高中高三化学二轮复习实验题必练-工业合成氨(答案解析)

【精品】高三化学二轮复习实验题必练-工业合成氨 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、原理综合题1．天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。

I.(1)已知：一定条件下23Fe O 可被甲烷还原“纳米级”的金属铁。

其反应为： ()()()()()2342Fe O s 3CH g 2Fe s 3CO g 6H g H +++①此反应的化学平衡常数表达式为______②在容积均为VL 的I 、II 、III 三个相同密闭容器中加入足量23Fe O ，然后分别充入amol 4CH ，三个容器的反应温度分别为1T 、2T 、3T 且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min 时4CH 的体积分数如图1所示，此时I 、II 、III 三个容器中一定处于化学平衡状态的是______；上述反应的H ______0(填“大于”或“小于”)，该反应在______(填“高温”、“低温”或“任意温度”)下可自发进行。

II.利用天然气为原料的一种工业合成氨简式流程图如图2：(1)步骤Ⅱ中制氢气的原理如下：Ⅰ()()()()422.CH g H O g CO g 3H g ++；1K Ⅱ()()()()222.CO g H O g CO g H g ++；2K①对于反应Ⅰ，在一定温度下的恒容容器中，表示其已达到最大化学反应限度的叙述正确的是______。

A ．单位时间内 1mol 4CH 消耗，同时有 3mol 2H 生成；B ．4CH 、2H O 、CO 的物质的量浓度相等；C ．混合气体的密度不再改变；D ．混合气体的压强不再改变。

②则反应 ()()()()4222CH g 2H O g CO g 4H g ++；K =______ (用含 1K 、2K 的代数式表示)。

(2)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，反应原理为：()()()1223N g 3H g 2NH g H 92.4kJ mol .-+=-⋅在容积为 10L 的密闭容器中进行，起始时充入 0.2mol 2N 、0.6mol 2H .反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图3所示。

①实验 a 从开始至平衡时的反应速率 ()2v H =______；实验 c 中 2N 的平衡转化率 c α 为______。

②与实验 a 相比，其他两组改变的实验条件是：b______，c______。

③M 点的逆反应速率v 逆______ N 点的正反应速率v (正填“>”、“<”或“=”)；N 点时再加入一定量3NH ，平衡后2H 的体积分数______ (填“增大”、“减小”或“不变”)。

2．水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可或缺的物质，水质优劣直接影响人体健康。

海水是人类资源宝库，若把海水淡化和化工生产结合起来，既可解决淡水资源缺乏的问题，又可充分利用海洋资源。

(1)天然水净化处理过程中需要加入混凝剂，常用的混凝剂有明矾、硫酸铝、硫酸铁等，其净水作用的原理是 ______。

(2)水的净化与软化的区别是：水的净化是指 ______ ，而水的软化是指 ______。

(3)目前，国际上实用的“海水淡化”主要技术之一是电渗析法，图是利用电渗析法对海水进行淡化处理的原理图。

已知海水中含Na +、Cl -、2Ca +、2Mg+、24SO -等离子，电极为惰性电极。

①阳离子交换膜(只允许阳离子通过)是 ______ (填“A ”或“B ”)。

②写出通电后阳极区的电极反应式 ______ 。

(4)海水除了可以得到淡化水之外，还可提取多种化工原料．由海水制备无水氯化镁主要有以下步骤：在一定条件下脱水干燥；加熟石灰；加盐酸；过滤；浓缩结晶。

其先后顺序正确的是 ______ (填序号)。

(5)海水电解制得的氢气用于合成氨，某合成氨厂生产流程图如图：①第(1)个设备中先把2N 和2H 压缩的目的是 ______ 。

②在第(3)个设备中用冷却方法分离出 ______ ，其目的是 ______ 。

3．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要意义，对于密闭容器中的反应：()()()223N g 3H g 2NH g Q ++(1)写出该反应的逆反应的化学平衡常数表达式______，升高温度，该反应化学反应速率______，氢气的转化率______(以上均填“增大”、“减小”或“不变”)。

实际生产中温度一般控制在500℃，原因是______。

(2)能表示该反应在恒温恒容密闭容器中1t 时刻后已经达到平衡状态的图示是______。

(3)浓度10.1mol L -⋅的氨水，pH 为11.当用蒸馏水稀释100倍时，则32NH H O ⋅的电离平衡将向______方向移动(填“正”或“逆”)，溶液的pH 将为______9(“大于”“小于”“等于”)。

