2018高中化學 第一單元 走進化學工業(yè) 1.2 人工固氮技術(shù)——合成氨課時過關(guān)能力提升 新人教版選修2.doc

《2018高中化學 第一單元 走進化學工業(yè) 1.2 人工固氮技術(shù)——合成氨課時過關(guān)能力提升 新人教版選修2.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018高中化學 第一單元 走進化學工業(yè) 1.2 人工固氮技術(shù)——合成氨課時過關(guān)能力提升 新人教版選修2.doc（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

課題2　人工固氮技術(shù)——合成氨 課時過關(guān)能力提升 1為了進一步提高合成氨的生產(chǎn)效率,科研中最具有開發(fā)價值的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.尋找N2的新來源 B.研制低溫下活性較大的催化劑 C.研制500 ℃左右時活性較大的催化劑 D.研制耐高溫、高壓的材料,用于建造氨合成塔 解析：根據(jù)平衡移動原理可知,低溫有利于氨的合成。 答案：B 21913年德國化學家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法,從而大大滿足了當時日益增長的人口對糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖,其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是(　　) A.①②③ B.②④⑤ C.①③⑤ D.②③④ 解析：合成氨反應(yīng)為氣體分子總數(shù)減小的放熱反應(yīng),操作①是為了除去雜質(zhì),防止催化劑中毒;②增大壓強,有利于該反應(yīng)向右進行,能夠提高原料轉(zhuǎn)化率;③催化劑只能加快反應(yīng),不影響化學平衡,故不能提高原料轉(zhuǎn)化率;④將產(chǎn)物NH3液化分離和⑤循環(huán)操作,均能使原料被更充分地利用,提高原料的轉(zhuǎn)化率。 答案：B 3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 D.提高N2和H2的利用率 解析：合成氨工業(yè)采用循環(huán)壓縮,將N2、H2壓縮到合成塔中,提高了N2、H2的利用率。 答案：D 4合成氨生產(chǎn)過程采取的措施與化學平衡移動原理無關(guān)的是(　　) A.選擇適當?shù)臏囟? B.增大體系壓強 C.使用鐵觸媒作催化劑 D.不斷分離液氨 解析：催化劑只能改變反應(yīng)速率,對平衡移動無影響。 答案：C 5下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中,正確的是(　　) A.從合成塔出來的混合氣體中,氨氣占15%,所以生產(chǎn)氨的工廠效率都很低 B.由于氨易液化,N2和H2在實際生產(chǎn)中循環(huán)使用,所以總體來說,氨的產(chǎn)率很高 C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500 ℃,目的是使化學平衡向正反應(yīng)方向移動 D.我國合成氨廠采用的壓強是10~30 MPa,因為該壓強下鐵觸媒的活性最大 解析：雖然從合成塔出來的混合氣體中NH3只占15%,但由于原料氣N2和H2循環(huán)使用和不斷分離出液氨,所以生產(chǎn)NH3的效率還是很高的,A項錯誤;控制反應(yīng)溫度為500 ℃,一是為了使反應(yīng)速率不至于很低,二是為了使催化劑活性最大,C項錯誤;增大壓強有利于NH3的合成,但壓強越大,需要的動力越大,對材料的強度和設(shè)備的制造要求越高,我國的合成氨廠一般采用1107~3107 Pa,但這并不是因為該壓強下鐵觸媒的活性最大,D項錯誤。 答案：B 6實驗室合成氨裝置如右圖所示,則以下說法中錯誤的是(　　) A.裝置甲的作用之一是干燥 B.裝置甲的作用是化合 C.乙處導出的氣體是N2、H2、NH3 D.檢驗產(chǎn)物可用濕潤的紅色石蕊試紙或濃鹽酸等 解析：裝置甲的作用有三點:①干燥氣體;②觀察氣體逸出速率便于控制比例;③使氣體混合均勻。 答案：B 7合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義。哈伯法合成氨需要在10~30 MPa的高壓和500 ℃的高溫下,并用鐵作為催化劑,氨的轉(zhuǎn)化率為10%~15%;最近美國俄勒岡大學的化學家使用了一種名為 trans-Fe(DMeOPrPE)2Cl2的催化劑,在常溫下合成了氨。下列有關(guān)說法中錯誤的是(　　) A.哈伯法合成氨是吸熱反應(yīng),新法合成氨是放熱反應(yīng) B.新合成法和哈伯法相比不需要在高溫條件下,可節(jié)約大量能源 C.新合成法能在常溫下進行也需要斷裂化學鍵 D.