2022年高中化學(xué) 空氣資源 氨的合成綜合檢測(cè) 魯科版選修2
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1、2022年高中化學(xué) 空氣資源 氨的合成綜合檢測(cè) 魯科版選修2 一、選擇題(本題包括12小題,每小題5分,共60分) 1.工業(yè)上用氫氣和氮?dú)夂铣砂保瑲錃獾闹饕獊?lái)源是( ) A.水和燃料 B.電解水 C.鋅和稀硫酸反應(yīng) D.液化空氣 【解析】 B、C項(xiàng)生產(chǎn)H2成本太高,不符合實(shí)際;D項(xiàng)液化空氣得N2;A項(xiàng)正確。 【答案】 A 2.合成氨工業(yè)有下列生產(chǎn)流程,其先后順序?yàn)? ) ①原料氣制備 ②氨的合成?、墼蠚鈨艋蛪嚎s?、馨钡姆蛛x A.①②③④ B.①③②④ C.④③②① D.②③④① 【解析】 合成氨工業(yè)流程順序:原料氣制備→原料氣凈化和壓縮→氨
2、的合成→氨的分離。 【答案】 B 3.加壓法吸收NO2主要因?yàn)?NO2+H2O2HNO3+NO的反應(yīng)是( ) A.可逆反應(yīng) B.放熱反應(yīng) C.氧化還原反應(yīng) D.氣體總體積縮小的反應(yīng) 【解析】 3NO2+H2O2HNO3+NO是氣體總體積縮小的反應(yīng),加壓使平衡正向移動(dòng),增大NO2的轉(zhuǎn)化率。 【答案】 D 4.硝酸工業(yè)中氧化爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是( ) A.3NO2+H2O===2HNO3+NO B.2NO+O2===2NO2 C.4NH3+5O24NO+6H2O D.Na2CO3+2NO2===NaNO3+NaNO2+CO2 【解析】 氧化爐中發(fā)生的主要
3、反應(yīng)是NH3的催化氧化。 【答案】 C 5.下列有關(guān)濃硝酸的敘述中,錯(cuò)誤的是( ) A.是無(wú)色液體,但常因含少量的Fe3+而呈黃色 B.鋅與硝酸反應(yīng)不能制得氫氣 C.可溶解絕大部分金屬,卻可放在鐵制容器中 D.是具有不穩(wěn)定性的揮發(fā)性的強(qiáng)酸 【解析】 依據(jù)硝酸的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。濃硝酸通常呈黃色是由于NO2溶于硝酸中的原因;硝酸能和絕大多數(shù)金屬反應(yīng),但被還原的元素是氮而不是氫,冷的濃硝酸能使鐵、鋁鈍化,鐵制容器或鋁制容器可用于盛放濃硝酸。 【答案】 A 6.合成氨所用的H2可由煤與水反應(yīng)制得,其中有一步反應(yīng)為CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0,欲
4、提高CO的轉(zhuǎn)化率可采用的方法有:①降低溫度;②增大壓強(qiáng);③使用催化劑;④增大CO的濃度;⑤增大水蒸氣的濃度,其中正確的組合是( ) A.①②③④⑤ B.①⑤ C.①④⑤ D.⑤ 【解析】 該反應(yīng)是一個(gè)氣體總體積不變的放熱反應(yīng),欲提高CO的轉(zhuǎn)化率,可設(shè)法使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),顯然降低溫度可以滿足這一要求;增加水蒸氣的濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率也可以增大;若增加CO的濃度,平衡雖然向右移動(dòng),但CO的總量增大,其轉(zhuǎn)化率反而減小。增大壓強(qiáng)和使用催化劑只能加快反應(yīng)速率,縮短達(dá)到平衡的時(shí)間,而與平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率無(wú)關(guān)。 【答案】 B 7.實(shí)驗(yàn)室合成氨裝置如圖所示
5、,則以下說(shuō)法中錯(cuò)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(dǎo)出的氣體是N2、H2、NH3 D.檢驗(yàn)產(chǎn)物可用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙或濃鹽酸等 【解析】 裝置甲的作用有三點(diǎn):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 8.進(jìn)行氨的催化氧化實(shí)驗(yàn)時(shí),鉑絲不能接觸氨水是因?yàn)? ) A.鉑絲的溫度高,接觸氨水會(huì)使氨氣大量蒸發(fā) B.紅熱的鉑絲將會(huì)和氨發(fā)生反應(yīng),使鉑絲腐蝕 C.防止鉑絲溫度降低,不起催化作用 D.防止爆炸 【解析】 氨的催化氧化是在催化劑存在的條件下加熱,而鉑絲很細(xì),本來(lái)蓄熱就少,若再與液體接觸,溫度降低
6、,即使有催化劑存在也不發(fā)生反應(yīng)。 【答案】 C 9.某工廠用CaSO4、NH3、H2O、CO2制備(NH4)2SO4,其工藝流程如下圖所示,下列推斷不合理的是( ) A.設(shè)計(jì)工藝流程時(shí)也可以先通入CO2后通入NH3 B.生成1 mol (NH4)2SO4至少消耗2 mol NH3 C.CO2可被循環(huán)使用 D.往甲中通入CO2有利于(NH4)2SO4生成 【解析】 由元素守恒可判斷B項(xiàng)正確;從流程圖中可看出,反應(yīng)過(guò)程中需用CO2,而CaCO3煅燒過(guò)程中產(chǎn)生CO2,因此CO2可循環(huán)使用,C項(xiàng)正確;甲中含有足量的NH3,通入CO2,生成CaCO3,有利于生成(NH4)2SO4,D
