经冷凝分离出液氨后剩下N2、H2，可以继续参与氨的合成。 【答案】 A 5．合成氨反应达到平衡时NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是( )

A．提高分离技术 B．研制耐高压的合成塔 C．研制低温催化剂 D．探索不用N2和H2合成氨的新途径 【解析】 由图可知：φ(NH3)随着温度的升高而显著下降，故要提高φ(NH3)，必须降低温度，但目前所用催化剂活性最大时的温度为400～500 ℃。故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。 【答案】 C 6．在某合成氨厂合成氨的反应中，测得合成塔入口处气体N2、H2、NH3的体积比为6∶18∶1，出口处气体N2、H2、NH3的体积比为9∶27∶8，则氮气的转化率为( ) A．75% B．50% C．25% D．20% 【解析】 设起始物质的量分别是6 mol、18 mol、1 mol

N2 ＋ 3H2高温、高压催化剂2NH3 起始 6 18 1 转化 x 3x 2x 平衡 6－x 18－3x 1＋2x 3 / 8

据题意6－x1＋2x＝98 x＝32

故N2的转化率为326×100%＝25% 【答案】 C 7．实验室合成氨装置如下图所示，则以下说法中错误的是( ) 【导学号：64570005】

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、NH3 D．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】 B 8．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10～30 MPa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)2的催化剂，在常温下合成出氨。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．新法合成和哈伯法相比不需要在高温条件下，可节约大量能源 C．新法合成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 【解析】 吸热反应和放热反应是由反应物和生成物所具有的能量的相对大小决定的，与反应的条件无关，所以A项错误。根据题意可判断利用催化剂降低了反应所需能量，所以反应在常温下可以进行，可节约大量能源，其他选项正确。 【答案】 A 4 / 8

9．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正确的是( ) A．达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，H2的浓度比原平衡也大 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应的速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器的体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，逆反应速率减小 【解析】 达到平衡后，加入N2平衡向正反应方向移动，NH3的浓度增大了，而H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。 【答案】 C 10．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，下列研究目的和示意图相符的是( ) A B C D

研究目的 压强对反应的影响(p2>p1) 温度对反应的影响 平衡体系增加N2的浓度对反应的影响

催化剂对反应的

影响

示意图 【解析】 ①根据到达平衡时间长短判断反应速率大小。 ②根据转化率大小以及正逆反应速率关系判断平衡移动方向。 【答案】 C [能力提升] 11．某企业生产氨气的流程如下：

请回答下列问题： 5 / 8

(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 【解析】 本题考查化学学科的基本实验操作及基础化学知识，主要是识记知识，难度不大。 【答案】 (1)干馏 蒸馏 (2)C＋H2O(g)高温,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)AC 12．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 / 8

(6)该装置________(填“有”或“无”)缺点，若有，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；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＋3H2铁触媒△2NH3 (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．下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。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：