2019-2020年高中化學(xué)第1單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題2人工固氮技術(shù)-合成氨作業(yè)新人教版.doc
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2019-2020年高中化學(xué)第1單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題2人工固氮技術(shù)-合成氨作業(yè)新人教版 一、氮的存在和氮的固定 1.下列過(guò)程屬于氮的固定的是( ) A.閃電下N2與O2反應(yīng)生成NO B.NO2溶于水生成HNO3 C.工業(yè)上用NH3制造尿素[CO(NH2)2] D.NH3與Cl2反應(yīng)生成N2和HCl 解析:A項(xiàng),N2轉(zhuǎn)化為NO,屬于氮的固定;NO2→HNO3,NH3→CO(NH2)2均為由含氮化合物轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過(guò)程,不是氮的固定;NH3→N2,含氮化合物轉(zhuǎn)化為N2,不屬于氮的固定。 答案:A 2.農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育需要大量的氮養(yǎng)分,除了可用人工固氮方法(合成氨)獲得銨態(tài)氮外,自然界雷電現(xiàn)象也是一種固氮途徑,經(jīng)由雷電固定的氮是硝態(tài)氮(硝酸或硝酸鹽形式),寫(xiě)出氮?dú)廪D(zhuǎn)化為硝酸的化學(xué)方程式 , , 。 解析:電閃雷鳴的雨天,會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象,使空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生成了一氧化氮,一氧化氮又被氧氣氧化成二氧化氮。二氧化氮在雨水中與水反應(yīng)生成硝酸。 答案:N2+O22NO 2NO+O22NO2 3NO2+H2O2HNO3+NO 二、合成氨的反應(yīng)原理 3.哈伯因發(fā)明了由氮?dú)夂蜌錃夂铣砂睔獾姆椒ǘ@得1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?，F(xiàn)向一密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定條件下使該反應(yīng)發(fā)生,有關(guān)說(shuō)法正確的是( ) N2+3H22NH3 A.達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),N2將完全轉(zhuǎn)化為NH3 B.達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),N2、H2和NH3的物質(zhì)的量濃度一定相等 C.達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),N2、H2和NH3的物質(zhì)的量濃度不再變化 D.達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率都為零 解析:合成氨反應(yīng)為可逆反應(yīng),故氮?dú)?、氨氣不能完全轉(zhuǎn)化,化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡,達(dá)到平衡時(shí)正、逆反應(yīng)速率相等,但是不為零。 答案:C 4.合成氨時(shí)采用500 ℃左右的溫度,主要因?yàn)樵摐囟葧r(shí)( ) A.合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率最大 B.氮?dú)獾钠胶廪D(zhuǎn)化率最高 C.鐵觸媒的活性最大 D.氨在平衡混合物中的體積分?jǐn)?shù)最大 解析:溫度越高,化學(xué)反應(yīng)速率越大,A項(xiàng)錯(cuò);合成NH3的反應(yīng)在低溫時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率越大,B項(xiàng)錯(cuò);工業(yè)合成NH3采用500 ℃左右的溫度主要是此時(shí)催化劑活性最大,C項(xiàng)對(duì);500 ℃時(shí)NH3在平衡混合物中的體積分?jǐn)?shù)不一定最大,D項(xiàng)錯(cuò)。 答案:C 5.在合成氨工業(yè)中,采用下列哪些措施可以提高原料氣的轉(zhuǎn)化率( ) ①使用催化劑?、诓捎?00~500 ℃溫度?、鄄捎?107~3107 Pa的壓強(qiáng)?、懿粩鄬狈蛛x出來(lái) A.①③ B.②③ C.③④ D.①④ 解析:根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn),要提高原料的轉(zhuǎn)化率,應(yīng)盡量使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng),應(yīng)為高壓、降低溫度并減小NH3的濃度,故③④合理。 答案:C 6.(雙選)德國(guó)科學(xué)家格哈德埃爾特生日的當(dāng)天獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),以獎(jiǎng)勵(lì)他在表面化學(xué)領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。合成氨反應(yīng)在鐵催化劑表面進(jìn)行時(shí)效率顯著提高,就是埃爾特的研究成果。下列關(guān)于合成氨反應(yīng)的敘述中,正確的是( ) A.鐵作催化劑可加快反應(yīng)速率,且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng) B.將氨從混合氣中分離,有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng) C.升高溫度可以加快反應(yīng)速率,且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng) D.