学年高中化学 空气资源 氨的合成综合检测 鲁科版选修.doc

主题1空气资源氨的合成(时间：60分钟分值：100分)一、选择题(本题包括12小题，每小题5分，共60分)1工业上用氢气和氮气合成氨，氢气的主要来源是()A水和燃料B电解水C锌和稀硫酸反应 D液化空气【解析】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。【答案】A2合成氨工业有下列生产流程，其先后顺序为()原料气制备氨的合成原料气净化和压缩氨的分离A BC D【解析】合成氨工业流程顺序：原料气制备原料气净化和压缩氨的合成氨的分离。【答案】B3加压法吸收NO2主要因为3NO2H2O2HNO3NO的反应是()A可逆反应 B放热反应C氧化还原反应 D气体总体积缩小的反应【解析】3NO2H2O2HNO3NO是气体总体积缩小的反应，加压使平衡正向移动，增大NO2的转化率。【答案】D4硝酸工业中氧化炉中发生的化学反应是()A3NO2H2O=2HNO3NOB2NOO2=2NO2C4NH35O24NO6H2ODNa2CO32NO2=NaNO3NaNO2CO2【解析】氧化炉中发生的主要反应是NH3的催化氧化。【答案】C5下列有关浓硝酸的叙述中，错误的是()A是无色液体，但常因含少量的Fe3而呈黄色B锌与硝酸反应不能制得氢气C可溶解绝大部分金属，却可放在铁制容器中D是具有不稳定性的挥发性的强酸【解析】依据硝酸的物理性质和化学性质。浓硝酸通常呈黄色是由于NO2溶于硝酸中的原因；硝酸能和绝大多数金属反应，但被还原的元素是氮而不是氢，冷的浓硝酸能使铁、铝钝化，铁制容器或铝制容器可用于盛放浓硝酸。【答案】A6合成氨所用的H2可由煤与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0，欲提高CO的转化率可采用的方法有：降低温度；增大压强；使用催化剂；增大CO的浓度；增大水蒸气的浓度，其中正确的组合是()A BC D【解析】该反应是一个气体总体积不变的放热反应，欲提高CO的转化率，可设法使化学平衡向正反应方向移动，显然降低温度可以满足这一要求；增加水蒸气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率也可以增大；若增加CO的浓度，平衡虽然向右移动，但CO的总量增大，其转化率反而减小。增大压强和使用催化剂只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，而与平衡时CO的转化率无关。【答案】B7实验室合成氨装置如图所示，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：干燥气体；观察气体逸出速率便于控制比例；使气体混合均匀。【答案】B8进行氨的催化氧化实验时，铂丝不能接触氨水是因为()A铂丝的温度高，接触氨水会使氨气大量蒸发B红热的铂丝将会和氨发生反应，使铂丝腐蚀C防止铂丝温度降低，不起催化作用D防止爆炸【解析】氨的催化氧化是在催化剂存在的条件下加热，而铂丝很细，本来蓄热就少，若再与液体接触，温度降低，即使有催化剂存在也不发生反应。【答案】C9某工厂用CaSO4、NH3、H2O、CO2制备(NH4)2SO4，其工艺流程如下图所示，下列推断不合理的是()A设计工艺流程时也可以先通入CO2后通入NH3B生成1 mol (NH4)2SO4至少消耗2 mol NH3CCO2可被循环使用D往甲中通入CO2有利于(NH4)2SO4生成【解析】由元素守恒可判断B项正确；从流程图中可看出，反应过程中需用CO2，而CaCO3煅烧过程中产生CO2，因此CO2可循环使用，C项正确；甲中含有足量的NH3，通入CO2，生成CaCO3，有利于生成(NH4)2SO4，D项正确；CO2在CaSO4悬浊液中溶解度很小，故不能先通入CO2，A项错误。【答案】A10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()A11.5% B10.5%C9.75% D13.2%【解析】设混合气体的体积为100 L，反应掉N2的体积为x。N23H22NH3开始 22 L 78 L 0平衡 22 Lx 78 L3x 2x由题意：95%解得x2.5 L(N2)100%11.4%。