2024-2025学年高中化学第一单元走进化学工业课题2人工固氮技术-合成氨课时演练含解析新人教版选修2

PAGE6-课题2人工固氮技术——合成氨1．合成氨的反应采纳500℃温度的缘由是()A．温度太低反应速率太小B．该温度时催化剂活性最大C．该温度时反应速率最大D．该温度时N2的转化率最高解析：工业合成氨反应的特点是：正反应是体积减小的放热反应，选用的相宜条件，400～500℃、铁催化剂、10MPa～30MPa；循环操作(N2与H2的体积比为1∶3)，在500℃时催化剂的活性最大。答案：B2．合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可实行的方法是()①减压②加压③升温④降温⑤刚好从平衡混合气中分别出NH3⑥补充N2或H2⑦加催加剂⑧减小N2或H2的量A．③④⑤⑦ B．②④⑥C．②⑥ D．②③⑥⑦解析：合成氨反应N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up10(催化剂),\s\do10(高温、高压))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。答案：C3．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是()A．从合成塔出来的混合气体中，氨气占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低B．由于氨易液化，N2和H2在实际生产中循环运用，所以总体来说，氨的产率很高C．合成氨工业的反应温度限制在500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动D．我国合成氨厂采纳的压强是10～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大解析：虽然从合成塔出来的混合气体中NH3只占15%，但由于原料气N2和H2循环运用和不断分别出液氨，所以生产NH3的效率还是很高的，因此A项不正确。限制反应温度为500℃，一是为了使反应速率不至于很低，二是为了使催化剂活性最大，因此，C选项不正确。增大压强有利于NH3的合成，但压强越大，须要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，我国的合成氨厂一般采纳1×107～3×107Pa，但这并不是因为该压强下铁触媒的活性最大，因此，D选项不正确。答案：B4．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨须要在20～50MPa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%；最近美国俄勒冈高校的化学家运用了一种名为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须要在高温条件下，可节约大量能源C．新法合成在常温下进行也须要断裂化学键D．新的催化剂降低了反应所须要的能量解析：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确定的，与反应的条件无关，所以A项错误。依据题意可推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：A5．1913年德国化学家哈伯独创了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满意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实行的措施是()A．①②③B．②④⑤C．①③⑤D．②③④解析：此合成氨的反应为：N2＋3H22NH3，为提高原料的转化率，即使上述反应正向移动，而增大反应物浓度或减小生成物浓度可使平衡正移，则措施④⑤符合；上述反应的正反应是气体物质的量减小的反应，增大压强可使平衡正移，措施②符合；催化剂只变更反应速率不影响平衡移动，则③不符合；净化过程也不影响平衡移动，①不符合。答案：B6．试验室合成氨装置如下图所示，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．检验产物可用潮湿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视察气体逸出速率便于限制比例；③使气体混合匀称。答案：B7．在肯定条件下，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%解析：设混合气体为100L，反应掉N2的体积为x。N2＋3H22NH3起先(L)22780平衡(L)22－x78－3x2x由题意：eq\f(22L－x＋78L－3x＋2x,22L＋78L)＝95%解得x＝2.5Lα(N2)＝eq\f(2.5L,22L)×100%＝11.4%。答案：A8．工业上合成氨的原料之一——氢气，有一种来源是石油气，如丙烷。(1)有人设计了以下反应途径(反应方程式未配平)，假设反应都能进行，你认为最合理的是()A．C3H8eq\o(→,\s\up10(极高温))C＋H2B．C3H8eq\o(→,\s\up10(高温脱氢))C3H6＋H2C．C3H8＋H2Oeq\o(→,\s\up10(催化剂),\s\do10(△))CO＋H2D．CO＋H2Oeq\o(→,\s\up10(高温))CO2＋H2(2)按以上最合理的反应途径，理论上用1mol丙烷最多可制得氨气()A．4mol B．6.7molC．10mol D．2.7mol(3)该合理的反应途径最显著的优点是()A．简洁易行B．制得的H2纯度高C．制得的H2产量高D．可同时获得大量热量解析：(1)要分析得出哪种反应方式生成的H2最多，配平反应的化学方程式如下：A．C3H8eq\o(→,\s\up10(极高温))3C＋4H2。B．C3H8eq\o(→,\s\up10(高温脱氢))C3H6＋H2。C．C3H8＋3H2Oeq\o(→,\s\up10(催化剂),\s\do10(△))3CO＋7H2，生成的CO又能和H2O反应CO＋H2Oeq\o(,\s\up10(高温))CO2＋H2。当C3H8均为1mol时，C选项的途径中产生H2最多。(2)C3H8＋3H2Oeq\o(→,\s\up10(高温))3CO＋7H23CO＋3H2Oeq\o(=,\s\up10(高温))3CO2＋3H2N2＋3H22NH3由以上反应可得C3H8～10H2,3H2～2NH3。依据相关量，进行计算：C3H8～10H2～eq\f(10,3)×2NH31moleq\f(20,3)mol所以1molC3H8最多可制得6.7mol氨，应选B。答案：(1)C(2)B(3)C9．已知：N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up10(催化剂),\s\do10(高温、高压))2NH3(g)ΔH<0，2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up10(催化剂),\s\do10(加热))2SO3(g)ΔH<0。回答下列问题：(1)从影响速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应实行的措施是________________，实际生产中实行的措施分别是_________________。(2)在实际生产的合成氨过程中，要分别出氨气，目的是__________________________________________________________；而合成SO3过程中，不须要分别出SO3，缘由是________________。解析：理论分析时首先分析各反应的特点(气体体积变更、热效应)，而实际生产中要考虑单位时间内的生产量等因素。答案：(1)高温、高压、催化剂合成氨：高温、高压、催化剂，合成SO3：高温、常压、催化剂(2)减小生成物浓度，使平衡向生成NH3方向移动该反应向生成SO3的方向进行程度大，达到平衡后SO2含量较少，故不须要分别SO310．四川有丰富的自然气资源，以自然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(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0.5mol甲烷与0.5mol水蒸气在t℃、pkPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气)，汲取了akJ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，常实行的措施之一是：将生成的氨从混合气体中刚好分别出来，并将分别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实行该措施的理由：______________________________。(3)当甲烷合成氨气的转化率为75%时，以5.60×107(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：①______________________________________________________________；②______________________________________________________________。解析：(1)0.5molCH4完全反应汲取akJ热量，则1molCH4完全反应汲取2akJ热量，热化学方程式为CH4(g)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up10(t℃、pkPa))CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋2akJ·mol－1(2)采纳循环操作有利于增大反应物浓度，增大反应速率，提高转化率；削减NH3浓度有利于平衡正向移动。(3)由反应方程式可求转化关系1CH4～4H2～eq\f(8,3)NH3，V