2017-2018学年高中化学课时跟踪训练二人工固氮技术--合成氨新人教版选修2

2017-2018学年高中化学课时跟踪训练二人工固氮技术--合成氨新人教版选修2课时跟踪训练(二) 人工固氮技术——合成氨一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)1．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2．工业上用氢气和氮气合成氨，氢气的主要来源是( )A．水和碳氢化合物B．电解水C．锌和稀硫酸反应D．液化空气3．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4．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( )①减压②加压③升温④降温⑤及时从平衡混合气中分离出NH3⑥补充N2或H2⑦加催化剂⑧减小N2或H2的量A．①④⑤⑦B．③⑤⑧C．②⑥D．②③⑥⑦5．下列有关催化剂的性质、作用的说法正确的是( )A．合成氨反应若不使用催化剂，该反应就不能进行B．反应前后催化剂的质量不改变，但化学性质要改变7．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%8．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，只有增大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9．一定条件下，合成氨气反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0%，与反应前的体积相比，反应后体积缩小的百分率是( )A．16.7% B．20.0%C．80.0% D．83.3%10．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，逆反应速率减小二、非选择题(本题包括4小题，共50分)11．(12分)工业上合成氨的化学反应为N2(g)＋3H2(g)一定条件2NH3(g) (正反应为放热反应)。

(1)使用铁触媒催化剂是为了_________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________。

(2)通常采用1×107～3×107 Pa的压强，原因是____________________________________________________________________ ___________________________________。

(3)选择500 ℃左右的温度进行反应，是由于_______________________________________________________________________ ___________________________________。

(4)将生成的氨及时从混合气中分离出来，原因是___________________________________________________________________ ___________________________________。

12．(12分)合成氨工业中，原料气(N2、H2，混有少量CO、NH3)在进入合成塔之前，常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收CO，其化学反应为：CH3COO[Cu(NH3)2]＋CO＋NH3CH3COO[Cu(NH3)3]·CO (正反应为放热反应)。

(1)必须除去CO的原因是_________________________________________ _________。

(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收原料气中CO 的适宜条件是________________________。

(3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力而循环使用，其再生的条件是________________________。

13．(12分)已知工业合成氨的化学反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) (放热反应)。

(1)化工生产条件选定的主要原因是(选填字母序号)________。

A．温度、压强对化学平衡的影响B．铁触媒在该温度时活性大C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制(2)改变反应条件，会使平衡发生移动。

如下图像表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。

当横坐标为压强时，变化趋势正确的是(选填字母序号)________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是(选填字母序号)________。

(3)当甲烷制氢气合成氨气时，甲烷的转化率为75%时，以5.6×107L甲烷为原料能够合成________L氨气(假设气体体积均在标准状况下测定)。

14．(14分)为了在实验室中利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下装置(图中夹持装置均已略去)。

[实验操作] ①检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。

在A中加入锌粒，向长颈漏斗中注入一定量稀硫酸。

打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气产生。

在F出口处收集氢气并检验其纯度。

②关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如图所示。

氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。

③用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。

回答下列问题：(1)检验氢气纯度的目的是_________________________________________ _______。

(2)C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是________，防止了实验装置中压强过大。

此时再打开弹簧夹b的原因是_____________________________________，C瓶内气体的成分是__________________。

(3)在步骤③中，先加热铁触媒的原因是_______________________________________ _____________________________________ ___________________________________。

反应管E中发生反应的化学方程式是________________________________________ _____________________________________ ___________________________________。

答案1．选D 合成氨工业上采用循环压缩，将未反应的N2、H2重新压缩到合成塔中，提高了N2、H2的利用率。

2．选A B、C项生产H2成本太高，不符合实际，D项液化空气得N2；A项正确。

3．选D 工业合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol －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A或B。

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。

4．选C合成氨反应N2(g)＋3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g) ΔH<0的特点为：可逆、放热、气体分子总数减小。

要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选C。

5．选D 反应前后催化剂的质量和化学性质都没有改变，催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率。

6．选B 反应物和生成物浓度是否相等与反应是否达到平衡状态无关，A不正确；升高温度，不论放热反应还是吸热反应的反应速率都加快，C不正确；催化剂可以同等程度地改变正逆反应的反应速率，D不正确。

7．选A 设混合气体的体积为100 L，反应掉N2的体积为x。

N2＋3H22NH3开始22 L 78 L 0平衡 22 L －x 78 L －3x 2x由题意：22 L －x ＋78 L －3x ＋2x 22 L ＋78 L＝95%解得x ＝2.5 Lα(N 2)＝2.5 L 22 L×100%＝11.4%。

8．选C 对化学反应N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g)，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。

施以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NH 3的反应方向移动。

9．选A 设达到平衡后混合气体的体积为1L ，则其中生成的氨气的体积为1 L ×20.0%＝0.2 L 。

则根据反应的化学方程式有：N 2＋3H 22NH 3 ΔV1 32 20.2 L 0.2 L所以平衡前混合气体的体积为1 L ＋0.2 L ＝1.2 L ，因此反应后气体体积缩小率为0.2 L 1.2 L×100%＝16.7%。

10．选C 达到平衡后，加入N 2平衡向正反应方向移动，NH 3的浓度增大了，而H 2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NH 3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H 2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。

11．解析：工业合成氨使用铁触媒是为了提高化学反应速率；采用1×107～3×107 Pa的压强一方面是为了提高反应速率，同时也可以增大反应物的转化率，但更高的压强则受到设备的限制；选择500 ℃左右的温度，一方面是为了提高反应速率，更主要的是因为催化剂的活性在此温度时最大；将生成的氨液化后分离出来可使平衡向右移动，反应物的转化率能大大提高。