增大壓強(qiáng)可加快反應(yīng)速率,且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng) 解析:催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)速率,但不能使平衡移動(dòng),只能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,A項(xiàng)錯(cuò);將氨從混合氣中及時(shí)地分離出來(lái),可加快反應(yīng)速率,且有利于化學(xué)平衡正向移動(dòng),B項(xiàng)正確;升高溫度能加快反應(yīng)速率,但合成氨反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng),因此升高溫度不利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò);合成氨的反應(yīng)是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng),因此增大壓強(qiáng)可加快反應(yīng)速率,且有利于化學(xué)平衡向著合成氨的方向移動(dòng),D項(xiàng)正確。 答案:BD 7.合成氨時(shí)既要使合成氨的產(chǎn)率增大,又要使反應(yīng)速率加快,可采取的辦法是( ) ①減壓 ②加壓?、凵郎亍、芙禍亍、菁皶r(shí)從平衡混合氣中分離出NH3 ⑥補(bǔ)充N(xiāo)2或H2?、呒哟呋瘎、鄿p小N2或H2的量 A.③④⑤⑦ B.②④⑥ C.②⑥ D.②③⑥⑦ 解析:合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的特點(diǎn)為:正反應(yīng)放熱且氣體體積減小。要使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)且反應(yīng)速率加快,應(yīng)選C。 答案:C (建議用時(shí):30分鐘) 1.將空氣中氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氮的化合物的過(guò)程稱(chēng)為固氮,下圖中能實(shí)現(xiàn)人工固氮的是( ) 解析:A錯(cuò),因?yàn)殚W電作用下的固氮是自然固氮。B錯(cuò),因?yàn)榕c固氮風(fēng)馬牛不相及。C錯(cuò),因?yàn)樗鼘儆谧匀还痰?。D對(duì),因?yàn)镹2+3H22NH3只能靠人工完成。 答案:D 2.可逆反應(yīng)X(g)+2Y(g)2Z(g)(正反應(yīng)吸熱)。為了有利于Z的生成,應(yīng)采用的反應(yīng)條件是( ) A.高溫高壓 B.高溫低壓 C.低溫高壓 D.低溫低壓 解析:該反應(yīng)的特點(diǎn)是:正反應(yīng)是一個(gè)氣體體積縮小的吸熱反應(yīng)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率要快的原理:需要升高溫度、增大壓強(qiáng)、使用正催化劑;根據(jù)平衡移動(dòng)原理,也是升高溫度、增大壓強(qiáng),才有利于Z的生成。 答案:A 3.(雙選)下列關(guān)于氮?dú)?、氫氣合成氨的說(shuō)法中,正確的是( ) A.將氮?dú)狻錃夂铣砂?必須施加高溫、高壓、催化劑等反應(yīng)條件 B.在氮?dú)?、氫氣合成氨的化學(xué)反應(yīng)中,催化劑的性能對(duì)反應(yīng)物的溫度和壓強(qiáng)的高低具有一定的制約作用 C.現(xiàn)代工業(yè)上實(shí)施的合成氨屬于仿生固氮 D.現(xiàn)代工業(yè)上實(shí)施的合成氨屬于人工固氮 解析:生物固氮,是自然界中的一些微生物種群(如豆科植物的根瘤菌)以自身的固氮酶為催化劑,在常溫、常壓下,通過(guò)生物化學(xué)過(guò)程,將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成含氮化合物的固氮過(guò)程。仿生固氮是人為地利用具有固氮酶作用的人造催化劑在常溫、常壓下的固氮。顯然,現(xiàn)代工業(yè)上實(shí)施的合成氨不屬于仿生固氮。 答案:BD 4.某條件下合成氨反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氨的體積分?jǐn)?shù)為25%,若反應(yīng)前后條件保持不變,則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的比是( ) A. B. C. D. 解析:方法一:通過(guò)假設(shè)反應(yīng)前N2、H2的物質(zhì)的量,結(jié)合反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化量與化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系,列方程求算。設(shè)起始時(shí)H2為a mol,N2為b mol,平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量為x mol,則 3H2 + N2 2NH3 起始時(shí)(mol): a b 0 轉(zhuǎn)化量(mol): x 平衡后(mol): x 依題意可得方程式:100%=25% 化簡(jiǎn)得:。 方法二:設(shè)反應(yīng)后平衡時(shí)混合氣體的體積為100 L,則氨氣為25 L,根據(jù)該反應(yīng)的特點(diǎn)知反應(yīng)前混合氣體體積為125 L,則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的比是。 答案:A 5.氮?dú)馀c其他單質(zhì)化合,一般需高溫,有時(shí)還需高壓等條件,但金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮?dú)饣仙傻?。這是因?yàn)? ) ①此反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng) ②此反應(yīng)可能是放熱反應(yīng)?、鄞朔磻?yīng)可能是氮分子不必先分解為原子 ④此反應(yīng)發(fā)生前可能氮分子已先分解成原子 A.①② B.②④ C.②③ D.①④ 解析:氮分子是由兩個(gè)氮原子通過(guò)三鍵結(jié)合起來(lái)的,結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定,如果發(fā)生反應(yīng)時(shí)分子分解成原子會(huì)消耗很多能量,此時(shí)必須在高溫下進(jìn)行。