新的催化劑降低了反應(yīng)所需要的能量 解析：吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)是由反應(yīng)物和生成物所具有能量的相對大小決定的,與反應(yīng)的條件無關(guān),A錯誤;根據(jù)題意可判斷利用催化劑降低了反應(yīng)所需能量,所以反應(yīng)在常溫下可以進行,可節(jié)約大量能源。 答案：A 8合成氨工業(yè)的化學反應(yīng)原理如下: N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJmol-1 (1)該反應(yīng)的特點是　　　　　　、　、 　　　　　。 (2)綜合運用化學反應(yīng)速率的影響因素和化學平衡移動原理分析,工業(yè)生產(chǎn)中合成氨的適宜條件是①增大　　　　　　濃度;②溫度:　; ③壓強:　　　　　　;④催化劑:　。 解析：合成氨反應(yīng)是一個正反應(yīng)放熱、氣體分子總數(shù)減小的可逆反應(yīng),增大反應(yīng)物濃度、增大壓強,反應(yīng)速率加大,平衡右移,這對合成氨都是極為有利的條件,但壓強大對設(shè)備的要求也高,所以根據(jù)實際選擇適宜的壓強。升高溫度反應(yīng)速率加大,但平衡左移,反應(yīng)程度減小了,結(jié)合催化劑的活性,選擇一個適當?shù)臏囟纫彩欠浅１匾摹? 答案：(1)可逆反應(yīng)　正反應(yīng)是氣體分子總數(shù)減小的反應(yīng) 正反應(yīng)是放熱反應(yīng) (2)反應(yīng)物　400~500 ℃　10~30 MPa　以鐵為主的催化劑 9工業(yè)上合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。 (1)使用鐵觸媒作催化劑是為了　。 (2)通常采用1107~3107 Pa的壓強,原因是 　。 (3)選擇400~500 ℃的溫度進行反應(yīng),是由于 　。 (4)將生成的氨氣及時從混合氣體中分離出來,原因是 　。 解析：合成氨反應(yīng)是氣體分子總數(shù)減小的放熱反應(yīng),根據(jù)化學反應(yīng)速率和化學平衡原理,并結(jié)合生產(chǎn)實際綜合分析。 答案：(1)提高反應(yīng)速率 (2)該反應(yīng)是一個氣體分子總數(shù)減小的反應(yīng),增大壓強,有利于化學平衡向右移動 (3)合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高,不利于氨氣的生成,但溫度過低,反應(yīng)速率很小,故需采用400~500 ℃的溫度,且此時催化劑的活性最大 (4)減小生成物氨的濃度,有利于化學平衡向右移動 10德國化學家哈伯是一個倍受爭議的人。詛咒哈伯的人說:他是魔鬼,給人類帶來災(zāi)難、痛苦和死亡——因為是他第一個將毒氣應(yīng)用于戰(zhàn)爭。贊揚哈伯的人說:他是天使,為人類帶來豐收和喜悅,是用空氣制造面包的圣人——因為他是合成氨工業(yè)的奠基人。請回答下列各題。 (1)哈伯是合成氨工業(yè)的奠基人,為什么就說他是用空氣制造面包的圣人:　。 (2)氮的固定主要有三種形式:　　　　　　　　、　　　　　　　　和　　　　　　　　。 (3)合成氨過程中主要解決三個技術(shù)問題。 ①條件的控制。從合成氨所需的反應(yīng)條件看,高壓和低溫有利于反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的提高,而在工業(yè)上選擇10~30 MPa的較高壓強和500 ℃的溫度來進行反應(yīng)。工業(yè)上采用500 ℃的溫度來進行反應(yīng),可用以下三條理由來解讀:a.若溫度太高,從溫度對化學反應(yīng)平衡影響的角度說　　　　　　　　;b.若溫度太低,從溫度對化學反應(yīng)速率影響的角度說　; c.500 ℃,　　　　　　　　。 ②原料氣的制備。氮氣的制備,目前采取的方法是　　　　　　　　　　　　。工業(yè)上利用甲烷經(jīng)兩次轉(zhuǎn)化生產(chǎn)氫氣,其方案如圖所示: 寫出一次轉(zhuǎn)化和二次轉(zhuǎn)化的化學方程式:(不必寫反應(yīng)條件)　　　　　　　　　;　。 若一次轉(zhuǎn)化和二次轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率均為90%,則n mol甲烷能產(chǎn)生H2　　　　mol。 ③工藝流程的設(shè)計。該技術(shù)主要解決的問題是　　　　　　　　　　　　。采取的操作是　　　　　　　　　　　　　。 解析：(3)②由第一次轉(zhuǎn)化的化學方程式CH4+H2O(g)CO+3H2,n mol甲烷產(chǎn)生H2 3n90% mol=2.7n mol;由兩次轉(zhuǎn)化得關(guān)系式:CH4→CO→H2,即第二次轉(zhuǎn)化產(chǎn)生H2 n90%90%=0.81n mol;故共產(chǎn)生H2 2.7n mol+0.81n mol=3.51n mol。 答案：(1)氨氣可制氮肥,大幅度提高了農(nóng)作物產(chǎn)量(或其他合理說法也可) (2)豆科植物的根瘤菌固氮　雷雨作用固氮　工業(yè)合成氨(或人工固氮) (3)①平衡混合物中氨的含量太低　化學反應(yīng)速率太小　催化劑活性較大 ②壓縮空氣分離法　CH4+H2O(g)CO+3H2 CO+H2O(g)CO2+H2　3.51n?