高中化学竞赛题合成氨硝酸工业.docx

1、高中化学竞赛题合成氨硝酸工业中学化学竞赛试题资源库合成氨、硝酸工业A组工业上用氢气合成氨，氢气的主要来源是A 水和燃料 B 电解水 C 锌与稀硫酸反应 D 液化空气工业上合成氨，为了兼顾反应速率、化学平衡和设备条件等因素，我国目前一般采用的压强和温度A 常温常压 B 1000，1MPa C 100，0.1MPa D 500，2050MPa工业上合成氨时一般采用500左右的温度，其原因是 适当提高NH3的合成速率 适当提高H2或NH3的转化率 提高NH3的产率 催化剂在500左右活性最大A B C D 合成氨工业常用的N2和H2在进入合成塔前，必须除去所含各种杂质，是为了A 提高N2、H2浓度

2、B 减少副反应C 防止催化剂中毒 D 有利于平衡向右移动从N23H22NH3（正反应放热）的反应看，为了提高氨的平衡浓度，可选用的条件有A 升温、加压 B 降温、加压 C 升温、降压 D 降温、降压合成氨时使用催化剂的作用是A 提高N2、H2的浓度 B 提高NH3平衡浓度C 缩短达到化学平衡的时间 D 提高合成氨的单位时间产量下面是合成氨的简要流程示意图：沿X路线回去的物质是A N2和H2 B 催化剂 C N2 D H2下列事实不能用勒夏特列原理解释的是A 可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制取氨气B 加压有利于氨的合成C 加催化剂有利于氨的氧化D 500左右比室温更有利于合成氨的反应对于合成氨的反

3、应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是A 都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B 都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C 都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响D 催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用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，其中NH3只占15，所以生产氨的工厂的效率很低B 由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高C 合成氨工业的反应温度控制在500左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D 合成氨厂采用的压强是2050MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大用焦炭、水、

4、空气为原料制氨的化学方程式如下：参加反应的焦炭与氨气的物质的量之比是A 34 B 32 C 23 D 12NO2溶于水制硝酸的反应为3NO2（g）H2O（l）2HNO3NO（g）（正反应放热），为了提高硝酸的产率，硝酸厂实际生产中均采用的措施是A 升温 B 加压 C 通入过量O2 D 降温将一定量的氨完全氧化而转化为HNO3，且使之全部溶解在反应生成的水中，则此硝酸溶液中溶质的质量分数为A 75.8 B 76.8 C 77.8 D 78.8将一定量的NH3完全氧化成硝酸并全部溶解在反应生成的水中，所得这种硝酸的质量百分比浓度为 。（精确到0.1%）。某化肥厂用NH3制硝酸，再进一步制NH4NO

5、3。已知由NH3制HNO3时产率为88%，由NH3与HNO3反应制NH4NO3时产率为98%，用100t NH3制硝酸铵时，用于制HNO3的氨为 t，可制出NH4NO3 t。在合成塔反应中，入口气体体积比为N2H2NH36181，出口气体体积比为N2H2NH39278。则H2的转化率为 。已知N23H22NH3（正反应放热），请回答：（1）从影响速率的因素分析，要有利于NH3生成，理论上应采取的措施是_，从影响平衡的因素分析，要有利于NH3生成，理论上应采取的措施是_，而实际生产中采取的措施是 。（2）在实际生产的合成氨过程中，要分离出氨气，目的是 。利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：依据上

6、述流程，完成下列填空：（1）天然气脱硫时的化学方程式是 （2）n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol、产生H2 mol（用含n的代数式表示）（3）K2CO3（aq）和 CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是 （多选扣分）（a）相似相溶原理 （b）勒沙特列原理 （c）酸碱中和原理（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于 （写出CO2的一种重要用途）。（5）整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）。某工厂以天然气、水蒸气和空气为原料加能源合成氨的流程如下：上述流程中外热式一级烃转化器：系指以C