【答案】A11在相同温度下，有相同体积的甲、乙两容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2。下列叙述中，错误的是()A化学反应速率：乙甲B平衡后N2的浓度：乙甲CH2的转化率：乙甲D平衡混合气中H2的体积分数：乙甲【解析】乙容器中反应物浓度大，反应速率快；假设开始时乙的容器体积是甲的两倍，则甲与乙达到相同平衡，再将乙容器体积压缩至与甲相等，在此过程中平衡向正反应方向移动，即N2、H2的转化率增大，体积分数减小；因为压缩时乙中各物质浓度是甲中的二倍，平衡移动虽然使N2、H2浓度减小，但仍比甲大。【答案】D12在一定温度、压强下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积分数为25%。若反应前后的温度、压强保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是()A15B14C13 D12【解析】同温、同压下，气体的体积之比等于气体的物质的量之比。设平衡时混合气体的物质的量为100 mol，则NH3为25 mol，N2和H2的物质的量之和为75 mol，根据反应方程式可知，生成25 mol NH3，气体的总物质的量减小25 mol，所以反应前气体的总物质的量为125 mol，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是15。【答案】A二、非选择题(本题包括4小题，共40分)13(10分)工业合成氨是在一定条件下进行的可逆反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。其部分工艺流程如下：请回答下列问题：(1)第步除需要催化剂这个条件外，还需要的条件是_。(2)第步操作中的原料气的“净化”目的是_，第步操作中的目的是_。(3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨分离出来。这种分离物质的方法的原理类似于下列哪种方法？_(填编号)。A过滤 B蒸馏C分液 D萃取你作出这个判断的理由是_。(4)可以用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气，如果漏气则会有白烟生成。该反应的化学方程式为_。【解析】(2)原料气中往往含有使催化剂中毒的物质，所以在进行原料气的反应前，需要除掉其中的杂质；工业合成氨反应后的混合气体中既有氨气，也有未反应的氢气、氮气，所以为了提高原料气的利用率，将未反应的原料气进行重新利用，这样可以提高经济效益。(3)降低温度，氨变为液态，从而进行分离，所以跟蒸馏类似，都是通过改变温度，使物质的状态发生变化而分离。(4)2NH33Cl2=N26HCl，生成的HCl又与NH3反应生成NH4Cl小颗粒，产生白烟。【答案】(1)500 、2050 MPa(2)防止催化剂中毒提高原料利用率(或提高经济效益等)(3)B通过温度的改变而改变物质的状态，达到分离的目的(4)8NH33Cl2=6NH4ClN214(10分)(2013青岛高二质检)以天然气、焦炭、水、空气为初始原料，可以制得若干化工产品：请回答下列问题：(1)合成氨中原料气体N2来源于空气，可采用将空气_和_等方法，H2可采用上述反应，其化学方程式为_。(2)对于合成氨N23H22NH3H0，其中N2与H2体积比高于13的原因是_；及时分离NH3的方法是_。(3)制取NH4NO3时，NH3的用途有两种，制HNO3的量大于与HNO3反应的量的原因是_。(4)反应的化学方程式为_。(5)发生反应生成C8H18的化学方程式为_。【解析】(1)由空气中获得N2，去掉O2，可采用深冷分离空气或变压吸附或膜分离等方法。制取H2的反应为CH42H2OCO24H2；(2)由于原料气H2的制取比N2成本高，为了使H2的转化率提高，可提高N2的加入量，故N2与H2体积比高于13；及时分离NH3，使化学平衡向右进行，可以使NH3冷却液化分离；(3)由于NH3转化为HNO3的过程中发生了反应：3NO2H2O=2HNO3NO及各步反应有损失，一般应为制HNO3时NH3用量较大；(4)根据反应条件信息及元素守恒，反应应为：CO22NH3CO(NH2)2H2O；(5)根据反应条件信息及元素守恒，反应应为：8CO17H2C8H188H2O。