新人教版2019年高中化学选修2课时跟踪训练：二人工固氮技术--合成氨(

新人教版2019年高中化学选修2课时跟踪训练：二人工固氮技术--合成氨(附答案)

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课时跟踪训练(二) 人工固氮技术——合成氨

一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)

1．合成氨工业上采用循环操作，主要是为了( )

A．加快反应速率 B．提高NH3的平衡浓度 C．降低NH3的沸点 D．提高N2和H2的利用率

2．工业上用氢气和氮气合成氨，氢气的主要来源是( )

A．水和碳氢化合物 B．电解水 C．锌和稀硫酸反应 D．液化空气 3．合成氨工业中控制的反应条件应( ) A．温度越高越好 B．压强越大越好

C．混合气体中氢气含量越高越好 D．所选的催化剂活性越大越好

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4．合成氨时既要使氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是( )

①减压 ②加压 ③升温 ④降温 ⑤及时从平衡混合气中分离出NH3 ⑥补充N2或H2 ⑦加催化剂

⑧减小N2或H2的量 A．①④⑤⑦ C．②⑥

B．③⑤⑧ D．②③⑥⑦

5．下列有关催化剂的性质、作用的说法正确的是( )

A．合成氨反应若不使用催化剂，该反应就不能进行

B．反应前后催化剂的质量不改变，但化学性质要改变

C．催化剂能缩短反应到达平衡所用的时间，但催化剂损耗量较大

D．催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率

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6．对于可逆反应3H2(g)是( )

N2(g)＋

2NH3(g)(放热反应)，下列说法正确的

A．达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等

B．达到平衡后加入氨气，重新达到平衡时，氨气的浓度比原平衡时大

C．达到平衡时，升高温度加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以平衡向逆反应的方向移动

D．加入催化剂可以缩短到达平衡的时间，这是因为加快了正反应的速率，而减慢了逆反应的速率

7．在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中氮气的体积占22%，氢气的体积占78%，经合成反应达到平衡后，在相同温度和压强下，气体体积缩小至原体积的95%，氮气的转化率接近于( )

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A．11.5% C．9.75%

B．10.5% D．13.2%

8．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是( )

A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响

B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间

C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有增大压强对化学平衡状态有影响

D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而增大压强无此作用

9．一定条件下，合成氨气反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0%，与反应前的体积相比，反应后体积缩小的百分率是( )

A．16.7% C．80.0%

B．20.0% D．83.3%

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10．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正确的是( )

A．达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，H2的浓度比原平衡也大

B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应的速率，又提高了NH3的产率

C．达到平衡后，缩小容器的体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率

D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，逆反应速率减小

二、非选择题(本题包括4小题，共50分) 11．(12分)工业上合成氨的化学反应为N2(g)＋3H2(g)一定条件2NH3(g) (正反应为放热反应)。

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(1)使用铁触媒催化剂是为了_______________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)通常采用1×10～3×10 Pa的压强，原因是_______________________________

________________________________________________________________________。

(3)选择500 ℃左右的温度进行反应，是由于__________________________________

________________________________________________________________________。

(4)将生成的氨及时从混合气中分离出来，原因是______________________________

________________________________________________________________________。

12．(12分)合成氨工业中，原料气(N2、H2，

7

7

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混有少量CO、NH3)在进入合成塔之前，常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收CO，其化学反应为：CH3COO[Cu(NH3)2]NH3应)。

(1)必须除去

CO

的原因是

＋

CO

＋

CH3COO[Cu(NH3)3]·CO (正反应为放热反

__________________________________________________。

(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收原料气中CO的适宜条件是________________________。

(3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力而循环使用，其再生的条件是________________________。

13．(12分)已知工业合成氨的化学反应为：N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g) (放热反应)。

(1)化工生产条件选定的主要原因是(选填字母序号)________。

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A．温度、压强对化学平衡的影响 B．铁触媒在该温度时活性大

C．工业生产受动力、材料、设备等条件的

(2)改变反应条件，会使平衡发生移动。如下图像表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。

当横坐标为压强时，变化趋势正确的是(选填字母序号)________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是(选填字母序号)________。

(3)当甲烷制氢气合成氨气时，甲烷的转化率为75%时，以5.6×10 L甲烷为原料能够合成________L氨气(假设气体体积均在标准状况下测定)。

14．(14分)为了在实验室中利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下装置(图中夹持

7

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装置均已略去)。

[实验操作] ①检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒，向长颈漏斗中注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气产生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。

②关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。

③用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。

回答下列问题：

(1)检验氢气纯度的目的是

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________________________________________________。

(2)C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是________，防止了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹b的原因是_____________________________________，

C瓶内气体的成分是__________________。 (3)在步骤③中，先加热铁触媒的原因是_______________________________________

________________________________________________________________________。

反应管E中发生反应的化学方程式是________________________________________

________________________________________________________________________。

答 案

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1．选D 合成氨工业上采用循环压缩，将未反应的N2、H2重新压缩到合成塔中，提高了N2、H2的利用率。

