76合成氨硝酸工业12页44题.docx
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76合成氨硝酸工业12页44题
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B1000℃，1MPaC100℃，0.1MPaD500℃，20～50MPa
．工业上合成氨时一般采用500℃左右的温度，其原因是
①适当提高NH3的合成速率②适当提高H2或NH3的转化率
③提高NH3的产率④催化剂在500℃左右活性最大
A①B①④C②③D①②③④
．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N2＋3H2
2NH3（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
AN2和H2B催化剂CN2DH2
．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
D500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
．对于合成氨的反应来说，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20～50MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
．用焦炭、水、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
A3︰4B3︰2C2︰3D1︰2
．NO2溶于水制硝酸的反应为3NO2（g）＋H2O（l）
2HNO3＋NO（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O2D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
A75.8％B76.8％C77.8％D78.8％
．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NH4NO3。
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100tNH3制硝酸铵时，用于制HNO3的氨为t，可制出NH4NO3t。
．在合成塔反应中，入口气体体积比为N2︰H2︰NH3＝6︰18︰1，出口气体体积比为N2︰H2︰NH3＝9︰27︰8。
则H2的转化率为。
．已知N2＋3H2
2NH3（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：
依据上述流程，完成下列填空：
（1）天然气脱硫时的化学方程式是
（2）nmolCH4经一次转化后产生CO0.9nmol、产生H2mol（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CH4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：
ACH4＋2O2＝CO2＋2H2OBCH4＋H2O（g）＝CO＋3H2
C2CH4＋3H2O（g）＝CO＋CO2＋7H2DK2CO3＋CO2＋H2O＝2KHCO3
ECO＋H2O（g）
CO2＋H2＋热F2H2＋O2＝2H2O
（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）
①固态氯化铵与熟石灰混合加热②固态氯化铵加热分解
③生石灰中滴加浓氨水④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还常有副反应发生：
4NH3＋3O2
2N2＋6H2O。
若忽略装置中残留的气体体积，测得D中有1．0mol／L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__________________。
．Ⅰ．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。
Ⅱ．实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是。
①固态氯化铵加热分解②固体氢氧化钠中滴加浓氨水
③氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热④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]
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。
此时再打开弹簧夹b的原因是，C瓶内气体的成份是。
（3）在步骤③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/m2＝x（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1︰3）
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11.2L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H2mol。
（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
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）＝3︰1（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；
CH4＋H2O→CO＋3H2（a）
2CH4＋O2→2CO＋4H2（b）
CO＋H2O→CO＋H2（c）
N2＋3H2→2NH3（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）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1︰3；同时还考虑反应的总效率，即S．T．P．时1200m3的天然气要生成1.00t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：
2NO2＋Na2CO3→NaNO3＋NaNO3＋CO2↑①
NO＋NO2＋Na2CO3→2NaNO2＋CO2↑②
（1）根据反应①，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Na2CO3·10H2O多少克？
（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。
①计算吸收液中NaNO2和NaNO3物质的量之比。
②1000g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1︰1，则两者的混合物相当于一种酸酐。
（2）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。
2NO2＋2NaOH＝NaNO3＋NaNO2＋H2ONO＋NO2＋2NaOH＝2NaNO2十H2O
①下列气体中不可能完全被过量NaOH溶液吸收的是
A1molO2与4molNO2B1molNO与4molNO2
C1molO2与4molNOD1molNO与4molNO2
②若YNO2︰VNO＝x，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℃、3×107Pa
B氨氧化法制硝酸：
沸腾炉、氨气、铂铑合金、800℃
C接触法制硫酸：
氧化炉、硫铁矿、V2O5、400℃～500℃
D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20～50MPa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%！
（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：
3H2－6e＝6H＋
D新法合成氨的电解反应为：
N2＋3H2
2NH3
．氨是产量最大的化工产品，旧法亦称哈伯法，是在20～50MPa，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：
N2＋6H＋＋6e＝2NH3
D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：
4NH3＋5O2
4NO＋6H2O（a）2NO＋O2→2NO2（b）
（空气中）（空气中）
3NO2＋H2O→2HNO3＋NO（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CO，NH3的混合气）在进入合成塔前常用[Cu（NH3）2]Ac溶液来吸收原料气中的CO，其反应为：
[Cu（NH3）2]Ac＋CO＋NH3
[Cu（NH3）3]Ac·CO＋Q
（1）命名：
[Cu（NH3）2]Ac
（2）必须除去原料气中的CO的原因是；
（3）[Cu（NH3）2]Ac吸收CO的生产适宜条件应是；
（4）吸收CO的[Cu（NH3）2]Ac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）2]Ac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、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）。
①试写出上述反应的化学方程式。
②设循环操作的次数为n，试写出NO2→HNO3转化率与循环操作的次数n之间关系的数学表达式。
③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：
C＜6.6mol/L；N2和NH4＋：
C＜10mol/L；NO：
0.1mol/L＜C＜10mol/L；NO2：
C＞0.1mol/L。
各气相产物成分及含量随HNO3浓度变化曲线如右图所示。
④写出Mg与11mol/L的HNO3反应的方程式；
⑤960mgMg与1L4mol/L的HNO3恰好完全反应，收集到224mL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）△H＝－22kca1
．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10－4S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10－4S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？
．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20～50MPa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：
①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_____________________________；
②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C6H12O6
H2O）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：
③在电解过程中，电解质溶液的pH值降低，其原因是______________________。
④制备葡萄糖酸钠的电解方程式为_______________________________________。
参考答案（76）
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