高中化学沪科技版（2020）选择性必修1工业合成氨的生产流程巩固练习

这是一份高中化学沪科技版（2020）选择性必修1工业合成氨的生产流程巩固练习，共18页。试卷主要包含了单选题，填空题，实验题等内容，欢迎下载使用。

2.4工业合成氮同步练习-沪科版高中化学选择性必修1
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题
1．根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是
A．研制耐高压的合成塔 B．采用超大规模的工业生产
C．研制耐低温复合催化剂 D．探索不用H2和N2合成氨的新途径
2．某实验小组利用0.1mol/LNa2S2O3溶液与0.2mol/LH2SO4溶液反应研究外界条件对化学反应速率的影响。设计实验如表：
实验编号
温度/℃
V(Na2S2O3)/mL
V(H2SO4)/mL
V(H2O)/mL
出现浑浊时间/s
①
20
5.0
10.0
0
t1
②
20
5.0
5.0
a
t2
③
50
5.0
10.0
0
t3
下列说法不正确的是
A．实验②中a=5.0
B．t2>t1>t3
C．实验①、②、③均应先将溶液混合好后再置于不同温度的水浴中
D．实验探究了浓度和温度对化学反应速率的影响
3．已知合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)    △H＜0，工业上选择的适宜条件为：500℃、铁作催化剂、2×107~5×107Pa。下列说法正确的是
A．增大压强既加快反应速率，又有利于平衡向合成氨方向移动
B．铁作催化剂既加快反应速率，又有利于平衡向合成氨方向移动
C．升高温度既加快反应速率，又有利于平衡向合成氨方向移动
D．将氨分离出来，既加快反应速率，又有利于平衡向合成氨方向移动
4．NOx是生成光化学烟雾、破坏臭氧层和形成酸雨的前驱气体之一。烟道气中氮氧化物可采用氯气催化脱硝，下图是相同流速不同温度下的脱硝率，反应方程式可表示为2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)2N2(g)＋3H2O(g)。下列说法不正确的是

A．脱硝的适宜温度约400 ℃左右
B．平衡时，其他条件不变，升高温度该反应的平衡常数减小
C．其他条件不变，使用高效催化剂，脱硝率增大
D．单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1：2时，反应达到平衡
5．在一定温度下，在2个容积均为2L的恒容密闭容器中，加入一定量的反应物，发生反应：  ∆H<0，相关数据见表。
容器编号
温度/℃
起始物质的量/mol
平衡物质的量/mol
NO(g)
CO(g)
(g)
Ⅰ

0.4
0.4
0.2
Ⅱ

0.4
0.4
0.24
下列说法不正确的是
A．
B．Ⅰ中反应达到平衡时，CO的转化率为50%
C．达到平衡所需要的时间：Ⅱ<Ⅰ
D．对于Ⅰ，平衡后向容器中再充入0.4mol CO和0.2mol ，平衡正向移动
6．下列说法中操作正确、能达到目的且判断正确的是
说法
操作
目的
判断
A
合成氨时在经济性良好的范围内选择尽可能高的压强
增加转化率和反应速率
正确，压强增大使得反应向右进行
B
向和生石灰混合体系加压
使尽可能被吸收
错误，根据反应的可知，压强增大不能使的分压发生改变
C
向两支盛有2mL的乙二酸试管中滴加1mL浓度分别为和的溶液
探究反应物浓度对反应速率的影响
正确，浓度越大反应速率越快，褪色越快
D
向滴有KSCN溶液的溶液中加入KCl固体
探究浓度对平衡的影响
正确，增加KCl浓度，使平衡移动

A．A B．B C．C D．D
7．接触法制硫酸，接触室中的反应如下：  ，的平衡转化率与压强、温度的关系如下表所示：
温度
平衡时的转化率




450℃
97.5%
99.2%
99.6%
99.7%
550℃
85.6%
94.9%
97.7%
98.3%
在实际生产中，下列条件最适宜的是
A．温度450℃、压强 B．温度550℃、压强
C．温度550℃、压强 D．温度450℃、压强
8．已知反应。下列说法错误的是
A．其他条件不变，压缩体积，正逆反应速率增大
B．C(s)的质量不再改变说明反应已达平衡状态
C．其他条件不变，升高温度，平衡正向移动，平衡常数不变
D．一定条件下，1mol C(s)和1mol (g)反应达到平衡时转化率为10% ，吸收的热量为；相同条件下，1mol (g)和1mol CO(g)反应达到平衡时转化率为10%，放出的热量为，则等于
9．工业合成氨的反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在298 K时，ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1，特定条件下的速率可表示为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，其中k为反应速率常数，下列叙述正确的是
A．该反应在298 K时不能正向自发进行
B．升高温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动
C．反应体系的三种物质中，H2(g)的浓度对反应速率影响最大
D．反应达到一定转化率时将NH3从混合气中分离出去会降低反应速率
10．1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大太满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下图是合成氨生产流程示意图，下列说法不正确的是