7、H4为燃料在烃气转化器外面加热使之维持800高温的工业装置。内热式二级烃气转化器：系指以H2在装置内燃烧为能量维护一级烃气转化器所生成的CO与H2O（气）反应生成CO2和H2所需1000高温的装置。在编号为的反应器中发生如下反应：A CH42O2CO22H2O B CH4H2O（g）CO3H2C 2CH43H2O（g）COCO27H2 D K2CO3CO2H2O2KHCO3E COH2O（g）CO2H2热 F 2H2O22H2O（1）填写下列空白：甲：反应A发生在编号为 的反应器中，它的作用是 。乙：反应F发生在编号为 的反应器中，它的作用是 。丙：属于制备合成氨原料气的反应有 （填编号），反

8、应D的作用是 。（2）为什么转化反应要分两步第一步在400时进行，第二步在200时进行?今有某学生设计的用氨催化氧化法制取少量HNO3溶液的实验装置，如下图所示。请回答下列问题：（1）实验室制备NH3，下列方法中适宜选用的是_（填序号）固态氯化铵与熟石灰混合加热 固态氯化铵加热分解生石灰中滴加浓氨水 氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热（2）装置B中发生反应的化学方程式为_；在实验过程中，加热Pt丝红热后，移去酒精灯，发现Pt丝还继续保持红热，由此可判断该反应是_。（3）装置C的作用是_；装置C中的现象是_；为确保D中尽可能多生成HNO3，所通入O2和NH3的体积比应大于_。（4）氨在高温下催化氧化时

9、还常有副反应发生：4NH33O22N26H2O。若忽略装置中残留的气体体积，测得D中有10molL的HNO3溶液150mL，气球中收集的混合气体体积为1400mL(标准状况)，其中NO2、O2与N2的体积比为2：2：1，则氧化成NO的氨占被氧化的氨的体积分数为_。合成氨工业对化学的国防工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途 。实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是 。固态氯化铵加热分解 固体氢氧化钠中滴加浓氨水氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热 固态氯化铵与氢氧化钙混合加热III为了在实验室利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下装置（图中夹持装置均已略去）。实验操作 检查实验装置的气密性后，关闭弹

10、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。 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。 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。此时再打开弹簧

11、夹b的原因是 ，C瓶内气体的成份是 。（3）在步骤中，先加热铁触媒的原因是 。反应管E中发生反应的化学方程式是 。某合成氨厂，日生产能力为30吨，现以NH3为原料生产NH4NO3，若硝酸车间的原料转化率为92，氨被吸收为NH4NO3的吸收率为98，则硝酸车间日生产能力应为多少吨才合理?氨氧化法可制得50%的HNO3，加脱水剂可进一步制得90%的HNO3。某工厂同时生产50%的HNO3与90%的HNO3，两种产品的质量比为m1/m2x（其中m1为50% HNO3的质量，m2为90%HNO3的质量）。若以17t液氨为原料生产：（1）导出理论上所需水量y（L）与质量x的数学表达式（假定NH3的转化率

12、为100%）。（2）根据导出的数学关系式求出只生产50% HNO3的所需的水量与只生产90% HNO3的所需的水量。（3）质量比为多少时，进出的水量保持平衡？此时两种产品的总质量为多少？合成氨工业用氢和氮在催化剂作用下直接合成，下表表示在一定温度和压强作用下达到动态平衡时氨的含量。达到平衡时混合气中氨的含量（体积百分比）（氮气和氢气的体积比是13） 右图是一透热性能很好的坚固容器，活塞C可左右移动。其总体积为44.8L，现将400、300大气压的氢气33.6L和400、300大气压的氮气11.2 L充入容器中，当两者反应达到动态平衡时，若保持混合气体的压强仍为400和300大气压，求：（1）容

