合成氨条件的选择知识点题库

1905年德国化学家哈伯发明了合成氨的方法，他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖．哈伯法合成氨需要20﹣50Mpa的高压和500℃的高温下，用铁作催化剂，且氨的产率为10%﹣15%.2005年美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe（DMeOPrPE）₂Cl₂的铁化合物作催化剂，在常温常压下合成出氨，反应可表示为N₂+3H₂=2NH₃ ，下列有关说法正确的是（　　）

A . 不同的催化剂对化学反应速率的影响均相同 B . 哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应 C . 新法合成能在常温下进行是因为不需要锻炼化学键 D . 新法合成与哈伯法相比不需要在高温条件下，可节约大量能源，极具发展愿景

工业上用H₂和N₂合成氨的反应是放热反应，在氨的实际合成生产时温度常控制在700K左右，原因是（　　）

A . 高温有利于提高反应的转化率 B . 高温可加快反应的限度 C . 700K时反应催化剂活性最强 D . 高温可加才可以自发向右进行

已知：N₂+3H₂⇌2NH₃△H＜0．工业合成氨应选择的条件是（　　）

A . 高温、高压 B . 低温、低压、催化剂 C . 适宜的温度、高压、催化剂 D . 低温、高压、催化剂

合成氨工业中，原料气（N₂、H₂及少量的CO、NH₃的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（I）溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：

[Cu（NH₃）₂CH₃COO]+CO+NH₃⇌[Cu（NH₃）₃]CH₃COO•CO（正反应为放热反应）

（1）必须除去原料气中CO的原因是

（2）醋酸二氨合铜（I）吸收CO的生产适宜条件是

（3）吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，醋酸铜氨溶液再生的适宜条件是

氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题．

（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值．

反应	大气固氮 N₂(g)+O₂(g)⇌2NO(g)		工业固氮 N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)
温度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10^-31	0.1	5×10⁸	0.507	0.152

①分析数据可知：大气固氮反应属于（填“吸热”或“放热”）反应．

②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因

③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因

（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N₂的平衡转化率在不同压强（р₁、р₂）下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是（填“A”或“B”）；比较р₁、р₂的大小关系

（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是

（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N₂（g）+6H₂O⇌4NH₃（g）+3O₂（g），则其反应热△H=

（已知：N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g）△H=﹣92.4kJ•mol^﹣1 ， 2H₂（g）+O₂（g）⇌2H₂O（l）△H=﹣571.6kJ•mol^﹣1）

合成氨对化学工业和国防工业有重要意义．若向合成塔中按物质的量之比l：4充入N₂、H₂进行氨的合成，图A为T℃时平衡混合物中氨气的体积分数与压强（p）关系图．

（1）图A中压强为10MPa时，N₂的转化率为

（2）已知：在合成氨反应中，升高温度H₂的转化率降低．

①若图B中T=450℃，则温度为500℃时对应的曲线是（填“a”或“b”）．

②该反应达到平衡时某物理量随温度变化如图C所示，纵坐标可以表示的物理量有

a．H₂的逆反应速率

b．N₂的质量百分含量

c．NH₃的体积分数

d．混合气体的平均相对分子质量．

氨是重要的化工产品之一，研究合成氨反应具有重要意义．σ

（1）已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：N≡N 946.0kJ•mol^﹣1、H﹣H 436kJ•mol^﹣1、N﹣H 390.8kJ•mol^﹣1 ，写出以N₂（g）和H₂（g）为原料合成NH₃（g）的热化学方程式

（2）某小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，实验结果如图1所示：

①t₁时刻改变的条件为

②t₂时刻，恒压充入氦气，t₃时刻达到平衡．在图中画出t₂时刻后的速率变化图象．

（3）相同温度下，A、B、C三个密闭容器，A、B恒容，C带有可自由移动的活塞K，各向其中充入如图2所示反应物，初始时控制活塞K，使三者体积相等，一段时间后均达到平衡．

①达到平衡时，A、C两个容器中NH₃的浓度分别为c₁、c₂ ，则c₁ c₂（填“＞”、“＜”或“=”）．

②达到平衡时，若A、B两容器中反应物的转化率分别为α（A）、α（B），则 α（A）+α（B） 1（填“＞”、“＜”或“=”）．

③达到平衡时，若容器C的体积是起始时的 $\text{[math]}$ ，则平衡时容器C中H₂的体积分数为

（4）直接供氨式碱性燃料电池（DAFC），以KOH溶液为电解质溶液，其电池反应为 4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，则负极的电极反应式为