A．“干燥净化”可以防止催化剂中毒
B．“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率
C．“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率
D．“铁触媒”在生产过程中需使用外加热源持续加热

二、填空题
11．过氧乙酸(CH3COOOH)不仅在卫生医疗、食品消毒及漂白剂领域有广泛应用，也应用于环境工程、精细化工等领域。实验室利用醋酸(CH3COOH)与双氧水(H2O2)共热，在固体酸的催化下制备过氧乙酸(CH3COOOH)，其装置如图所示。请回答下列问题：

实验步骤：
I．先在反应瓶中加入冰醋酸、乙酸丁酯和固体酸催化剂，开通仪器1和8，温度维持为55℃；
II．待真空度达到反应要求时，打开仪器3的活塞，逐滴滴入浓度为35%的双氧水，再通入冷却水；
III．从仪器5定期放出乙酸丁酯和水的混合物，待反应结束后分离反应器2中的混合物，得到粗产品。
反应中维持冰醋酸过量，目的是提高 ；分离反应器2中的混合物得到粗产品，分离的方法是 。
12．含氮化合物的研发与绿色反展、经济可持续发展有着密切关联。
(1)氨是一种重要化工原料。合成氨原料气H2，可用天然气为原料制得，有关反应能量变化如下图所示。

则用CH4(g)和H2O(g)反应制得H2(g)和CO(g)的热化学方程式为： 。
(2)氮的氧化物有着广泛用途，又是环境的污染物。
(i)在150℃时，将0.4mol NO2气体充入体积为2L的真空密闭容器中，发生反应：2NO2(g) N2O4(g)。
每隔一定时间测定容器内各物质的物质的量，数据如下表：
时间
0
20
40
60
80
n（NO2）/mol
0.40
n1
0.26
n3
n4
n（N2O4）/mol
0
0.05
n2
0.08
0.08
①当反应在1500C达到平衡时，该反应平衡常数K= 。（填数值）
②若最初通入N2O4，在相同条件下达到平衡时，各物质浓度仍然相同，则N2O4的起始浓度应为 。
(ii)氨氧化制HNO3的尾气中含有NO和NO2，且n(NO):n(NO2) =1:1，可用尿素溶液除去，其作用原理是：NO2和NO与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素反应生成对环境无污染的物质。若用1mol尿素吸收该尾气，则能吸收氮氧化物 g。
(3)氨气，CO2在一定条件下可合成尿素，其反应为：2NH3(g)+CO2(g)==CO( NH2)2(s)+H2O(g)
右图表示合成塔中氨碳比a与CO2转化率ω的关系。a为[n(NH3)/n(CO2)]，b为水碳比[n(H2O)/n(CO2)]。则：①b应控制在    ；
A．1.5. 1.6 B．1～1.1 C．0.6～0.7

②a应控制在4.0的理由是 。
13．利用CO2加氢制CH4是实现碳资源可持续利用的有效途径，催化时发生的反应为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。
(1)一定温度下，上述反应能自发进行，反应的ΔH 0(填“>”或“<”)。
(2)某温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中加入1molCO2、4molH2和催化剂进行反应。
①恒温恒容时，为了提高CO2的平衡转化率，可以采取的措施有 。
②当反应达到平衡时，H2的转化率为50%，反应的平衡常数为 。
(3)一定条件下发生上述反应，下列有关说法正确的是 (填字母)。
A．反应的ΔH=E(C=O)+E(H－H)-E(C－H)-E(O－H)(E表示键能)
B．当体系中CO2和CH4物质的量浓度之比保持不变时，反应达到平衡状态
C．适当升高温度、缩小容器的体积均有利于缩短反应到达平衡的时间
D．其他条件不变时，增大CO2的量可提高CO2的平衡转化率
(4)CO2与H2催化反应还可以合成CH3OH，反应的机理如题图所示(其中吸附在催化剂表面的物种用“*”表示)。