13、器是向外界放热，还是吸热？（2）试计算充入容器中氮气质量是多少克？（3）活塞C要向左倒移动的距离与容器全长之比是多大？合成氨原料可以由天然气制取其主要反应为：CH4（g）H2O（g）CO（g）3H2（g）（1）1m3（标准状况）CH4按上式完全反应，产生H2 mol。（2）CH4和O2的反应为：2CH4（s）O2（s）2CO（g）4H2（s）。设CH4同时和H2O（g）及O2（g）反应，1m3（标准状况）CH4按上述两式完全反应，产物气体的体积（标准状况）为 。（3）CH4和H2O（g）及富氧空气（O2含量较高，不同富氧空气氧气含量不同）混合反应，产物气体组成如下表：气体COH2N2O2体积/

14、L2560152.5计算该富氧空气中O2和N2的体积比V(O2)V(N2)。（4）若CH4和H2O（g）及富氧空气混合反应的产物中，V(H2)V(N2)31（合成氨反应的最佳比）。则反应中的H2O（g）和富氧空气的体积比为何值？工业中通过如下系列反应以天然气为原料生产氨气；CH4H2OCO3H2 （a）2CH4O22CO4H2 （b）COH2OCOH2 （c）N23H22NH3 （d）假定（i）只发生上述化学反应，以及对二氧化碳的化学吸收，（ii）天然气只含有甲烷，（iii）空气含有0.80摩尔分数的氮气和0.20摩尔分数的氧气，（iv）甲烷在过程（a）和（b）中的转化率是利用调节通入反应（b

15、）中的氧气量来控制的，即通入适量的空气使氮气和氢气的摩尔比刚好保持在13；同时还考虑反应的总效率，即STP时1200 m3的天然气要生成1.00 t氨气。试求：（1）根据以上假定，若天然气的转化率为100%，则每摩尔天然气可生成多少摩尔氨气？（2）在（1）中得出的实际产量是最大产量的百分之几？硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学反应为：2NO2Na2CO3NaNO3NaNO3CO2 NONO2Na2CO32NaNO2CO2 （1）根据反应，每产生22.4L（标准状况下）CO2，吸收液质量将增加 g。（2）配制1000g质量分数为21.2%的纯碱吸收液，需Na2CO310H2O多少克

16、？（3）现有1000g质量分数为21.2%的纯碱吸收液，吸收硝酸工业尾气，每产生22.4L（标准状况）CO2时，吸收液质量就增加44g。计算吸收液中NaNO2和NaNO3物质的量之比。1000g质量分数为21.2%的纯碱在20经充分吸收硝酸工业尾气后，蒸发掉688g水，冷却到0，最多可析出NaNO2多少克？（0时，NaNO2的溶解度为71.2g/100g水）在硝酸生产过程中所排放出来的废气中含有NO和NO2，它们污染环境。（1）现用氨催化还原法将它们转化为无毒气体（填名称） 直接排入空气中，写出有关反应的化学方程式 。假设NO和NO2物质的量之比恰好为11，则两者的混合物相当于一种酸酐。（2）

17、写出由烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式。（3）若用碱液吸收法处理尾气。将含有NO、NO2的废气通入NaOH溶液中， NO、NO2转化为NaNO3、NaNO2而被吸收，消除了污染。2NO22NaOHNaNO3NaNO2H2O NONO22NaOH2NaNO2十H2O下列气体中不可能完全被过量NaOH溶液吸收的是 A 1mol O2与4mol NO2 B 1mol NO与4mol NO2C 1mol O2与4mol NO D 1mol NO与4mol NO2若YNO2VNOx，则x在什么取值范围内，NO、NO2混和气体可能被过量NaOH溶液完全吸收。答： B组采用循环操作可以提高原料的利用率，下列

18、工业生产中，没有采用循环操作的是A 硫酸工业 B 合成氨工业 C 硝酸工业 D 氯碱工业在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是A 使用吸收塔设备 B 使用尾气吸收装置C 使用H2作原料 D 使用催化剂参考右图中温度、压强对平衡氨的百分含量的关系，试评判当前合成氨的最有前途的研究发展方向是A 研制耐强高压的合成塔B 采用超大规模生产以提高经济效益C 提高分离技术D 研制低温催化剂下列有关化工生产的设备、原料和反应条件等项均正确的是A 合成氨：合成塔、空气、水和焦炭、铁触媒、500、3107PaB 氨氧化法制硝酸：沸腾炉、氨气、铂铑合金、800C 接触法制硫酸：氧化炉、硫铁矿、