7、項(xiàng)正確;CO2在CaSO4懸濁液中溶解度很小,故不能先通入CO2,A項(xiàng)錯(cuò)誤。 【答案】 A 10.在一定條件下,進(jìn)入氨合成塔的混合氣體中氮?dú)獾捏w積占22%,氫氣的體積占78%,經(jīng)合成反應(yīng)達(dá)到平衡后,在相同溫度和壓強(qiáng)下,氣體體積縮小至原體積的95%,氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率接近于( ) A.11.5% B.10.5% C.9.75% D.13.2% 【解析】 設(shè)混合氣體的體積為100 L,反應(yīng)掉N2的體積為x。 N2?。?H2 2NH3 開(kāi)始 22 L 78 L 0 平衡 22 L-x 78 L-3x 2x 由題意:=95% 解得x=
8、2.5 L α(N2)=×100%=11.4%。 【答案】 A 11.在相同溫度下,有相同體積的甲、乙兩容器,甲容器中充入1 g N2和1 g H2,乙容器中充入2 g N2和2 g H2。下列敘述中,錯(cuò)誤的是( ) A.化學(xué)反應(yīng)速率:乙>甲 B.平衡后N2的濃度:乙>甲 C.H2的轉(zhuǎn)化率:乙>甲 D.平衡混合氣中H2的體積分?jǐn)?shù):乙>甲 【解析】 乙容器中反應(yīng)物濃度大,反應(yīng)速率快;假設(shè)開(kāi)始時(shí)乙的容器體積是甲的兩倍,則甲與乙達(dá)到相同平衡,再將乙容器體積壓縮至與甲相等,在此過(guò)程中平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),即N2、H2的轉(zhuǎn)化率增大,體積分?jǐn)?shù)減小;因?yàn)閴嚎s時(shí)乙中各物質(zhì)濃度是甲中的二倍,平
9、衡移動(dòng)雖然使N2、H2濃度減小,但仍比甲大。 【答案】 D 12.在一定溫度、壓強(qiáng)下,合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡后,混合氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)為25%。若反應(yīng)前后的溫度、壓強(qiáng)保持不變,則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的比值是( ) A.1∶5 B.1∶4 C.1∶3 D.1∶2 【解析】 同溫、同壓下,氣體的體積之比等于氣體的物質(zhì)的量之比。設(shè)平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為100 mol,則NH3為25 mol,N2和H2的物質(zhì)的量之和為75 mol,根據(jù)反應(yīng)方程式可知,生成25 mol NH3,氣體的總物質(zhì)的量減小25 mol,所以反應(yīng)前氣體的總物質(zhì)的量為125 mol,
10、則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的比值是1∶5。 【答案】 A 二、非選擇題(本題包括4小題,共40分) 13.(10分)工業(yè)合成氨是在一定條件下進(jìn)行的可逆反應(yīng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。其部分工藝流程如下: 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)第②步除需要催化劑這個(gè)條件外,還需要的條件是___________。 (2)第①步操作中的原料氣的“凈化”目的是________,第③步操作中的目的是________。 (3)工業(yè)合成氨反應(yīng)后可以通過(guò)降低混合氣體的溫度而使氨分離出來(lái)。這種分離物質(zhì)的方法的原理類似于下列哪種方法?________(填編號(hào))。 A.過(guò)濾 B.蒸
11、餾 C.分液 D.萃取 你作出這個(gè)判斷的理由是____________________________。 (4)可以用氯氣來(lái)檢驗(yàn)輸送氨氣的管道是否漏氣,如果漏氣則會(huì)有白煙生成。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________。 【解析】 (2)原料氣中往往含有使催化劑中毒的物質(zhì),所以在進(jìn)行原料氣的反應(yīng)前,需要除掉其中的雜質(zhì);工業(yè)合成氨反應(yīng)后的混合氣體中既有氨氣,也有未反應(yīng)的氫氣、氮?dú)猓詾榱颂岣咴蠚獾睦寐?,將未反?yīng)的原料氣進(jìn)行重新利用,這樣可以提高經(jīng)濟(jì)效益。 (3)降低溫度,氨變?yōu)橐簯B(tài),從而進(jìn)行分離,所以跟蒸餾類似,都是通過(guò)改變溫度,使物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生變化而分