、厶岣咴系睦寐省⊙h(huán)操作 11某企業(yè)生產(chǎn)氨氣的流程如下: 請回答下列問題: (1)操作①的名稱是　　　　　　　,操作④的名稱為　　　　　　　。 (2)寫出②的化學方程式　　　　　　　　　　　　　。 (3)合成塔出來的高溫高壓氣體中僅含體積分數(shù)為25%的氨氣,從混合氣中分離出氨氣的操作是　　　　　　　　　,分離出的氮氣和氫氣則重新回到合成塔中。 (4)檢驗合成塔中出來的氣體中含有氨氣的方法是　　　　　　　　　　　　　　。 (5)下列屬于氮的固定的是　　　　　。 A.由氮氣合成氨 B.由氨制氯化銨 C.雷雨天氣由氮氣得硝酸鹽 D.碳酸氫銨受熱分解 答案：(1)干餾　蒸餾 (2)C+H2O(g)CO+H2 (3)壓縮液化 (4)將濕潤的紅色石蕊試紙置于氣體中,若試紙變藍,則說明含有NH3 (5)AC 12某化學學習小組決定在實驗室模擬工業(yè)生產(chǎn)原理制備少量氨氣,設(shè)計了如下實驗。 ①連接好裝置并檢查實驗裝置的氣密性后,制備少量氫氣并檢驗氫氣純度; ②用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉,得到氫氣與氮氣的混合氣體; ③用鐵觸媒催化使氫氣與氮氣反應(yīng)生成氨氣; ④檢驗氨氣的生成。 (1)檢驗氫氣純度的目的是　　　　　　　　　　　　　　　; (2)上述各裝置的接口正確的連接順序為　　　　　　; (3)操作②時,彈簧夾a、b、c的開、關(guān)情況為　　　　　,如何判斷氧氣已經(jīng)完全被消耗掉　　　　　　　　　　　　　　　　; (4)在步驟③中,先加熱鐵觸媒,后通混合氣體的原因是　　　　　　　　　　,反應(yīng)管D中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　; (5)若有氨氣生成,現(xiàn)象為　　　　　　　　　　　　　　　; (6)該裝置　　　　　(填“有”或“無”)缺點,若填有,改進措施為　　　　　　　　　　　　　　　　　。 解析：點燃易燃氣體時,若氣體中混有空氣(氧氣),點燃會發(fā)生爆炸,故點燃之前一定要檢驗純度;根據(jù)實驗步驟的先后,可確定各裝置的接口順序為①⑤④②③⑥;用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉時,應(yīng)該關(guān)閉彈簧夾b、c,打開a;在C中點燃氫氣,當火焰熄滅時,則氧氣被消耗掉;由于鐵觸媒有一定的活性溫度要求,故先加熱鐵觸媒,再通混合氣體;若產(chǎn)生氨氣,溶于水顯堿性,會使E中溶液變紅;為防止催化劑中毒,應(yīng)該在反應(yīng)前把氫氣與氮氣的混合氣體干燥,另外氨氣是一種污染性氣體,不能直接排入大氣中,應(yīng)該設(shè)有尾氣處理裝置。 答案：(1)防止因氫氣不純而發(fā)生爆炸 (2)①⑤④②③⑥ (3)關(guān)閉彈簧夾b、c,打開a　氫氣在C瓶內(nèi)燃燒,火焰熄滅時,證明氧氣完全被消耗掉 (4)鐵觸媒在較高溫度時活性增大,加快合成氨的反應(yīng)速率　N2+3H22NH3 (5)E中溶液變紅 (6)有　氫氣與氮氣的混合氣體應(yīng)該先通過干燥裝置,再通入反應(yīng)裝置,⑦后連接一個吸收氨氣的裝置 ★13如圖是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的流程: 合成塔中內(nèi)置鐵觸媒,氧化爐中內(nèi)置Pt-Rh合金網(wǎng),其合成原理為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJmol-1。請回答下列問題: (1)1909年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨。2007年化學家格哈德埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應(yīng)過程,示意如下: 、、分別表示N2、H2、NH3。圖⑤表示生成的NH3離開催化劑表面,圖②和圖③的含義分別是　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)下圖是實驗室模擬工業(yè)合成氨的簡易裝置。簡述檢驗有氨氣生成的方法:　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)在298 K時,將10 mol N2和30 mol H2通入合成塔中,放出的熱量小于924 kJ,原因是　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)圖②表示N2、H2被吸附在催化劑表面,圖③表示在催化劑表面,N2、H2的化學鍵斷裂 (2)把濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處,若試紙變藍,則說明有氨氣生成 (3)該反應(yīng)是可逆反應(yīng),10 mol N2與30 mol H2不可能完全反應(yīng),所以放出的熱量小于1092.4 kJ=924 kJ