2．选A B、C项生产H2成本太高，不符合实际，D项液化空气得N2；A项正确。

3．选D 工业合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol，

－1

似乎压强越大就越有利于平衡向合成氨的方向移动，温度越高达到平衡的时间就越短，易错选A或B。实际上在合成氨的工业生产中，压强不能太大，否则能耗太高，并且对设备的要求高。而根据化学平衡移动原理，此反应温度越低越有利于平衡向正方向移动，但温度太低，则催化剂的催化活性不能很好地发挥，反应速率太慢；为解决上述矛盾，一般选择使催化剂活性最大时的温度。

4．选C 合成氨反应N2(g)＋

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3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g) ΔH<0的特点为：可逆、放热、气体分子总数减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选C。

5．选D 反应前后催化剂的质量和化学性质都没有改变，催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率。

6．选B 反应物和生成物浓度是否相等与反应是否达到平衡状态无关，A不正确；升高温度，不论放热反应还是吸热反应的反应速率都加快，C不正确； 催化剂可以同等程度地改变正逆反应的反应速率，D不正确。

7．选A 设混合气体的体积为100 L，反应掉N2的体积为x。

N2 ＋ 3H2

2NH3

开始 22 L 78 L 0 平衡 22 L－x 78 L－3x 2x

由

题

意

：

.

22 L－x＋78 L－3x22 L＋78 L

＋2x＝95%

解得x＝2.5 L

2.5 L

α(N2)＝×100%＝11.4%。

22 L8．选C 对化学反应N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g)，催化剂只能提高反应速率使

反应达到平衡状态所用的时间缩短，不能使化学平衡发生移动。施以高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的反应方向移动。

9．选A 设达到平衡后混合气体的体积为1L，则其中生成的氨气的体积为1 L×20.0%＝0.2 L。则根据反应的化学方程式有：

N2＋3H2

2NH3 ΔV

1 3 2 2 0.2 L 0.2 L

所以平衡前混合气体的体积为1 L＋0.2 L

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0.2 L

＝1.2 L，因此反应后气体体积缩小率为

1.2 L×100%＝16.7%。

10．选C 达到平衡后，加入N2平衡向正反应方向移动，NH3的浓度增大了，而H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。

11．解析：工业合成氨使用铁触媒是为了提高化学反应速率；采用1×107～3×107 Pa的压强一方面是为了提高反应速率，同时也可以增大反应物的转化率，但更高的压强则受到设备的；选择500 ℃左右的温度，一方面是为了提高反应速率，更主要的是因为催化剂的活性在此

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温度时最大；将生成的氨液化后分离出来可使平衡向右移动，反应物的转化率能大大提高。

答案：(1)提高反应速率

(2)该反应是一个气体体积减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，压强过高，对动力、设备要求过高，成本增大，也会降低经济效益，所以综合考虑，通常采用1×10～3×10 Pa的压强

(3)合成氨的反应是放热反应，温度升高，不利于氨的生成，但温度过低，反应速率很慢，故采用500 ℃左右的适宜温度，且500 ℃左右时催化剂的活性最大

(4)减小生成物氨的浓度，有利于化学平衡向正反应方向移动

12．解析：合成氨流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质。题中指出：在合成氨的过程中必须除去CO，因此CO是属于使催化剂中毒的物质。从吸收CO的化学方程式可得：吸

7

7

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收CO的反应是正反应为气体体积缩小的放热反应，因此为了使CO尽可能地被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动；要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即要使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。

答案：(1)防止CO使催化剂中毒

(2)高压、低温，并于醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液中加入较浓氨水 (3)低压、高温

13．解析：(1)合成氨工业条件的选择，增大压强，加快反应速率，提高氨的产率，升高温度主要是考虑催化剂的活性，故A不正确，B正确；压强不能无限大，要考虑设备、材料、动力的，C正确。

(2)增大压强，平衡正向移动，图像b正确；升高温度，平衡逆向移动，图像a正确。

(3)由CH4合成氨要经过以下化学反应： CH4＋H2O===CO＋3H2 CO＋H2O===CO2＋H2

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3H2＋N22NH3

8

则CH4与NH3之间的对应关系是CH4～NH3

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合成氨的体积为5.6×10 L×75%×＝

3

7

1.12×10 L。

答案：(1)BC (2)b a (3)1.12×10 14．解析：依据本题思路检验氢气纯度的目的是排除空气，保证实验安全；C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是锌粒与酸脱离；此时再打开弹簧夹b的原因是尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率；此时C瓶内气体的成分是N2和H2；在步骤③中，先加热铁触媒的原因是铁触媒在较高温度时活性增大，加快合成氨的反应速率；反应管E中发生反应的化学方程式是N2＋3H2铁触媒2NH3。 △

答案：(1)排除空气，保证实验安全 (2)锌粒与酸脱离 尽量增大氢气的浓度以提高氮

8

8

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气的转化率 N2、H2

(3)铁触媒在较高温度时活性增大，加快合成氨的反应速率 N2＋3H2铁触媒2NH3 △