19、V2O5、400500D 炼钢：转炉、白口铁、生石灰、1600下列关于化工生产原理的几种叙述中，均不符合目前工业生产实际情况的是A 在催化剂作用下氨被空气氧化，将两次氧化的产物被水吸收制成硝酸B 氯气和氢气混和在光照条件下生成氯化氢，用水吸收成盐酸C 二氧化硫在接触室被氧化成三氧化硫，再在吸收塔内被水吸收制成浓硫酸D 用硝酸镁作吸水剂，将稀硝酸浓缩蒸馏得96%以上的浓硝酸氨是最重要的氮肥，是产量最大的化工厂产品之一。目前，世界上采用的合成氨技术是德国人哈伯在1905年发明的他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖、哈伯法合成氨需要在2050MPa的高压和500的高温下，并用铁催化剂，且氨转化率仅1

20、0%15%然而，2001年有两位希腊化学家在美国科学杂志上发表文章，在常压下把氢气和用氦稀释的氮气分别通入一个加热到570的电解池（如图），氢气和氮气在电极上合成了氨，而且转化率可高达78%！（图中涂黑处表示新法合成氨中所用的电解质，它能传导H）。下列说法不正确的是A 新法合成氨的电解地中可以用水溶液作电解质B 新法合成氨的电解池中不能用水溶液作电解质C 新法合成氨的阳极反应为：3H26e6HD 新法合成氨的电解反应为：N23H22NH3氨是产量最大的化工产品，旧法亦称哈伯法，是在2050MPa，500，铁做催化剂下合成的；希腊化学家发明了一种新法，在常压下，把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一

21、个加热到570的电解池，利用能通过氢离子的多孔陶瓷固体作电解质，氢气和氮气在电极上合成了氨，转化率达到78%，有关新法合成氨的说法不正确的是A 新法与旧法相比不需要高温B 新法与旧法相比氮气的转化率高C 新法阴极的电极反应为：N26H6e2NH3D 电解时H从阳极向阴极移动1998年两位希腊化学家在科学杂志上发表论文，称他们在常压下把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570的电解池（右图）中，氢和氮在电极上合成了氨，且转化率达到了78。用来合成氨的电解质在电解池里起传导H离子的作用右（右图），它是一种固体复合氧化物（缩写为SCY），具有钙钛矿晶体构型（最小重复单元见右下图），电解池的两个

22、电极则是吸附在SCY内外表面上的金属钯多晶薄膜。（1）写出上述电解池阴、阳两极发生的反应和电解池的总反应方程式。阳极 ；阴极 ；总反应方程式 。（2）钙钛矿晶体中，每个钛原子周围与它最接近且等距离的钛原子共有 个，氧、钙、钛（Ti）的原子个数比是 。氨氧化制硝酸的反应为：4NH35O24NO6H2O （a） 2NOO22NO2 （b） （空气中） （空气中）3NO2H2O2HNO3NO （c）试设计制备HNO3的实验装置图。并指明反应（a）（b）（c）在何装置中发生。所用的试剂和药品除空气外还有氨水、Cr2O3、铂丝和水。所用仪器是中学化学实验室常用的。合成氨工业中，原料气（N2，H2及少量C

23、O，NH3的混合气）在进入合成塔前常用Cu(NH3)2Ac溶液来吸收原料气中的CO，其反应为：Cu(NH3)2AcCONH3Cu(NH3)3AcCOQ（1）命名：Cu(NH3)2Ac （2）必须除去原料气中的CO的原因是 ；（3）Cu(NH3)2Ac吸收CO的生产适宜条件应是 ；（4）吸收CO的Cu(NH3)2Ac溶液经适当处理后又可再生，恢复其CO的吸收能力以供循环使用，Cu(NH3)2Ac再生的适宜条件是 。HNO3是极其重要的化工原料。工业上制备HNO3采用NH3催化氧化法，将中间产生的NO2在密闭容器中多次循环用水吸收制备的。（1）工业上用水吸收二氧化氮生产硝酸，生成的气体经过多次氧化

