【备考2024年】从巩固到提高 高考化学二轮微专题18 工业合成氨

试卷更新日期:2024-02-23 类型:二轮复习

一、选择题

  • 1. 下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是( )

    A、①②③ B、①③⑤ C、②④⑤ D、②③④
  • 2. 关于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=57.3kJmol1 , 下列说法不正确的是( )
    A、使用高效催化剂能减小反应活化能 B、为了提高原料利用率,N2H2循环使用 C、工业合成氨温度为700K是因为升高温度有利于提高H2的平衡转化率 D、恒温恒容下,若体系的总压强不再改变,说明该反应已达平衡状态
  • 3. 工业合成氨的反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol1 , 用○、●分别表示H原子、N原子,表示催化剂,反应微观历程如下图所示,下列说法中错误的是(   )

    A、过程②→③吸收能量,过程③→④放出能量 B、使用新型催化剂可使N2H2在较低温度和压强下合成NH3 C、合成氨反应达平衡时,反应速率关系:3v(H2)=2v(NH3) D、合成氨工业中采用循环操作的主要目的是提高N2H2的利用率
  • 4. 下列有关工业合成氮反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH<0的说法不正确的是(  )
    A、合成氨采取循环操作目的是提高氮气和氢气的利用率 B、除原料气中CO反应:[Cu(NH3)2]+(aq)+CO(g)+NH3(g)[Cu(NH3)3CO]+  ΔH<0 , 适宜低温高压环境 C、合成塔压强调控在10MPa~30MPa之间,是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果 D、合成塔使用热交换控制体系温度400~500℃左右,主要目的是有利于平衡正向移动
  • 5. 对于工业合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) , 以下分析错误的是(  )
    A、可以通过改变温度、压强控制合成氨的反应限度 B、高压比常压条件更有利于合成氨的反应,提高氨气的产率 C、500℃左右比室温更有利于合成氨的反应,提高氨气的产率 D、合成氨工业采用高压,不仅能提高转化率,还能缩短到达平衡的时间
  • 6. 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。400(673K)下的合成氨反应:

    N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=91.8kJ/molΔS=198.11J/(molK)

    下列关于工业合成氨条件选择的说法,正确的是( )

    A、400下该反应的ΔG=+41.5kJ/mol , 必须降低温度以保证合成氨顺利进行 B、增压有利于合成氨平衡正向移动,因此实际工业中反应压强越大越好 C、通过液化分离的方式不断移除产品NH3 , 有利于增大反应平衡常数,促进反应正向进行 D、原料气进入合成塔之前,须经过干燥净化,以防止催化剂中毒
  • 7. 有关合成氨反应的说法,正确的是( )
    A、根据计算,常温下合成氨反应的ΔH-TΔS<0,所以常温下的反应速率很快 B、升高温度,既可以加快合成氨的速率,又可以提高平衡转化率 C、工业合成氨的反应是熵增加的放热反应,在任何温度下都可自发进行 D、工业合成氨的反应是熵减小的放热反应,在常温时可自发进行
  • 8. 下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析错误的是( )

    A、步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B、步骤②“加压”可以加快反应速率,但压强过高,氨的产率会降低 C、步骤③一般选择控制反应温度为400~500℃,因为在该温度下催化剂的活性最大 D、步骤④⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本
  • 9. 合成氨及其相关工业中,部分物质间的转化关系如下:

    下列说法不正确的是( )

    A、甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素 B、反应II、III和Ⅳ的氧化剂相同 C、VI的产物可在上述流程中被再次利用 D、V中发生反应:NH3 + CO2 + H2O + NaCl = NaHCO3↓+ NH4Cl
  • 10. 有关工业合成氨的说法错误的是(   )
    A、不断移去液氨,有利于反应正向进行 B、400~500℃时,原料的平衡转化率最大 C、增大压强,氨的分解速率增加 D、原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒
  • 11. 合成氨反应是一种有效的工业固氮方法,解决了数亿人口生存问题。诺贝尔奖获得者埃特尔提出了合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)吸附解离的机理,通过实验测得合成氨过程中能量(E)变化如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。下列说法正确的是

    A、该反应中,反应物总能量比反应产物的总能量高 B、该反应历程中的决速步骤为12N2ad+32H2=Nad+3Had C、使用催化剂后,合成氨反应的ΔH和活化能均改变 D、工业上通常让合成氨反应在高温高压条件下进行来提高NH3的平衡产率
  • 12. 合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类,请结合图示判断下列说法正确的是

