2019-2020年高中化學(xué) 主題1課題2 氨的工業(yè)合成課時(shí)作業(yè) 魯科版選修2.doc

2019-2020年高中化學(xué) 主題1課題2 氨的工業(yè)合成課時(shí)作業(yè) 魯科版選修2 1．合成氨工業(yè)上采用循環(huán)操作主要是為了(　　) A．加快反應(yīng)速率 B．提高NH3的平衡濃度 C．降低NH3的沸點(diǎn) D．提高N2和H2的利用率 【解析】　循環(huán)操作后增大了反應(yīng)物N2和H2的濃度，加快了反應(yīng)速率，提高了NH3的平衡濃度，但主要是提高N2和H2的利用率，不至于浪費(fèi)原料。 【答案】　D 2．合成氨過(guò)程中為提高原料氫氣的轉(zhuǎn)化率而所采取的下列措施中不正確的是(　　) A．不斷將NH3分離出來(lái)　 B．使用過(guò)量的N2 C．采用高溫 D．采用高壓 【解析】　由N2＋3H22NH3的特點(diǎn)可知，高溫平衡左移不利于提高H2的轉(zhuǎn)化率。高壓和減小NH3的濃度均使平衡右移。使用過(guò)量的N2有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率。 【答案】　C 3．對(duì)于合成氨的反應(yīng)來(lái)說(shuō)，使用催化劑和施以高壓，下列敘述中正確的是 (　　) A．都能提高反應(yīng)速率，都對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響 B．都對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間 C．都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)有影響 D．催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，而壓強(qiáng)無(wú)此作用 【解析】　對(duì)化學(xué)反應(yīng)N2＋3H22NH3，催化劑只能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。高壓能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的反應(yīng)方向移動(dòng)。 【答案】　C 4．一氧化碳和氫氣可以合成甲醇，反應(yīng)：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)(正反應(yīng)放熱)。為了增加甲醇的單位時(shí)間產(chǎn)量，工廠應(yīng)采取的正確措施是(　　) A．高溫、高壓 B．低溫、高壓、催化劑 C．低溫、高壓 D．適宜溫度、高壓、催化劑 【解析】　CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)反應(yīng)的特點(diǎn)是：(1)可逆反應(yīng)；(2)放熱反應(yīng)；(3)氣體總體積減小的反應(yīng)。若為了增加甲醇的單位時(shí)間產(chǎn)量，則需要反應(yīng)速率快且反應(yīng)最大限度的正向進(jìn)行，故采用高壓、適宜溫度、催化劑。 【答案】　D 5．反應(yīng)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可變?nèi)莘e的密閉容器中進(jìn)行，下列條件的改變對(duì)其反應(yīng)速率幾乎無(wú)影響的是(　　) ①增加C的量　②將容器的體積縮小一半?、郾３煮w積不變，充入N2使體系壓強(qiáng)增大?、鼙３謮簭?qiáng)不變，充入N2使容器體積變大 A．①④ B．②③ C．①③ D．②④ 【解析】　增加固體的量、恒容時(shí)充入與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體，都對(duì)反應(yīng)速率無(wú)影響。④相當(dāng)于減壓，反應(yīng)速率減小。 【答案】　C 6．合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，氨氣的百分含量與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖，判斷合成氨工業(yè)最有前途的研究發(fā)展方向是(　　) A．研究耐高壓的合成塔 B．研制低溫催化劑 C．提高分離技術(shù) D．探索不用氫氮合成氨的新途徑 【答案】　B 7．用焦炭、空氣、水為原料制備NH3，則參加反應(yīng)的焦炭與產(chǎn)品氨氣之間的物質(zhì)的量之比為(　　) A．3∶4 B．3∶2 C．2∶3 D．1∶2 【解析】　由反應(yīng)：C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2，N2＋3H22NH3可得：C～2H2～NH3。 【答案】　A 8．2 mol氣體A與3 mol氣體B在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋3B(g)2C(g)(放熱)，達(dá)到平衡時(shí)，B轉(zhuǎn)化率為50%，則A轉(zhuǎn)化率為(　　) A．50% B．40% C．30% D．25% 【解析】　由A(g)＋3B(g)2C(g)可知，n(A)轉(zhuǎn)化＝n(B)轉(zhuǎn)化＝3 mol50%＝0.5 mol，則A的轉(zhuǎn)化率為100%＝25%。 【答案】　D 9．將V1L的H2和V2L的N2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡后，混合氣體總體積為V3L(氣體體積均在相同條件下測(cè)定)，則生成NH3的體積是(　　) A．(V1＋V2＋V3)L B．(V1＋V2－V3)L C．(V1＋V2－2V3)L D．[V3－(V1＋V2)]L 【解析】　根據(jù)差量法計(jì)算。 由N2＋3H22NH3，可知NH3～ΔV(減少)， 因ΔV＝(V1＋V2－V3)L，故V(NH3)＝ΔV＝(V1＋V2－V3)L。 