如果鋰和氮?dú)飧鶕?jù)以上原理反應(yīng),同樣必須在高溫下進(jìn)行,而題中明確指出金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮?dú)夥磻?yīng)。因此鋰和氮?dú)夥磻?yīng)時(shí)可能沒(méi)有破壞氮分子(變成原子),且反應(yīng)放熱,可提供反應(yīng)所需能量。 答案:C 6.某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應(yīng):2A(g)+B(g)2M(g) ΔH<0。下列有關(guān)該工業(yè)生產(chǎn)的說(shuō)法正確的是 ( ) A.工業(yè)上合成M時(shí),一定采用高壓條件,因?yàn)楦邏河欣贛的生成 B.若物質(zhì)B價(jià)廉易得,工業(yè)上一般采用加入過(guò)量的B,以提高A和B的轉(zhuǎn)化率 C.工業(yè)上一般采用較高溫度合成M,因溫度越高,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高 D.工業(yè)生產(chǎn)中常采用催化劑,因?yàn)樯a(chǎn)中使用催化劑可提高M(jìn)的日產(chǎn)量 解析:高壓有利于該反應(yīng)的進(jìn)行,但增大壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備的要求大,成本高,若反應(yīng)在常壓條件下轉(zhuǎn)化率已很高就沒(méi)必要采用高壓,A項(xiàng)錯(cuò)誤;增加B的量,可提高A的轉(zhuǎn)化率,但B的轉(zhuǎn)化率不會(huì)增大,B項(xiàng)錯(cuò)誤;升高溫度,平衡逆向移動(dòng),反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低,C項(xiàng)錯(cuò)誤;催化劑能提高化學(xué)反應(yīng)速率,D項(xiàng)正確。 答案:D 7.有關(guān)合成氨工業(yè)說(shuō)法中正確的是( ) A.從合成塔出來(lái)的混合氣體,其中NH3只占15%,所以生產(chǎn)氨的工廠的效率都很低 B.由于氨易液化,N2、H2是循環(huán)使用的,總體來(lái)說(shuō)氨的產(chǎn)率較高 C.合成氨反應(yīng)溫度控制在400~500 ℃,目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) D.合成氨采用的壓強(qiáng)是10~30 MPa,因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大 解析:由于采用循環(huán)操作,故氨的產(chǎn)率較高;控制溫度在400~500 ℃是綜合考慮反應(yīng)速率、平衡移動(dòng)和催化劑的活性溫度;采用壓強(qiáng)10~30 MPa目的是獲得較快的速率、較高的產(chǎn)率以及考慮動(dòng)力、設(shè)備等因素。 答案:B 8.合成氨的溫度和壓強(qiáng)通?？刂圃诩s500 ℃以及1107~3107 Pa的范圍,且進(jìn)入合成塔的N2和H2的體積比為1∶3。經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,在相應(yīng)條件下N2和H2反應(yīng)所得氨的平衡濃度(體積分?jǐn)?shù))如下表所示: 壓強(qiáng) 1107 Pa 3107 Pa 氨的體積分?jǐn)?shù) 19.1% 42.2% 而實(shí)際從合成塔出來(lái)的混合氣體中含氨約為15%,這表明( ) A.表中所測(cè)數(shù)據(jù)有明顯的誤差 B.生產(chǎn)條件控制不當(dāng) C.氨的分解速率大于預(yù)測(cè)值 D.合成塔中的反應(yīng)并未達(dá)到平衡 解析:含氨約為15%小于19.1%,因此N2、H2的轉(zhuǎn)化率仍很低,反應(yīng)正在向著生成氨的方向進(jìn)行,表明合成塔中的反應(yīng)并未達(dá)到平衡。 答案:D 9.在一定條件下,將10.0 mol H2和1.0 mol N2充入恒容密閉容器中,發(fā)生反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g),并達(dá)到平衡狀態(tài),則H2的轉(zhuǎn)化率可能是( ) A.15% B.30% C.35% D.75% 解析:對(duì)可逆反應(yīng)而言,任何一種物質(zhì)都不能完全轉(zhuǎn)化。為方便解題,假設(shè)N2完全轉(zhuǎn)化,則消耗H2的物質(zhì)的量n消耗(H2)=3n(N2)=3.0 mol。 事實(shí)上,N2完全轉(zhuǎn)化是不可能的,因而消耗H2的物質(zhì)的量小于3.0 mol,故H2的最大轉(zhuǎn)化率為: 嶙畬(H2)<100%=30% 故A項(xiàng)正確。 答案:A 10.一密封體系中發(fā)生下列反應(yīng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。如圖所示是某一時(shí)間段中反應(yīng)速率與反應(yīng)進(jìn)程的曲線關(guān)系圖。 回答下列問(wèn)題: (1)處于平衡狀態(tài)的時(shí)間段是 、 、 。 (2)t1、t3、t4時(shí)刻體系中分別是什么條件發(fā)生了變化: 、 、 。 (3)下列各時(shí)間段時(shí),氨的百分含量最高的是 (填字母)。 A.t0~t1 B.t2~t3 C.t3~t4 D.t5~t6 解析:處于平衡狀態(tài)時(shí),正、逆反應(yīng)速率必定相等,從圖中可看出t0~t1、t2~t4、t5~t6時(shí)間段時(shí)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。t1時(shí)刻,條件變化使v(正)、v(逆)都加快,且v(逆)>v(正),平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),對(duì)照反應(yīng)式可看出條件變化應(yīng)是“升高溫度”;t3時(shí)刻,v(正)、v(逆)都同等程度加快,應(yīng)是“加催化劑”;t4時(shí)刻,v(正)、v(逆)都減慢,且v(正)下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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