    A、可用排空气法收集气体1 B、用湿润的淀粉KI试纸可以鉴别气体2和溴蒸气 C、在饱和NaCl溶液中先通入过量CO2 , 再通入过量NH3可得到固体1 D、相同条件下,1L气体1、2的混合气(体积比为11)与1LNH3在一定条件下转化为对环境无害的物质,反应方程式为2NH3+NO+NO2__2N2+3H2O
  • 13. 工业上通常采用铁触媒、在400~50010MPa~30MPa的条件下合成氨。合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=92.4kJmol1。下列说法正确的是
    A、N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔS>0 B、采用400500的高温是有利于提高平衡转化率 C、采用10MPa~30MPa的高压能增大反应的平衡常数 D、使用铁触媒可以降低反应的活化能
  • 14. 工业上,合成氨反应N2 + 3H2 2NH3的微观历程如图所示。用分别表示N2、H2、NH3 , 下列说法错误的是

    A、①→② 催化剂在吸附N2、H2时,未形成新的化学键 B、②→③ 形成N原子和H原子是放热过程 C、③→④形成了新的化学键 D、使用合适的催化剂,能提高合成氨反应的速率
  • 15. 如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是(   )

    A、步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B、步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率 C、步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D、为保持足够高的原料转化率,应在反应达到一定时间时将氨从混合气中分离出去
  • 16. 氨对发展农业有着重要意义,也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。

    下列说法错误的是(   )

    A、控制原料气n(H2)n(N2)=2.7~2.9,是因为N2相对易得,适度过量利于提高H2转化率 B、合成氨一般选择400~500℃进行,主要是让铁触媒的活性最大,平衡转化率高 C、热交换的目的是预热原料气,同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D、中国科学家研制的新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa,显著降低合成氨的能耗

二、非选择题

  • 17. 有人设计了如图装置模拟工业合成氨(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,向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e,则A中有氢气发生。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。C瓶内气体的成分是
    (3)、在步骤③中,先加热铁催化剂的原因是
  • 18.   
    (1)、哈伯发明用氮气和氢气合成氨的方法,获得了1918年诺贝尔化学奖。其原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0ΔS(填“>”“<”或“=”)0。

    下列关于工业合成氨的说法不正确的是(填标号)。

    A.因为ΔH<0 , 所以该反应一定能自发进行

    B.采用高压是为了增大反应速率,但会使反应物的转化率降低

    C.在高温下进行是为了提高反应物的转化率

    D.使用催化剂增大反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能

    (2)、在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应,下列能说明该反应已达到平衡状态的是(填标号)。

    a.容器内N2H2NH3的浓度之比为1∶3∶2

    b.3υ(N2)=υ(H2)

    c.容器内压强保持不变

    d.混合气体的密度保持不变

    (3)、工业上合成氨的部分工艺流程如图:

    请用平衡移动原理解释在工艺流程中及时分离出氨气和将NH3分离后的原料气循环使用的原因

    (4)、某科研小组研究在其他条件不变的情况下,改变起始时氢气的物质的量对工业合成氨反应的影响。实验结果如图所示(图中T表示温度,n表示H2的物质的量)。

    ①图中T2T1的关系:T2(填“>”“<”或“=”)T1

    ②a、b、c、d四点所处的平衡状态中,N2的转化率最高的是(填字母)。

    (5)、恒温下,向一个4L的密闭容器中充入5.2molH2和2molN2 , 反应过程中对NH3的浓度进行测定,得到的数据如表所示:                                                                                                                                        

    时间/min

    5

    10

    15

    20

    25

    30

             c(NH3)/(molL1)

    0.08

    0.14

    0.18

    0.20

    0.20

    0.20

    ①此条件下该反应的化学平衡常数K=

    ②若维持容器容积不变,温度不变,向原平衡体系中加入H2N2NH3各4mol,化学平衡将向(填“正”或“逆”)反应方向移动。

    (6)、已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=92.4kJmol1

         N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+181kJmol1

         2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=483.6kJmol1

    写出氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式

  • 19. 合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义,其原理为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH在不同温度、压强和相同催化剂条件下,初始N2H2分别为1mol、3mol时,平衡后混合物中氨的体积分数(α)如图所示,回答以下问题:

    (1)、合成氨反应的ΔH0(填“>”“<”或“=”),原因是
    (2)、p1p2p3由大到小的顺序是
    (3)、①若分别用vA(N2)vB(N2)表示平衡状态A、B时的化学反应速率,则vA(N2)vB(N2)(填“>”“<”或“=”)。
    (4)、用 分别表示N2H2NH3和固体Fe催化剂,则在固体催化剂表面合成氨的过程如图2所示:

    ①吸附后,能量状态最高的是(填序号)。

    ②结合上述原理,在固体Fe催化剂表面进行NH3的分解实验,发现NH3的分解速率与其浓度的关系如图3所示。从吸附和解吸过程分析,c0之后反应速率降低的原因可能是

    ③研究表明,合成氨的速率与相关物质的浓度的关系为v=kc(N2)c3/2(H2)c1(NH3) , k为速率常数。能使合成氨的速率增大的措施有(填序号)。

    A.使用更有效的催化剂

    B.一定温度下,将原容器中的NH3及时分离出来

    C.总压强一定,增大n(N2)/n(H2)的值

    D.按照原来比值增大反应物的浓度

  • 20. 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0,△S<0。
    (1)、下列关于工业合成氨的说法正确的是                 。
    A、因为△H<0,所以该反应一定能自发进行 B、因为△S<0,所以该反应一定不能自发进行 C、在高温下进行是为了提高反应物的转化率 D、该反应在低温下能自发进行
    (2)、在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应,下列能说明该反应已达到平衡状态的是                       
    A、容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2 B、N2百分含量保持不变 C、容器内压强保持不变 D、混合气体的密度保持不变
    (3)、某科研小组研究:在其他条件不变的情况下,不同温度时,固定氮气的投入量,起始氢气的物质的量与平衡时氨气的百分含量关系如右图:

    ①图像中T2和T1的关系是:T1T2(填“>,<或=”)。

    ②a、b、c、d四点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是:

    ③ 合成氨工业中,为提高氨气的平衡产率,除适当控制反应的温度和压强外,还可采取的措施是   。

    (4)、恒温下,向一个4L的恒容密闭容器中充入1.8mol N2和4.2mol H2 , 反应过程中对NH3的浓度进行检测:

    ①20min后,反应达平衡,氨气的浓度为0.3 mol·L -1 , 用N2表示的平均反应速率为mol/(L·min)。且此时,混合气体的总压强为p,则该反应的化学平衡常数Kp= [对于气相反应,用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数,记作Kp,如p(B)=p·x(B),p为平衡总压强,x(B)为平衡系统中B的物质的量分数]。

    ②若维持容器体积不变,温度不变,向原平衡体系中再加入1.8mol N2和4.2mol H2 , 再次达平衡后,氨气的浓度0.6 mol·L -1(填“大于”或“小于”或“等于”)。

  • 21. 合成NH3是重要的研究课题,一种合成NH3的流程示意如图。

    相关数据如表:

    物质

    熔点/℃

    沸点/℃

    与N2反应温度/℃

    分解温度/℃

    Mg

    649

    1090

    >300

    Mg3N2:>800

    已知:Mg3N2溶于水发生反应Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3

    (1)、I.固氮:

    从结构上解释N2化学性质稳定的原因。上述固氮反应的化学方程式是。固氮的适宜温度范围是。(填编号)

    a.500~600℃   b.700~800℃      c.900~1000℃

    (2)、检测固氮作用:向固氮后的产物中加水,(填操作和现象),说明Mg能起到固氮作用。
    (3)、II.转氨:选用试剂a完成转化。

    选用H2O进行转化,发现从体系中分离出NH3较困难,若选用HCl气体进行转化,发现能产生NH3 , 且产物MgCl2能直接循环利用,但NH3的收率较低,原因是

    活性炭还原NO2的原理为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)。一定温度下,在2L恒容密闭容器中充入1molNO2和足量C发生该反应(不考虑2NO2N2O4)。实验测得NO2的转化率与时间的关系如图所示:

    (4)、反应达到平衡时CO2的体积分数为 , 混合气体的平均摩尔质量M(A)M(B)(填“大于”“小于”或“等于”)。
    (5)、下列能够判断该反应已达到平衡状态的是。(填序号)

    a.CO2的质量分数保持不变

    b.容器中N2与CO2的百分含量之比保持不变

    c.2v()(NO2)=V()(N2)

    d.混合气体的颜色保持不变

  • 22. 工业合成氨原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ∆H<0。
    (1)、下列关于合成氨的说法正确的是____。
    A、合成氨是目前自然固氮最重要的途径 B、合成氨反应的∆H与温度有关,而∆S与温度无关 C、合成氨反应常采用400~500℃是综合考虑了反应速率与平衡产率的矛盾 D、将原料气加压至10MPa~30MPa,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 E、合成氨生产过程中将NH3液化分离,是为了加快正反应速率,提高N2、H2的转化率
    (2)、已知某温度下合成氨反应达平衡时各物质均为amol , 容器容积为VL,保持温度和压强不变,又充入3amol N2后,平衡(填“向左”、“向右”或“不”)移动。
    (3)、P1压强下,向密闭容器中充入一定量的N2和H2 , 相同时间内测得体系中N2的体积分数与温度(T)的关系如下图所示。