过程④的化学方程式为 。
(5)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25℃、101kPa下，已知该反应每转移1mole﹣，放热44.4kJ，该反应的热化学方程式 。
14．工业上用硫铁矿为主要原料抽取硫酸，主要设备有沸腾米，接触室和吸引塔。
（1）硫铁矿在进入沸腾炉前需要粉碎，其目的是 。
（2）为了充分利用反应放出的热量，接触室中应安装 （填设备名称）；吸引塔中填充许多瓷管，其作用是 。
（3）吸收塔排放的尾气中含有少量的SO，防止污染大气、充分利用原料，在排放前必须进行尾气处理并设法进行综合利用。
传统的方法是：尾气中的SO通常用足量氨水吸收，然后再用稀硫酸处理，写出上述过程中的化学反应方程式： ，其优点是 。
创新方法是：将尾气中的SO用NaSO溶液吸收，然后再加热所得溶液，写出上述过程中的化学反应方程式： ，创新方法与传统方法相比，其优点是 。
（4）在硫酸的工业制法中，下列生产操作及说法生产操作的主要原因二者都正确的是 （填序号）
A．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中的SO与杂质反应
B．硫酸生产中常采用高压条件，目的是提高SO的转化率
C．SO被氧化为SO时需要使用催化剂，这样可以提高SO的转化率
D．SO用98.3%浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，有利于SO吸收完全
（5）某硫酸厂若要生产8吨98%的浓硫酸至少需要标准状况下的空气 m( O空气中的体积分数按20%计算)。
15．如图是工业合成氨的工艺，根据流程解答下列问题：

(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式如下：，结合反应的化学方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反应速率 ？哪些措施可以提高氮气或氢气的转化率 ？
(2)工业合成氨中，使用铁触媒作催化剂。
①铁触媒加快化学反应速率的原因是 ；
②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗？简述理由 ；
③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗？ 。
(3)合成氨时选择而不采用常温主要考虑什么因素？ 。
(4)合成氨时一般采用的压强为的原因是 。
(5)合成氨工业中，为提高反应物的转化率，还采取哪些措施 。
16．研究氮氧化物的反应机理对于消除环境污染有重要意义。NO在空气中的反应分两步完成，其反应历程如图所示：

(1)反应Ⅰ和反应Ⅱ中，一个是快反应，会快速建立平衡状态，而另一个是慢反应。
①决定反应速率的是 (填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。
②升高反应体系温度，发现总反应速率反而变慢，其可能原因是 (反应未使用催化剂)。
(2)在恒压、NO和起始浓度一定的条件下，用活性炭对NO进行催化吸附，测得不同温度下NO转化为的转化率随温度的变化如图中实线所示。

①X点之前，升高温度NO转化率升高的原因可能是 (任写一种)。
②实现X点到Z点的方法有 (任写一种)。
③实现Z点到Y点的原因可能是 (任写一种)。
(3)存在如下平衡：  ，在恒温、恒容条件下与的消耗速率与各自的分压(分压=总压×物质的量分数)有如下关系：，，相应的速率与其分压关系如图所示。

①A点与的相对大小： (用“<”连接)。
②在D点情况下，继续通入一定量的气体，达到新平衡时，的转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
③一定温度下， 、与平衡常数 (压力平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计算)间的关系是= 。
17．化工生产中反应条件的调控：
(1)考虑因素：
化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的 和 。
18．在密闭容器中进行下列反应CO2(g)+C(s)2CO(g)    △H＞0，达到平衡后，改变下列条件，则指定物质的浓度及平衡如何变化：
(1)增加C用量，平衡 (填“向正反应方向移动”或“向逆反应方向移动”或“不移动”下同)，c(CO2) 。(填“变大”或“变小”或“不变”下同)
(2)增大密闭容器体积，保持温度不变，则平衡 ，c(CO2) 。
(3)通入He，保持密闭容器体积和温度不变，则平衡 ，C的物质的量 。
(4)保持密闭容器体积不变，降低温度，则平衡 ，c(CO2) 。
19．与研究物质变化一样，研究化学反应中的能量变化同样具有重要意义。
I.的有效回收利用能缓解能源危机。热化学循环还原制的原理如下图所示。