设计一个简单实验，证明一水合氨是弱碱：______。

某化学兴趣小组进行了下列关于氯化铵的课外实验：（实验操作）浸过氯化钠溶液的布条很快烧光，浸过氯化铵溶液的布条不燃烧，冒出白烟。

(4)氯化铵饱和溶液中离子浓度由大到小的顺序是______。

白烟的成分是______。

(5)请推测浸过氯化铵溶液的布条不燃烧、不易着火的主要原因(写出一条即可)______ 4．工业上制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题：（1）在上述工业制硝酸的生产中，B设备的名称是_____________，其中发生反应的化学方程式为________________________________________________。

（2）此生产过程中，N2与H2合成NH3所用的催化剂是______________。

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，示意图如下：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________________、____________________。

（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是_____________________；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是______________________________。

（4）生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，可用如下两种方法处理：碱液吸收法：NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2ONH3还原法：8NH3+6NO27N2+12H2O（NO也有类似的反应）以上两种方法中，符合绿色化学的是________________________________。

（5）某化肥厂用NH3制备NH4NO3。

已知：由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%，则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量（不考虑其它损耗）的________%。

5．合成氨工业中的原料气制取与净化是重要的环节。

(1)已知有关反应的能量变化如图1：写出()4CH g 与()2H O g 反应制取()CO g 和()2H g 的热化学方程式：______。

(2)“42CH CO -催化重整法”制氢气：()()()()422CH g CO g =2CO g 2H g ++催化剂高温，H 不仅可以得到合成气(CO 和2H )，还对温室气体的减排具有重要意义。

上述反应中相关的化学键键能数据如表所示。

①根据键能计算，该反应的H =______1kJ mol -⋅。

()CO②按一定体积比加入4CH 和2CO ，在恒压下发生反应，温度对CO 和2H 产率的影响如图2所示。

实际生产中此反应优选温度为900℃，原因是______。

③某温度下，将41molCH 、22molCO 以及催化剂进行加入2L 容器中，达到平衡时()4αCH 50%=，平衡常数K =______22mol L -⋅。

(3)合成气在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收其中的CO 杂质，其反应是：()()3233333Cu(NH )CH COO CO NH Cu(NH )CH COO CO H 0++⋅<，必须除去原料气中CO 的原因是______。

醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO 的生产适宜条件应是______(填序号)。

A .高温高压B .高温低压C .低温高压D .低温低压6．氨气是一种重要的化工产品，在生产和科研中应用广泛，氢气是工业合成氨的原料之一，工业上制取氨气有下列两种途径：途径一、用水和天然气作原料一步反应制得途径二，用煤和水作原料经多步反应制得请回答下列问题：(1)途径一反应的还原产物是______。

(2)途径二中的一步反应为：()()()()222CO g H O g CO g H g H 0++<①上述反应达到平衡后，为提高CO 的转化率，下列措施中正确的是______(填写序号)。

A .增大压强 B.降低温度 C.增大()2H O g 的浓度 D.使用催化剂②已知1000K 时，上述反应的平衡常数K 0.627=，若要使CO 的转化率超过90%，则起始时()2c H O ：()c CO 不低于______。

③在容积为2L 的容器中发生上述反应，测得()2c H 与反应时间t 的变化曲线Ⅰ如图1所示，若在0t 时刻将容器的体积扩大至4L ，请在答题卡图中绘出()2c H 与反应时间变化的曲线Ⅱ。

____________(3)目前常用氨气处理硝酸生产的工业尾气，在400℃左右且有催化剂存在的情况下，氨气能把()NO g 还原成无色无毒气体，直接排入空气中，已知氢气的燃烧热为1286kJ mol -⋅，()()()1223N g 3H g 2NH g H 92.4kJ mol -+=-⋅，()()()122N g O g 2NO g H 180kJ mol -+=+⋅。

试写出氨气与()NO g 反应生成无毒气体和液态水的热化学方程式______。

(4)工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素，其反应为：CO 2+2NH 3=CO (NH 2)2+H 2O ；()()32n NH 3n CO =生成过程中，原料气常混有水蒸气，2CO 的转化率与氨碳比()()32n NH n CO 、水碳比()()22n H O n CO 的变化关系如图2所示：①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最小的是______。

②若B 点氨的转化率为60%，则1x =______。

(5)某同学将3NH 和2CO 按物质的量之比2：1通入水中，充分反应所得溶液中4NH +、23CO -、3HCO -三种离子浓度由大到小的顺序是______(已知：氨水、碳酸的电离平衡常数如表)7．合成氨对化学工业和国防工业具有重要意义。