24、、吸收的循环操作使其充分转化为硝酸（假定上述过程中无其它损失）。 试写出上述反应的化学方程式。 设循环操作的次数为n，试写出NO2HNO3转化率与循环操作的次数n之间关系的数学表达式。 计算一定量的二氧化氮气体要经过多少次循环操作，才能使95%的二氧化氮转变为硝酸？（2）上述方法制备的HNO3为稀HNO3，将它用水稀释或蒸馏、浓缩可制得不同浓度的HNO3。实验证明：不同浓度的HNO3与同一金属反应可生成不同的还原产物。例如，镁与硝酸反应实验中，测得其气相产物有H2、N2、NO、NO2，液相产物有Mg(NO3)2，NH4NO3和H2O。生成这些产物的HNO3浓度范围为：H2：C6.6mol/L；

25、N2和NH4：C10mol/L；NO：0.1mol/LC10mol/L；NO2：C0.1mol/L。各气相产物成分及含量随HNO3浓度变化曲线如右图所示。 写出Mg与11mol/L的HNO3反应的方程式； 960 mg Mg与1L 4mol/L的HNO3恰好完全反应，收集到224 mL气体（S.T.P）气体，试通过计算写出反应方程式。C组通过Haber反应用N2和H2制取氨时，总压为200atm。试解释为什么需要如此大的压力？如果通过Haber反应制取氨，设计反应条件。N2(g)3H2(g)2NH3(g) H22kca1在氮的化合物的生产中，其中有以下的工艺过程，请你解释：（1）合成氨反应未达

26、平衡，但又接近平衡时，从氨合成塔中放出的气体具有怎样的反应速度？（2）循环气的一部分未返回氨合成塔中，而不断地由一个循环周期中放出？（3）在生产NO的接触器中，当接触时间为104S时，达到NH3转化为NO的最大限度。当接触时间变化时，会发生怎样的不良过程？为什么气流的实际速度要保持稍大于对应于最大转化率的速度？在氮的化合物的生产中，其中有以下的工艺过程，请你解释：（1）合成氨反应未达平衡，但又接近平衡时，从氨合成塔中放出的气体具有怎样的反应速度？（2）循环气的一部分未返回氨合成塔中，而不断地由一个循环周期中放出？（3）在生产NO的接触器中，当接触时间为104S时，达到NH3转化为NO的最大限度

27、。当接触时间变化时，会发生怎样的不良过程？为什么气流的实际速度要保持稍大于对应于最大转化率的速度？化学工业特别注重化学工艺的探索，电解法是科学家不懈探索的课题。下面列举两例：（1）上采用的合成氨技术是德国人哈伯在1905年发明的。他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖。哈伯法合成氨需要2050MPa的高压和500的高温下，并用铁催化剂，且氨转化率仅10%15%。然而，2001年有两位希腊化学家在美国科学杂志上发表文章，在常压下把氢气和用氦稀释的氮气分别通入一个加热到570的电解池（如图），氢气和氮气在电极上合成了氨，而且转化率可高达78%！试问：新法合成氨的电解池中_（填“能”、“不能”）用水溶液作电解质，原因是_；新法合成氨中所用的电解质（图中涂黑处）能传导H，则阳极反应为_，阴极反应为_，总反应式为_。（2）葡萄糖酸钠是一种重要的物质，工业上通常用NaClO氧化法或空气氧化法制备。据2002年的化学世界杂志报道：最近，我国化学家摸索出在碱性介质中电解葡萄糖法制备葡萄糖酸钠，其过程是：将葡萄糖水溶液（可表示为C6H12O6H2O）进行电解，并同时滴加NaOH溶液。电解过程中需维持较稳定的pH值。试问：在电解过程中，电解质溶液的pH值降低，其原因是_。制备葡萄糖酸钠的电解方程式为_。参考答案（76）