(1)从循环结果看，能量转化的主要方式是 。
(2)在反应中循环使用，其作用是 。
II.已知二甲醚(，常温下呈气态)、的燃烧热分别为1455、286。
(3)请写出表示二甲醚燃烧热的热化学方程式 。
(4)利用二甲醚可制取，总反应为。已知  ，则总反应的 。总反应能自发进行的条件是 。
(5)二甲醚制的总反应分两步完成：
二甲醚水解：  活化能
甲醇与水蒸气重整：  活化能
已知远小于。在恒温恒容容器内，二甲醚与水按1∶3投料进行制氢，请在图中画出甲醇()浓度随时间变化的曲线图 。

20．已知萃取剂A、B中pH对钴离子、锰离子萃取率的影响如图所示，为了除去Mn2＋，应选择萃取剂 (填“A”或“B”)。


三、实验题
21．实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如图：

已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
(1)从如图中选择制取气体的合适装置：氮气 、氢气 。

(2)氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有 、 。

(3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨， (填“会”或“不会”)发生倒吸，原因是 。
(4)用乙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内，铂丝能保持红热，锥形瓶中还可观察到的现象是 。
(5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式： 。
(6)反应结束后锥形瓶内的溶液含有H+、OH-、 、 离子。
(7)实验完毕，在离开实验室之前，应该完成的事项有 (写出2项)。
22．无水碘化钠是一种白色粉末被广泛地应用于石油探测、安检、环境监测等领域。其制备方法如下：
Ⅰ.称取碘、碳酸氢钠，将其混合后置于高纯水中，充分搅拌得到混合溶液一；
Ⅱ.在混合溶液一中加入水合肼()，混合均匀后得到混合溶液二；
Ⅲ.将混合溶液二在50℃温度下反应1h，得到pH为6.5的粗NaI溶液；
Ⅳ.在制得的粗NaI溶液中加入活性炭，混合均匀后静置24h后过滤除杂，并将滤液经减压蒸馏后得到浓缩溶液；
Ⅴ.将浓缩溶液经离心分离除去液体，将固体干燥后得到碘化钠粉体；
Ⅵ.将干燥后的碘化钠粉体置于无水酒精中进行重结晶提纯，干燥后制得99.9%的高纯无水碘化钠粉体。
实验室制取高纯NaI晶体(无色)可按上述步骤进行：按化学计量称取各原料，在三颈烧瓶中(如图)先加入适量的高纯水，然后按、和水合肼的投料顺序分批加入。

已知：
①  
  
②  
③水合肼()具有强还原性，可分别将、和还原为，自身被氧化为(放热反应)；减压可在80℃左右分解为氮气和氨气等。
回答下列问题：
(1)①写出与反应生成的离子方程式： 。
②加入稍过量水合肼与反应的离子方程式为 。
③常温常压时，与溶液反应慢，下列措施不能够加快反应速率的是 (填字母)。
a.将碘块研成粉末        b.起始时加少量NaI
c.将溶液适当加热        d.加大高纯水的用量
(2)与溶液反应适宜温度为50~60℃，温度不宜低于50℃原因是 ，不宜高于60℃原因可能是 ，整个实验过程中都需要开动搅拌器，其目的是 。
(3)所得溶液(含)进行提纯并结晶，可制得高纯NaI晶体。实验方案为：在溶液中加入 [实验中须使用的试剂：活性炭、HI溶液、溶液、溶液、无水乙醇；除常用仪器外须使用的仪器：pH计]。
23．氢化铝锂(LiAlH4)是一种极强的还原剂，在干燥空气中较稳定，在潮湿的空气中会发生剧烈水解，释放大量的H2并燃烧。某实验小组采用LiH和AlCl3的乙醚溶液进行反应，温度控制在28~31 ℃，反应完全后过滤氯化锂沉淀，再将过滤后的氢化铝锂乙醚溶液加苯蒸馏，得到氢化铝锂产品，实验装置如图1所示。已知：乙醚(沸点：34.6 ℃)在空气的作用下能被氧化成过氧化物、醛和乙酸，当乙醚中含有过氧化物时，蒸发后所分离残留的过氧化物加热到100 ℃以上时能引起强烈爆炸。

(1)仪器a的名称是 。制取LiAlH4的实验原理 (用化学方程式表示)。
(2)反应温度控制在28~31℃的原因是 。
(3)制备LiAlH4要在非水溶液中进行，原因是 (用化学方程式表示)。
(4)指出该实验装置可能存在的缺点： 。
(5)氢化铝锂(不含氢化锂)纯度的测定：称取a g LiAlH4样品，按图2所示的装置组装好仪器，倾斜Y形管，将蒸馏水(掺有四氢呋喃)全部注入样品中，在标准状况下，反应前量气管(由碱式滴定管改装而成)读数为V1 mL，反应完毕冷却后，读出量气管读数的操作是 。假设反应完毕后量气管读数为V2 mL，该样品的纯度为 (用含a、V1、V2的代数式表示)。