【答案】(1)深冷分离变压吸附CH42H2OCO24H2(2)制H2成本高于制N2，为了提高H2的转化率，可以提高N2的加入量冷却使NH3液化(3)由于NH3转化为HNO3的过程中，发生3NO2H2O=2HNO3NO及各步反应有损失，制HNO3的NH3用量应较大(4)CO22NH3CO(NH2)2H2O(5)8CO17H2C8H188H2O15(10分)某硝酸厂附近的空气主要污染物为氮的氧化物。为了保护环境和综合利用，可采用氨碱两级吸收法。此法兼有碱吸收和氨吸收两方法的优点，其吸收工艺流程如下：(1)排空物质的主要成分为_。(2)进入吸收塔以前加一个缓冲器的目的是_。(3)从吸收塔排出的混合液用途之一为_。空气的主要污染物为硫的氧化物和氮的氧化物。研究人员设计了同时净化废气中二氧化硫和氮的氧化物的方法，将其转化为硫酸和硝酸，工艺流程如下：各室中发生的反应如下：a氧化室：NO2(g)SO2(g)H2O(l)=H2SO4(l)NO(g)Ha kJmol1b消除室：NO(g)NO2(g)=N2O3(g)Hb kJmol1N2O3(g)2H2SO4(l)=2NOHSO4(s)H2O(l)Hc kJmol1c分解室：4NOHSO4(s)O2(g)2H2O(l)=4H2SO4(l)4NO2(g)Hd kJmol1回答下列问题：(4)和分别为(写化学式)_、_。(5)写出SO2、O2和H2O反应生成H2SO4的热化学方程式：_。【解析】在第一个流程图中，液氨经缓冲器后汽化，与含有N2、O2、NOx的空气混合，部分NH3与NOx反应，将N2、O2排空而NH3、NOx用碱液吸收生成亚硝酸盐和硝酸盐，其中铵盐可作肥料，NaNO2可作建筑中水泥掺加剂、食品防腐着色剂等。在第二个流程图中，SO2与NO2在氧化室中反应，由分解室循环过来的为NO2，NO与NO2在消除室内化合，再被H2SO4转化，由分解室补充过来的为H2SO4。净化含SO2和NOx(NO、NO2)的废气，得到了硫酸和硝酸。最后一问，要得出SO2、O2、H2O反应生成H2SO4的热化学方程式，要消去NO2、NO、N2O3、NOHSO4等物质。将题中4个反应由上至下编为、，由()2得：2SO2(g)O2(g)2H2O(l)=2H2SO4(l)H(2a2b2cd)kJmol1。【答案】(1)N2、O2(只填N2也算对)(2)使氨气和大气充分混合(3)作肥料(其他合理答案也可)(4)NO2H2SO4(5)2SO2(g)O2(g)2H2O(l)=2H2SO4(l)H(2a2b2cd)kJmol116(10分)以天然气为原料合成尿素的主要步骤如图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出)：请填写下列空白：(1)已知0.5 mol甲烷与0.5 mol水蒸气在t C、p kPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气)，吸收a kJ热量，该反应的热化学方程式是_。(2)在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中及时分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由：_。(3)当甲烷合成氨气的转化率为75%时，以5.60107 L甲烷为原料能够合成_L氨气。(假设体积均在标准状况下测定)(4)已知尿素的结构简式为，请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：_；_。【解析】(1)因0.5 mol甲烷与0.5 mol水蒸气完全反应生成一氧化碳和H2吸收了a kJ热量，则1 mol甲烷与1 mol水蒸气反应需吸收2a kJ的热量，所以该反应的热化学方程式为CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H2a kJmol1。(2)N2与H2合成NH3的反应(N23H22NH3)是一个可逆反应，在该反应中，补充氮气和氢气有利于增大反应速率，分离氨和补充氮气与氢气