    ①N2的体积分数随温度升高先减小后增大的原因是

    ②研究表明,温度越高,温度对平衡的影响大于压强对平衡的影响。保持其他条件不变,请在上图中画出P2压强下 (P2>P1)N2的体积分数与温度(T)的关系趋势图

    (4)、LiH-3d过渡金属复合催化剂可用于催化合成氨,已知N2被吸附发生反应3LiH+N2=Li2NH+LiNH2 , 用一个化学方程式表示H2被吸附发生的反应
  • 23. 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJmol-1ΔS=-200JK-1mol-1。回答下列问题:
    (1)、合成氨反应在常温下(填“能”或“不能”)自发。
    (2)、温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率,温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用400~500

    针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案。

    (3)、方案一:双温-双控-双催化剂。使用Fe-TiO2-xHy双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495时,Fe的温度为547 , 而TiO2-xHy的温度为415)。

    下列说法正确的是

    a.氨气在“冷Ti”表面生成,有利于提高氨的平衡产率

    b.NN在“热Fe”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率

    c.“热Fe”高于体系温度,有利于提高氨的平衡产率

    d.“冷Ti”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率

    (4)、方案二:M-LiH复合催化剂。

    下列说法正确的是

    a.300时,复合催化剂比单一催化剂效率更高

    b.同温同压下,复合催化剂有利于提高氨的平衡产率

    c.温度越高,复合催化剂活性一定越高

    (5)、某合成氨速率方程为:v=kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3) , 根据表中数据,γ=

    实验

    c(N2)/molL-1

    c(H2)/molL-1

    c(NH3)/molL-1

    v/molL-1s-1

    1

    m

    n

    p

    q

    2

    2m

    n

    p

    2q

    3

    m

    n

    0.1p

    10q

    4

    m

    2n

    p

    2.828q

    在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为

    a.有利于平衡正向移动     b.防止催化剂中毒     c.提高正反应速率

    (6)、某种新型储氢材料的晶胞如图,八面体中心为M金属离子,顶点均为NH3配体;四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188gmol-1 , 则M元素为(填元素符号);在该化合物中,M离子的价电子排布式为

  • 24. 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其反应为:N2+3H22NH3ΔH=92.4kJ/mol
    (1)、合成氨生产流程示意图如下。

    ①流程中,有利于提高原料利用率的措施是;有利于提高单位时间内氨的产率的措施有

    ②干燥净化中,有一步操作是用铜氨液除去原料气中的CO,其反应为:[Cu(NH3)2]++CO+NH3[Cu(NH3)3CO]+ΔH<0。对吸收CO后的铜氨废液应该怎样处理?请提出你的建议:

    (2)、实验室研究是工业生产的基石。下图中的实验数据是在其它条件不变时,不同温度(200400600)、压强下,平衡混合物中NH3的物质的量分数的变化情况。

    ①曲线a对应的温度是

    ②M、N、Q点平衡常数K的大小关系是

  • 25. 回答下列问题:
    (1)、合成氨工业对化学和国防工业具有重要意义。如下图表示298.15K时,N2H2、与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图:

     

    ①写出该反应的热化学方程式

    ②图中曲线(填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线,铁触媒能加快反应速率的原理是

    (2)、合成氨生产流程示意图如下图所示:

    根据生产流程示意图,请回答下列问题:

    ①合成氨工业中循环利用的物质有(填化学式),采用循环操作主要是为了

    ②工业合成氨采取了下列措施,其中能提高氨气的产率是(填编号)。

    A.用铁触媒作催化剂                 B.选择400℃至500℃的温度

    C.用压缩机加压                       D.冷却并分离出液态氨

  • 26. 工业上用N2和H2合成NH3 “N2 + 3H2 ⇌2NH3+Q”(反应条件略)。请回答下列问题:
    (1)、在实际化工生产中,为提高NH3的产率,可以采取的措施有(写两个):
    (2)、氨气与酸反应得到铵盐,某(NH4)2SO4水溶液的pH=5,原因是溶液中存在平衡(用离子方程式表示),该反应对水的电离平衡起到作用(填“促进”“抑制”或“无影响”)。(NH4)2SO4溶液中的离子浓度由大到小的顺序为
    (3)、某科研小组研究:在其他条件不变的情况下,改变起始物氢气的物质的量对合成NH3反应的影响。实验结果如图所示:(图中T表示温度,n表示起始时H2物质的量)

    ①图像中T2T1的关系是:T2T1(填“ > ”“ < ”“ = ”或“无法确定”)。

    ②在a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最大的是(填字母)。

    ③若容器容积为2L,b点对应的n=0.15mol,测得平衡时H2、N2的转化率均为60%,则平衡时N2的物质的量浓度为 mol/L。