课题2 人工固氮技术合成氨.docx

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课题2人工固氮技术合成氨

2018——2019学年北京选修2人教版第一单元课题2　人工固氮技术——合成氨（课堂检测和课后强化训练）

课堂检测

1．下列反应不属于氮的固定的是（　　）

A．N2＋O2

2NO

B．NH3＋HCl===NH4Cl

C．N2＋3H2

2NH3

D．N2＋3Mg

Mg3N2

答案　B

2．对于可逆反应N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH<0，下列说法正确的是（　　）

A．达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等

B．达到平衡后加入氨气，重新达到平衡时，氨气的浓度比原平衡时大

C．达到平衡时，升高温度加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以平衡向逆反应的方向移动

D．加入催化剂可以缩短到达平衡的时间，这是因为加快了正反应的速率，而减慢了逆反应的速率

答案　B

3．合成氨反应达到平衡时NH3的体积分数与温度、压强的关系如下图所示。

根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是（　　）

A．提高分离技术B.研制耐高压的合成塔

C．研制低温催化剂D.探索不用N2和H2合成氨的新途径

答案　C

4．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图所示：

请回答下列问题：

（1）第②步除需要催化剂这个条件外，还需要的条件是____________________。

（2）第①步操作中的原料气的“净化”的目的是_________________________

_________________________________________________________________，

第③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气分离出来。

这种分离物质的方法的原理类似于下列中的________（填字母）。

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______________________________________________

答案　

（1）高温、高压　

（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）8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2

课后跟踪强化训练

1．氮的循环在自然界元素的循环中具有重要的意义，下列过程中，以游离的氮为原料，最终产生氮的化合物的是（　　）

A．由氨制备铵态氮肥B．硝化细菌的硝化过程

C．动物尸体的腐烂D．豆科植物的根瘤菌固氮

答案　D

2．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没有制约作用

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

答案　D

3．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，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低

B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中循环使用，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．我国合成氨厂采用的压强是10～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大

答案　B

4．实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、NH3

D．检验产物可用湿润的红色石蕊试纸或浓盐酸等

答案　B

5．合成氨工业有下列生产流程：

①原料气的制备；②氨的合成；③原料气的净化和压缩；④氨的分离。

其先后顺序正确的是（　　）

A．①②③④B．①③②④

C．①③④②D．②③①④

答案　B

6．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。

哈伯法合成氨需要在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%；最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe（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需要在高温条件下，可节约大量能源

C．新法合成在常温下进行也需要断裂化学键

D．新的催化剂降低了反应所需要的能量

答案　A

7．下图是合成氨的简易流程示意图，沿X路线回去的物质是（　　）

A．N2、H2B．催化剂C．N2D．H2

答案　A

8．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．使用加压条件

C．使用氢气做原料D．使用催化剂

答案　D

[能力题组]

9．用焦炭、空气、水为原料制备NH3的有关反应的化学方程式：

①C＋H2O（g）

CO＋H2

②CO＋H2O（g）

CO2＋H2

③N2＋3H2

2NH3

参加反应的焦炭与生成的氨气的物质的量之比约为（　　）

A．3∶4B．3∶2C．2∶3D．1∶2

答案　A

10．合成NH3所需的H2可由煤与H2O反应制得，其中有一步反应为CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）　ΔH<0。

欲提高CO转化率可采用的方法可能有：

①降低温度；②增大压强；③使用催化剂；④增大CO的浓度；⑤增大水蒸气的浓度，其中正确的组合是（　　）

A．①②③B．④⑤C．①⑤D．②⑤

答案　C

11．氨在国民经济中占有重要的地位。

现在约有80%的氨用来制造化肥，其余的用作生产其他化工产品的原料。

例如，农业上使用的氮肥如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氨水以及各种含氮混合肥料和复合肥料，都是以氨为原料制成的。

（1）综合考虑各种因素，在实际生产中，合成氨一般选择以________为催化剂，压强在________之间，温度在________。

（2）要实现合成氨的工业化生产，首先要解决氢气和氮气的来源问题。

氢气的制取有以下几条途径：

①电解水制取氢气，②由煤或焦炭来制取氢气，③由天然气或重油制取氢气。

你认为哪种方法是最佳选择？

________（填序号），其反应的化学方程式为__________________________________________________

答案　

（1）铁触媒　10～30MPa　400～500℃

（2）③　CH4＋H2O（g）

CO＋3H2、CO＋H2O

CO2＋H2

12．工业合成氨是“将空气变成面包”的反应，合成氨工业在国民经济中占有极其重要的地位，如图所示是合成氨的简要流程图：

Ⅰ.原料气的制备

（1）合成氨所需氮气来自空气，方法之一是将空气液化后再加热分离；请另外设计一种从空气中分离出氮气的方法：

_________________________________。

（2）请写出工业上获得氢气的一种方法（用化学方程式表示）：

__________________________________________________________________。

Ⅱ.原料气的净化

为了防止催化剂“中毒”，原料气在进入压缩机之前必须经过净化、精制处理，“精制”过程通常是将含有少量CO、CO2、O2和H2S等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨（[Cu（NH3）2]Ac）溶液，以获得纯净的原料气。