12、離。 (4)2NH3+3Cl2===N2+6HCl,生成的HCl又與NH3反應(yīng)生成NH4Cl小顆粒,產(chǎn)生白煙。 【答案】 (1)500 ℃、20~50 MPa (2)防止催化劑中毒 提高原料利用率(或提高經(jīng)濟(jì)效益等) (3)B 通過(guò)溫度的改變而改變物質(zhì)的狀態(tài),達(dá)到分離的目的 (4)8NH3+3Cl2===6NH4Cl+N2 14.(10分)(xx·青島高二質(zhì)檢)以天然氣、焦炭、水、空氣為初始原料,可以制得若干化工產(chǎn)品: 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)合成氨中原料氣體N2來(lái)源于空氣,可采用將空氣________和________等方法,H2可采用上述反應(yīng)①,其化學(xué)方程式為_(kāi)____
13、_____________________。 (2)對(duì)于合成氨N2+3H22NH3 ΔH<0,其中N2與H2體積比高于1∶3的原因是__________________;及時(shí)分離NH3的方法是____________。 (3)制取NH4NO3時(shí),NH3的用途有兩種,制HNO3的量大于與HNO3反應(yīng)的量的原因是___________________________________________。 (4)反應(yīng)⑤的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________________。 (5)發(fā)生反應(yīng)③生成C8H18的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________。
14、 【解析】 (1)由空氣中獲得N2,去掉O2,可采用深冷分離空氣或變壓吸附或膜分離等方法。制取H2的反應(yīng)①為CH4+2H2OCO2+4H2; (2)由于原料氣H2的制取比N2成本高,為了使H2的轉(zhuǎn)化率提高,可提高N2的加入量,故N2與H2體積比高于1∶3;及時(shí)分離NH3,使化學(xué)平衡向右進(jìn)行,可以使NH3冷卻液化分離; (3)由于NH3轉(zhuǎn)化為HNO3的過(guò)程中發(fā)生了反應(yīng):3NO2+H2O===2HNO3+NO及各步反應(yīng)有損失,一般應(yīng)為制HNO3時(shí)NH3用量較大; (4)根據(jù)反應(yīng)條件信息及元素守恒,反應(yīng)⑤應(yīng)為: CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O; (5)根據(jù)反應(yīng)條件信息及元素守恒
15、,反應(yīng)⑤應(yīng)為: 8CO+17H2C8H18+8H2O。 【答案】 (1)深冷分離 變壓吸附 CH4+2H2OCO2+4H2 (2)制H2成本高于制N2,為了提高H2的轉(zhuǎn)化率,可以提高N2的加入量 冷卻使NH3液化 (3)由于NH3轉(zhuǎn)化為HNO3的過(guò)程中,發(fā)生3NO2+H2O===2HNO3+NO及各步反應(yīng)有損失,制HNO3的NH3用量應(yīng)較大 (4)CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O (5)8CO+17H2C8H18+8H2O 15.(10分)某硝酸廠附近的空氣主要污染物為氮的氧化物。為了保護(hù)環(huán)境和綜合利用,可采用氨-堿兩級(jí)吸收法。此法兼有堿吸收和氨吸收兩方法的優(yōu)點(diǎn),其吸收
16、工藝流程如下: (1)排空物質(zhì)的主要成分為_(kāi)_________________。 (2)進(jìn)入吸收塔以前加一個(gè)緩沖器的目的是__________________。 (3)從吸收塔排出的混合液用途之一為_(kāi)_______________________。 空氣的主要污染物為硫的氧化物和氮的氧化物。研究人員設(shè)計(jì)了同時(shí)凈化廢氣中二氧化硫和氮的氧化物的方法,將其轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸,工藝流程如下: 各室中發(fā)生的反應(yīng)如下: a.氧化室:NO2(g)+SO2(g)+H2O(l)===H2SO4(l)+NO(g) ΔH=a kJ·mol-1 b.消除室:NO(g)+NO2(g)===N2O3(
17、g) ΔH=b kJ·mol-1 N2O3(g)+2H2SO4(l)===2NOHSO4(s)+H2O(l) ΔH=c kJ·mol-1 c.分解室:4NOHSO4(s)+O2(g)+2H2O(l)===4H2SO4(l)+4NO2(g) ΔH=d kJ·mol-1 回答下列問(wèn)題: (4)①和②分別為(寫(xiě)化學(xué)式)________、________。 (5)寫(xiě)出SO2、O2和H2O反應(yīng)生成H2SO4的熱化學(xué)方程式: _________________________。 【解析】 在第一個(gè)流程圖中,液氨經(jīng)緩沖器后汽化,與含有N2、O2、NOx的空氣混合,部分NH3與NOx反應(yīng),將
