2019-2020年高中化學(xué)第1單元走進化學(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,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),寫出氮氣轉(zhuǎn)化為硝酸的化學(xué)方程式 , , 。 解析:電閃雷鳴的雨天,會產(chǎn)生放電現(xiàn)象,使空氣中的氮氣和氧氣反應(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)明了由氮氣和氫氣合成氨氣的方法而獲得1918年諾貝爾化學(xué)獎?，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)說法正確的是( ) N2+3H22NH3 A.達(dá)到化學(xué)平衡時,N2將完全轉(zhuǎn)化為NH3 B.達(dá)到化學(xué)平衡時,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,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,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),故氮氣、氨氣不能完全轉(zhuǎn)化,化學(xué)平衡是動態(tài)平衡,達(dá)到平衡時正、逆反應(yīng)速率相等,但是不為零。 答案:C 4.合成氨時采用500 ℃左右的溫度,主要因為該溫度時( ) A.合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率最大 B.氮氣的平衡轉(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項錯;合成NH3的反應(yīng)在低溫時N2的轉(zhuǎn)化率越大,B項錯;工業(yè)合成NH3采用500 ℃左右的溫度主要是此時催化劑活性最大,C項對;500 ℃時NH3在平衡混合物中的體積分?jǐn)?shù)不一定最大,D項錯。 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?、懿粩鄬狈蛛x出來 A.①③ B.②③ C.③④ D.①④ 解析:根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點,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,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,以獎勵他在表面化學(xué)領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。合成氨反應(yīng)在鐵催化劑表面進行時效率顯著提高,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 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 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 D.增大壓強可加快反應(yīng)速率,且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動 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,只能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間,A項錯;將氨從混合氣中及時地分離出來,可加快反應(yīng)速率,且有利于化學(xué)平衡正向移動,B項正確;升高溫度能加快反應(yīng)速率,但合成氨反應(yīng)是一個放熱反應(yīng),因此升高溫度不利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動,C項錯;合成氨的反應(yīng)是一個氣體體積減小的反應(yīng),因此增大壓強可加快反應(yīng)速率,且有利于化學(xué)平衡向著合成氨的方向移動,D項正確。 答案:BD 7.合成氨時既要使合成氨的產(chǎn)率增大,又要使反應(yīng)速率加快,可采取的辦法是( ) ①減壓?、诩訅骸、凵郎亍、芙禍亍、菁皶r從平衡混合氣中分離出NH3?、扪a充N2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)方向移動且反應(yīng)速率加快,應(yīng)選C。 答案:C (建議用時:30分鐘) 1.將空氣中氮氣轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過程稱為固氮,下圖中能實現(xiàn)人工固氮的是( ) 解析:A錯,因為閃電作用下的固氮是自然固氮。B錯,因為與固氮風(fēng)馬牛不相及。C錯,因為它屬于自然固氮。D對,因為N2+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)的特點是:正反應(yīng)是一個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、使用正催化劑;根據(jù)平衡移動原理,也是升高溫度、增大壓強,才有利于Z的生成。 答案:A 3.(雙選)下列關(guān)于氮氣、氫氣合成氨的說法中,正確的是( ) A.將氮氣、氫氣合成氨,必須施加高溫、高壓、催化劑等反應(yīng)條件 B.在氮氣、氫氣合成氨的化學(xué)反應(yīng)中,催化劑的性能對反應(yīng)物的溫度和壓強的高低具有一定的制約作用 C.現(xiàn)代工業(yè)上實施的合成氨屬于仿生固氮 D.現(xiàn)代工業(yè)上實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,通過生物化學(xué)過程,將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化成含氮化合物的固氮過程。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:通過假設(shè)反應(yīng)前N2、H2的物質(zhì)的量,結(jié)合反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化量與化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)的關(guān)系,列方程求算。設(shè)起始時H2為a mol,N2為b mol,平衡時NH3的物質(zhì)的量為x mol,則 3H2 + N2 2NH3 起始時(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% 化簡得:。 方法二:設(shè)反應(yīng)后平衡時混合氣體的體積為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.氮氣與其他單質(zhì)化合,一般需高溫,有時還需高壓等條件,但金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮氣化合生成氮化鋰。這是因為( ) ①此反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng)?、诖朔磻?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:氮分子是由兩個氮原子通過三鍵結(jié)合起來的,結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定,如果發(fā)生反應(yīng)時分子分解成原子會消耗很多能量,此時必須在高溫下進行。如果鋰和氮氣根據(jù)以上原理反應(yīng),同樣必須在高溫下進行,而題中明確指出金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮氣反應(yīng)。因此鋰和氮氣反應(yīng)時可能沒有破壞氮分子(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)的說法正確的是 ( ) A.工業(yè)上合成M時,一定采用高壓條件,因為高壓有利于M的生成 B.若物質(zhì)B價廉易得,工業(yè)上一般采用加入過量的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,因為生產(chǎn)中使用催化劑可提高M的日產(chǎn)量 解析:高壓有利于該反應(yīng)的進行,但增大壓強對設(shè)備的要求大,成本高,若反應(yīng)在常壓條件下轉(zhuǎn)化率已很高就沒必要采用高壓,A項錯誤;增加B的量,可提高A的轉(zhuǎn)化率,但B的轉(zhuǎn)化率不會增大,B項錯誤;升高溫度,平衡逆向移動,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低,C項錯誤;催化劑能提高化學(xué)反應(yīng)速率,D項正確。 答案:D 7.有關(guān)合成氨工業(yè)說法中正確的是( ) A.從合成塔出來的混合氣體,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,總體來說氨的產(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 D.合成氨采用的壓強是10~30 MPa,因為該壓強下鐵觸媒的活性最大 解析: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、平衡移動和催化劑的活性溫度;采用壓強10~30 MPa目的是獲得較快的速率、較高的產(chǎn)率以及考慮動力、設(shè)備等因素。 答案:B 8.合成氨的溫度和壓強通?？刂圃诩s500 ℃以及1107~3107 Pa的范圍,且進入合成塔的N2和H2的體積比為1∶3。經(jīng)科學(xué)實驗測定,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 1107 Pa 3107 Pa 氨的體積分?jǐn)?shù) 19.1% 42.2% 而實際從合成塔出來的混合氣體中含氨約為15%,這表明( ) A.表中所測數(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。如圖所示是某一時間段中反應(yīng)速率與反應(yīng)進程的曲線關(guān)系圖。 回答下列問題: (1)處于平衡狀態(tài)的時間段是 、 、 。 (2)t1、t3、t4時刻體系中分別是什么條件發(fā)生了變化: 、 、 。 (3)下列各時間段時,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,正、逆反應(yīng)速率必定相等,從圖中可看出t0~t1、t2~t4、t5~t6時間段時反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。t1時刻,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,對照反應(yīng)式可看出條件變化應(yīng)是“升高溫度”;t3時刻,v(正)、v(逆)都同等程度加快,應(yīng)是“加催化劑”;t4時刻,v(正)、v(逆)都減慢,且v(正)下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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