2017-2018学年高中化学 第1单元 走进化学工业 课题2 人工固氮技术——合成氨作业 新人教版

合成氨的反应原理

一、氮的存在和氮的固定

1.下列过程属于氮的固定的是( )

A.闪电下N2与O2反应生成NO

B.NO2溶于水生成HNO3

C.工业上用NH3制造尿素[CO(NH2)2]

D.NH3与Cl2反应生成N2和HCl

项,N2转化为NO,属于氮的固定;NO2→HNO3,NH3→CO(NH2)2均为由含氮化合物转化为含氮化合物的过程,不是氮的固定;NH3→N2,含氮化合物转化为N2,不属于氮的固定。

2.农作物生长发育需要大量的氮养分,除了可用人工固氮方法(合成氨)获得铵态氮外,自然界雷电现象也是一种固氮途径,经由雷电固定的氮是硝态氮(硝酸或硝酸盐形式),写出氮气转化为硝酸的化学方程式,,。

,会产生放电现象,使空气中的氮气和氧气反应生成了一氧化氮,一氧化氮又被氧气氧化成二氧化氮。二氧化氮在雨水中与水反应生成硝酸。

2+O22NO 2NO+O22NO23NO2+H2O2HNO3+NO

二、合成氨的反应原理

3.哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下使该反应发生,有关说法正确的是( )

N2+3H22NH3

A.达到化学平衡时,N2将完全转化为NH3

B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等

C.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化

D.达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率都为零

,故氮气、氨气不能完全转化,化学平衡是动态平衡,达到平衡时正、逆反应速率相等,但是不为零。

4.合成氨时采用500 ℃左右的温度,主要因为该温度时( )

A.合成氨的化学反应速率最大

B.氮气的平衡转化率最高

C.铁触媒的活性最大

D.氨在平衡混合物中的体积分数最大

,化学反应速率越大,A项错;合成NH3的反应在低温时N2的转化率越大,B项错;工业合成NH3采用500 ℃左右的温度主要是此时催化剂活性最大,C项对;500 ℃时NH3在平衡混合物中的体积分数不一定最大,D项错。

5.在合成氨工业中,采用下列哪些措施可以提高原料气的转化率( )

①使用催化剂②采用400~500 ℃温度③采用1×107~3×107 Pa的压强④不断将氨分离出来

A.①③

B.②③

C.③④

D.①④

,要提高原料的转化率,应尽量使化学平衡向生成NH3的方向移动,应为高压、降低温度并减小NH3的浓度,故③④合理。

6.(双选)德国科学家格哈德·埃尔特生日的当天获得了诺贝尔化学奖,以奖励他在表面化学领域作出的贡献。合成氨反应在铁催化剂表面进行时效率显著提高,就是埃尔特的研究成果。下列关于合成氨反应的叙述中,正确的是( )

A.铁作催化剂可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动

B.将氨从混合气中分离,有利于化学平衡向合成氨的方向移动

C.升高温度可以加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动

D.增大压强可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动

,但不能使平衡移动,只能缩短反应达到平衡的时间,A 项错;将氨从混合气中及时地分离出来,可加快反应速率,且有利于化学平衡正向移动,B项正确;升高温度能加快反应速率,但合成氨反应是一个放热反应,因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动,C项错;合成氨的反应是一个气体体积减小的反应,因此增大压强可加快反应速率,且有利于化学平衡向着合成氨的方向移动,D项正确。

7.合成氨时既要使合成氨的产率增大,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.③④⑤⑦

B.②④⑥

C.②⑥

D.②③⑥⑦

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的特点为:正反应放热且气体体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快,应选C。

(建议用时:30分钟)

1.将空气中氮气转化为氮的化合物的过程称为固氮,下图中能实现人工固氮的是( )

错,因为闪电作用下的固氮是自然固氮。B错,因为与固氮风马牛不相及。C错,因为它属于自然固氮。D对,因为N2+3H22NH3只能靠人工完成。

2.可逆反应X(g)+2Y(g)2Z(g)(正反应吸热)。为了有利于Z的生成,应采用的反应条件是( )

A.高温高压

B.高温低压

C.低温高压

D.低温低压

:正反应是一个气体体积缩小的吸热反应。根据化学反应速率要快的原理:需要升高温度、增大压强、使用正催化剂;根据平衡移动原理,也是升高温度、增大压强,才有利于Z的生成。

3.(双选)下列关于氮气、氢气合成氨的说法中,正确的是( )

A.将氮气、氢气合成氨,必须施加高温、高压、催化剂等反应条件

B.在氮气、氢气合成氨的化学反应中,催化剂的性能对反应物的温度和压强的高低具有一定的制约作用

C.现代工业上实施的合成氨属于仿生固氮

D.现代工业上实施的合成氨属于人工固氮

,是自然界中的一些微生物种群(如豆科植物的根瘤菌)以自身的固氮酶为催化剂,在常温、常压下,通过生物化学过程,将空气中的氮气转化成含氮化合物的固氮过程。仿生固氮是人为地利用具有固氮酶作用的人造催化剂在常温、常压下的固氮。显然,现代工业上实施的合成氨不属于仿生固氮。

4.某条件下合成氨反应达平衡时氨的体积分数为25%,若反应前后条件保持不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比是( )

A. B. C. D.

:通过假设反应前N2、H2的物质的量,结合反应过程中转化量与化学方程式中化学计量数的关系,列方程求算。设起始时H2为a mol,N2为b mol,平衡时NH3的物质的量为x mol,则

3H2+ N22NH3

起始时(mol): a b0

转化量(mol): x

平衡后(mol): x

依题意可得方程式:×100%=25%

化简得:。

方法二:设反应后平衡时混合气体的体积为100 L,则氨气为25 L,根据该反应的特点知