18、N2、O2排空而NH3、NOx用堿液吸收生成亞硝酸鹽和硝酸鹽,其中銨鹽可作肥料,NaNO2可作建筑中水泥摻加劑、食品防腐著色劑等。 在第二個(gè)流程圖中,SO2與NO2在氧化室中反應(yīng),由分解室循環(huán)過(guò)來(lái)的①為NO2,NO與NO2在消除室內(nèi)化合,再被H2SO4轉(zhuǎn)化,由分解室補(bǔ)充過(guò)來(lái)的②為H2SO4。凈化含SO2和NOx(NO、NO2)的廢氣,得到了硫酸和硝酸。 最后一問(wèn),要得出SO2、O2、H2O反應(yīng)生成H2SO4的熱化學(xué)方程式,要消去NO2、NO、N2O3、NOHSO4等物質(zhì)。將題中4個(gè)反應(yīng)由上至下編為①、②、③、④,由(①+②+③)×2+④得:2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l)===2
19、H2SO4(l) ΔH=(2a+2b+2c+d)kJ·mol-1。 【答案】 (1)N2、O2(只填N2也算對(duì)) (2)使氨氣和大氣充分混合 (3)作肥料(其他合理答案也可) (4)NO2 H2SO4 (5)2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l)===2H2SO4(l) ΔH=(2a+2b+2c+d)kJ·mol-1 16.(10分)以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如圖所示(圖中某些轉(zhuǎn)化步驟及生成物未列出): 請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白: (1)已知0.5 mol甲烷與0.5 mol水蒸氣在t °C、p kPa時(shí),完全反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣(合成氣),吸收a kJ熱量,該反應(yīng)的熱
20、化學(xué)方程式是____________。 (2)在合成氨的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,常采取的措施之一是:將生成的氨從混合氣體中及時(shí)分離出來(lái),并將分離出氨后的氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用,同時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃?。?qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的觀點(diǎn)說(shuō)明采取該措施的理由:____________________________。 (3)當(dāng)甲烷合成氨氣的轉(zhuǎn)化率為75%時(shí),以5.60×107 L甲烷為原料能夠合成____________L氨氣。(假設(shè)體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定) (4)已知尿素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為,請(qǐng)寫(xiě)出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式: ①________________________________
21、_______________; ②_____________________________________________。 【解析】 (1)因0.5 mol甲烷與0.5 mol水蒸氣完全反應(yīng)生成一氧化碳和H2吸收了a kJ熱量,則1 mol甲烷與1 mol水蒸氣反應(yīng)需吸收2a kJ的熱量,所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=2a kJ·mol-1。 (2)N2與H2合成NH3的反應(yīng)(N2+3H22NH3)是一個(gè)可逆反應(yīng),在該反應(yīng)中,補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃庥欣谠龃蠓磻?yīng)速率,分離氨和補(bǔ)充氮?dú)馀c氫氣都有利于平衡正向移動(dòng),同時(shí)循環(huán)利用可以節(jié)約原料。 (3)由CH4+2H2O(g)===CO2+4H2的方程式和合成氨的方程式可以推出關(guān)系如下:CH4~4H2~NH3,由此關(guān)系式可以求得V(NH3)=5.60 L×107×75%×=1.12×108 L。 (4)因所寫(xiě)同分異構(gòu)體需含有碳氧雙鍵,根據(jù)價(jià)鍵理論結(jié)合尿素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式很容易寫(xiě)出其同分異構(gòu)體為。 【答案】 (1)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=2a kJ·mol-1 (2)增大氮?dú)夂蜌錃獾臐舛扔欣谠龃蠓磻?yīng)速率;減小氨氣的濃度,增大氮?dú)夂蜌錃獾臐舛染欣谄胶庀蛘磻?yīng)方向移動(dòng) (3)1.12×108
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