参考答案：
1．C
2．C
3．A
4．C
5．C
6．A
7．A
8．C
9．C
10．D
11． 双氧水的转化率(利用率) 过滤
12．(1)CH4(g)+H2O(g)＝CO(g)+3H2(g) △H=+171.1KJ/mol
(2) 2.8 0.10mol/L 76g
(3) C a等于4.0， CO2转化率迅速提高到最大值；而a在4.0之后增大，c(NH3)转化率无明显增大

13．(1)<
(2) 向容器中再通入适量H2或再充入1molCO2、4molH2 0.25
(3)BC
(4)*CH3OH+*OH+*H=CH3OH+H2O
(5)4CuCl(s)+O2(g)=2CuCl2(s)+2CuO(s)    △H=-177.6kJ/mol

14． 增大与氧气的接触面积，使燃烧速率加快且更充分，提高原料的利用率 热交换器 增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收 SO2+2NH3+H2O=（NH4）2SO3（或SO2+NH3+H2O=NH4HSO3）、（NH4）2SO3+H2SO4=（NH4）2SO4+SO2↑+H2O[或2NH4HSO3+H2SO4=（NH4）2SO4+2SO2↑+2H2O] 生成的（NH4）2SO4作化肥，二氧化硫可循环利用 SO2+Na2SO3+H2O=2NaHSO3、2NaHSO3SO2↑+Na2SO3+H2O Na2SO3可循环利用 D 13440
15．(1) 升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大 降低温度、增大压强、增大反应物浓度或减小生成物浓度等有利于提高氨气或氢气的转化率
(2) 使用铁触媒作催化剂改变了反应历程，降低了反应的活化能，提高了活化分子的百分数，有效碰撞次数增加，反应速率加快 不能。因为催化剂对化学平衡无影响 能。因为实际合成氨过程为非平衡状态下进行，反应速率大，单位时间里生产的氨气的量多
(3)考虑速率因素，时催化剂的催化活性最好
(4)合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资将降低综合经济效益，故一般采用的压强为
(5)使氨气变成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用

16．(1) 反应Ⅱ 温度升高后反应Ⅰ平衡逆向移动，导致浓度减小，温度升高对反应Ⅱ的影响弱于浓度减小对反应Ⅱ的影响，导致反应Ⅱ速度变慢，最终总反应速率变慢
(2) 升高温度，反应速率加快或升高温度，催化剂活性增强 延长反应时间或增大压强 温度升高，平衡逆向移动
(3) 增大 2k2·

17． 成本 实际可能性
18．(1) 不移动 不变
(2) 向正反应方向移动 变小
(3) 不移动 不变
(4) 向逆反应方向移动 变大

19．(1)太阳能转化为化学能
(2)催化剂
(3)  
(4) 129kJ/mol 高温
(5)

20．B
21．(1) a b
(2) 干燥气体 控制氮气和氢气的流速
(3) 不会 混合气体中含有大量难溶于水的氮气 、氢气两种气体
(4)有红棕色气体产生
(5)
(6)
(7)①清点、整理、洗涤仪器或玻璃器皿；②处理好废疲杂物等带出或扔垃圾筒；③按要求摆好仪器，不得私自带走；④检查水、电等开关是否关好；任写两条即可。

22．(1) d
(2) 温度过低，反应速率过慢 易升华 使物质混合均匀，散热、让气体逸出
(3)活性炭过滤，向滤液中依次加入过量的溶液、溶液并过滤，在滤液中加入HI溶液并用pH计测定大约为6.5，滤液经减压蒸馏后得到浓缩溶液，将浓缩溶液经离心分离除去液体，将干燥后的碘化钠粉体置于无水酒精中进行重结晶提纯

23．(1) 恒压分液漏斗 4LiH+AlCl3LiAlH4+3LiC1↓
(2)温度过低，反应速率过慢，温度过高会导致乙醚挥发
(3)LiAlH4+4H2O=Al(OH)3↓+LiOH+4H2↑
(4)冷凝管直接与空气相通，会造成空气中的水蒸气进入反应装置，导致安全事故发生
(5) 调节水准管与量气筒至液面相平，平视量气管内凹液面的最低处