其中，吸收CO的反应为

CO＋[Cu（NH3）2]Ac＋NH3·H2O

[Cu（NH3）3CO]Ac＋H2O

（1）　ΔH＜0。

（3）为提高CO的吸收率，可采取的有效措施是__________________________。

（4）除去氧气时，氧气将[Cu（NH3）2]Ac氧化为[Cu（NH3）4]Ac2，则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是________。

Ⅲ.氨的合成

（5）工业上合成氨反应的化学方程式为________________________________，

在实际生产中，为了提高氢气的转化率而采取的措施是________（填序号）。

A．降低温度　B．升高温度　C．增大压强　

D．降低压强E．及时移出氨

答案　

（1）将空气与碳作用生成CO2，除去CO2即可得到N2　

（2）C＋H2O（g）

CO＋H2或CO＋H2O（g）

CO2＋H2（其他合理答案也可）

（3）降低温度、增大压强　（4）4∶1

（5）N2＋3H2

2NH3　CE

13．如图所示“合成氨”的演示实验（夹持仪器均已省略）。

在Y形管的一侧用Zn粒和稀H2SO4反应制取H2，另一侧用NaNO2固体和NH4Cl饱和溶液反应制取N2，N2和H2混合后通过还原铁粉来合成NH3，再将产生的气体通入酚酞试液中，若酚酞试液变红，则说明产生了氨气。

某课外活动小组通过查阅资料和多次实验，得到了如下信息：

信息一：

NaNO2固体和饱和NH4Cl溶液混合加热的过程中发生如下反应：

①NaNO2＋NH4Cl

NH4NO2＋NaCl

②NH4NO2

NH3↑＋HNO2

③2HNO2

N2O3↑＋H2O

④2NH3＋N2O3

2N2＋3H2O

信息二：

查阅资料，不同体积比的N2、H2混合气体在相同实验条件下合成氨，使酚酞试液变红所需要的时间如下：

N2和H2的体积比

5∶1

3∶1

1∶1

1∶3

1∶5

酚酞变红色所需

时间/min

8～9

7～8

6～7

3～4

9～10

据此回答下列问题：

（1）Y形管左侧管中发生反应的离子方程式________________________。

（2）铁粉撒在石棉绒上的目的是_______________________________________。

（3）课外活动小组的同学们认为，该实验中即使酚酞变红也不能说明N2和H2反应合成了NH3，得出此结论的理由是_________________________________。

请你另设计一个简单的实验验证你的理由_____________________________

欲解决这一问题，可以选用下图中的________装置连接在原装置中的________和________之间。

（4）在上述实验过程中，为尽快观察到酚酞试液变红的实验现象，应该控制N2和H2的体积比为________比较适宜；但该装置还难以实现此目的，原因是___________________________________________________________________

（5）实验过程中通入试管C中的气体成分有________。

答案　

（1）Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

（2）增大混合气体与催化剂的接触面积，使反应进行得更快

（3）由信息一可知，产生N2的过程中，有可能直接产生氨气　将混合加热产生的气体直接通入酚酞试液，若试液变红，则说明理由成立；否则，说明理由不成立　

③A　B（4）1∶3　无法控制通入B中N2和H2的体积比

（5）NH3、N2、H2

14．合成氨所用的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之间的反应可以为2CH4（g）＋O2（g）

2CO（g）＋4H2（g），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V（标准状况）为________。

（3）CH4和H2O（g）及富氧空气（O2含量较高，不同富氧空气中氧气含量不同）混合反应，产物气体组成如下表：

气体

CO

H2

N2

O2

体积/L

25

60

15

2.5

计算该富氧空气中O2和N2的体积比

＝________________________。

（4）若CH4和H2O（g）及富氧空气混合反应的产物中，

＝

（合成氨反应的最佳比），则反应中的H2O（g）和富氧空气（设富氧空气中O2的体积分数为a）的体积比为_______

答案　

（1）133.9　

（2）3m3

（4）1－