【答案】　B 10．一定溫度下，向密閉容器中充入1.0 mol N2和3.0 mol H2，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得NH3的物質(zhì)的量為0.6 mol。若在該容器中開(kāi)始時(shí)N2的物質(zhì)的量為2.0 mol，H2為6.0 mol，則平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量為(　　) A．若為定容容器，n(NH3)＝1.2 mol B．若為定容容器，n(NH3)<1.2 mol C．若為定壓容器，n(NH3)＝1.2 mol D．若為定壓容器，n(NH3)>1.2 mol 【解析】　起始量為原來(lái)的二倍，若在定壓容器中，平衡轉(zhuǎn)化率不變，NH3的平衡量為原平衡的二倍；若在定容容器中，等效于二份原平衡混合氣加壓，轉(zhuǎn)化率增大，NH3的平衡量大于原平衡的二倍。 【答案】　C 11．合成氨工業(yè)的主要反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，回答下列問(wèn)題。 (1)原料N2不能用空氣代替，而必須用純N2，這是因?yàn)開(kāi)____________。 H2來(lái)自水和焦炭，有關(guān)的化學(xué)方程式為：________________________。 原料氣體必須經(jīng)過(guò)凈化的原因是_________________________________。 (2)在合成塔中合成氨要在高溫、高壓和有催化劑的條件下進(jìn)行，試分析各反應(yīng)條件的作用：溫度(500 ℃) ____________________________________。 壓強(qiáng)(5107Pa)__________________________________。 催化劑(鐵觸媒)__________________________________。 (3)從合成塔里出來(lái)的混合氣體中含15%的氨。 ①若N2和H2的轉(zhuǎn)化率相等，則轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。 ②工業(yè)上采用________法將氨分離出來(lái)。 【解析】　(3)利用“三段式”進(jìn)行分析。由于N2和H2轉(zhuǎn)化率相等，則二者起始投料物質(zhì)的量比為1∶3。 　　　 N2(g)＋3H2(g)2NH3 始(mol) 1 3 0 轉(zhuǎn)化(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 1－x 3－3x 2x 則有100%＝15%?x＝0.261 轉(zhuǎn)化率為100%＝26.1%。 【答案】　(1)空氣中的O2與H2混合加熱會(huì)發(fā)生爆炸　C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)， CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 除去原料氣中的雜質(zhì)，防止催化劑中毒 (2)加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間且催化劑在此溫度下活性最大　既加快反應(yīng)速率，也能促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高NH3在平衡混合物中的百分含量　加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間 (3)①26.1%?、诶淠? 12．(xx三明高二檢測(cè))在以煤為主要原料的合成氨工業(yè)中，原料氣氫氣常用下述方法獲得： ①C＋H2O(g)CO＋H2； ②CO＋H2O(g)CO2＋H2； (1)已知CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)；ΔH＝－283.0 kJmol－1； H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g)；ΔH＝－285.8 kJmol－1；寫(xiě)出上述CO與H2O(g)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：__________________________________________。 (2)從反應(yīng)混合物中分離出H2的方法通常是以堿液洗氣，根據(jù)該工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際分析，最好選用下列哪種溶液作為吸收劑？________，理由是 _____________________________________________________。 A．氫氧化鈉溶液　　　　 B．氨水 C．石灰水或石灰乳 (3)在實(shí)驗(yàn)室模擬上述反應(yīng)②，830 ℃時(shí)在1 L的容器中裝入CO和H2O(g)各2 mol使之反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得容器中CO2的濃度為1 molL－1，計(jì)算830 ℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)。 【解析】　(1)由已知條件，根據(jù)蓋斯定律很容易寫(xiě)出CO與H2O(g)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。 (2)混合氣體中存在CO2，可用堿液除去，考慮到工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，可選用氨水，因?yàn)樯傻奶间@可做農(nóng)作物肥料。 (3)　　　　　　CO＋H2O(g)CO2＋H2 初(molL－1): 2 2 0 0 變(molL－1): 1 1 1 1 平(molL－1): 1 1 1 1 故平衡常數(shù)為： K＝＝1。 【答案】　(1)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝＋2.8 kJmol－1 (2)B　該廠有豐富的氨水資源且吸收后形成碳銨，是一種化肥，可取得較好的綜合效益 (3)1 13．利用天然氣合成氨的工藝流程示意圖如圖所示： 依據(jù)上述流程，完成下列填空： (1)天然氣脫硫時(shí)的化學(xué)方程式是___________________________。 (2)n mol CH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO 0.9n mol，產(chǎn)生H2________mol(用含n的代數(shù)式表示)。 (3)K2CO3(aq)和CO2的反應(yīng)在加壓條件下進(jìn)行，加壓的理論依據(jù)是______。 a．相似相溶原理 b．勒夏特列原理 c．酸堿中和原理 (4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于________________________(寫(xiě)出CO2的一種重要用途)。 (5)整個(gè)流程有三處循環(huán)，一是Fe(OH)3循環(huán)，二是K2CO3(aq)循環(huán)，請(qǐng)?jiān)谏鲜隽鞒虉D中指出第三處循環(huán)(循環(huán)方向、循環(huán)物質(zhì))。 【解析】　(1)從圖中看出，脫硫即除去H2S，加Fe(OH)3脫硫的生成物之一是Fe2S3，再應(yīng)用質(zhì)量守恒進(jìn)行分析，可寫(xiě)出化學(xué)方程式。 (2)CH4一次轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)方程式是CH4＋H2O(g)CO＋3H2，生成0.9n mol CO的同時(shí)生成2.7n mol的H2。 (3)在K2CO3(aq)和CO2的反應(yīng)中CO2是氣體，加壓必然是有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率或化學(xué)平衡的問(wèn)題，再分析三個(gè)選項(xiàng)可知，應(yīng)選b。 (4)CO2的用途較多，也是中學(xué)生應(yīng)當(dāng)熟悉的。 (5)合成氨反應(yīng)中，N2和H2的轉(zhuǎn)化率較低，為了提高它們的轉(zhuǎn)化率，在分離出NH3后再將N2和H2循環(huán)使用。 【答案】　(1)3H2S＋2Fe(OH)3===Fe2S3＋6H2O (2)2.7n　(3)b (4)制汽水、做干冰、生產(chǎn)純堿等 14．Ⅰ.合成氨工業(yè)對(duì)化學(xué)的國(guó)防工業(yè)具有重要意義。寫(xiě)出氨的兩種重要用途_____________________________________________。 Ⅱ.實(shí)驗(yàn)室制備氨氣，下列方法中適宜選用的是________________。 ①固態(tài)氯化銨加熱分解?、诠腆w氫氧化鈉中滴加濃氨水?、勐然@溶液與氫氧化鈉溶液共熱　④固態(tài)氯化銨與氫氧化鈣混合加熱 Ⅲ.為了在實(shí)驗(yàn)室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設(shè)計(jì)了如下裝置(圖中夾持裝置均已略去)。 [實(shí)驗(yàn)操作] ①檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性后，關(guān)閉彈簧夾a、b、c、d、e。在A中加入鋅粒，向長(zhǎng)頸漏斗注入一定量稀硫酸。打開(kāi)彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣發(fā)生。在F出口處收集氫氣并檢驗(yàn)其純度。 ②關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶C，打開(kāi)彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗(yàn)純后點(diǎn)燃，然后立即罩上無(wú)底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示。氫氣繼續(xù)在瓶?jī)?nèi)燃燒，幾分鐘后火焰熄滅。 ③用酒精燈加熱反應(yīng)管E，繼續(xù)通氫氣，待無(wú)底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時(shí)，打開(kāi)彈簧夾b，無(wú)底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，片刻后F中的溶液變紅。 回答下列問(wèn)題： (1)檢驗(yàn)氫氣純度的目的是________________。 (2)C瓶?jī)?nèi)水位下降到液面保持不變時(shí)，A裝置內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象是________，防止了實(shí)驗(yàn)裝置中壓強(qiáng)過(guò)大。此時(shí)再打開(kāi)彈簧夾b的原因是________，C瓶?jī)?nèi)氣體的成分是________。 (3)在步驟③中，先加熱鐵觸媒的原因是_________________。 反應(yīng)管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________。 【答案】?、?制化肥、制硝酸?、?②④ Ⅲ.(1)排除空氣，保證安全 (2)鋅粒與酸脫離　盡量增大氫氣的濃度以提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率　N2、H2 (3)鐵觸媒在較高溫度時(shí)活性增大，加快氨合成的反應(yīng)速率　 N2＋3H22NH3