依据事实，写出下列反应的热化学方程式．

（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO₂和液态水时放热22.68kJ．则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为
（2）若适量的N₂和O₂完全反应，每生成23g NO₂需要吸收16.95kJ
（3）已知拆开1mol H﹣H键，1molN﹣H键，1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则N₂与H₂反应生成NH₃的热化学方程式为．

从化学反应速率和化学平衡两个角度考虑，合成氨应采用的条件是（）

A . 低温、高压、催化剂 B . 低温、低压、催化剂 C . 适当温度、高压、催化剂 D . 高温、高压、催化剂

合成氨工业采用下列措施是为了使平衡正向移动而提高反应物转化率的是（）

A . 采用高温 B . 采用高压 C . 使用催化剂 D . 以上均不对

目前工业合成氨的原理是：

N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g）△H=﹣93.0kJ/mol 回答下列问题：

（1）在恒温恒容密闭容器中进行的工业合成氨反应，下列能表示达到平衡状态的是．

A . 混合气体的压强不再发生变化 B . 混合气体的平均相对分子质量不再发生变化 C . 三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比 D . 单位时间内断开3a个H﹣H键的同时形成6a个N﹣H键 E . 反应容器中N₂、NH₃的物质的量的比值不再发生变化
（2）理论上，为了增大平衡时H₂的转化率，可采取的措施是．

A . 增大压强 B . 使用合适的催化剂 C . 升高温度 D . 及时分离出产物中的NH₃
（3）如图为合成氨反应，在使用相同的催化剂，不同温度和压强条件下进行反应，初始时N₂和H₂的体积比为1：3时的平衡混合物中氨的体积分数．
分别用v_A（NH₃）和v_B（NH₃）表示从反应开始到平衡状态A、B时的反应速率，则v_A（NH₃） v_B（NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”）；该反应的平衡常数K_AK_B（填“＞”、“＜”或“=”）；在250℃、1.0×10⁴kPa下达到平衡，H₂的转化率为 %（计算结果保留小数点后一位）．

（1）（一）合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮最重要的途径。

2018年是合成氨工业先驱哈伯（P•Haber）获得诺贝尔奖100周年。N₂和H₂生成NH₃的反应为：1/2N₂（g）+3/2H₂（g） $\text{[math]}$ NH₃（g） △H(298K)= - 46.2KJ•mol^-1 ，在Fe催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）

化学吸附：N₂（g）→2N*；H₂（g）→2H*；

表面反应：N*+ H* $\text{[math]}$ NH*；NH*+ H* $\text{[math]}$ NH₂*；NH₂* + H* $\text{[math]}$ NH₃*

脱附：NH₃* $\text{[math]}$ NH₃（g）

其中， N₂的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：

利于提高合成氨平衡产率的条件有__________。

A . 低温 B . 高温 C . 低压 D . 高压 E . 催化剂
（2）标准平衡常数K^Θ= $\text{[math]}$ ，其中p^Θ为标准压强（1X10⁵Pa），p NH₃、 p N₂和p H₂为各组分的平衡分压，如p NH₃=x NH₃ p，p为平衡总压，x NH₃为平衡系统中NH₃的物质的量分数。
①起始物质的量之比为1：3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH₃的平衡产率为w，则K^Θ=（用含w的最简式表示）

②下图中可以示意标准平衡常数K^Θ随温度T变化趋势的是。
（3）实际生产中，常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温度773K，压强3.0X10⁵Pa，原料中N₂和H₂物质的量之比为1：2.8。
①分析说明原料气中N₂过量的理由。

②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是。

A.合成氨反应在不同温度下的△H和△S都小于零

B.控制温度（773K）远高于室温，是为了保证尽可能的平衡转化率和快的反应速率

C.当温度、压强一定时，在原料气（N₂和H₂的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率

D.基于NH₃有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行

E.分离空气可得N₂ ，通过天然气和水蒸气转化可得H₂ ，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生。
（4）（二）高铁酸钾（K₂FeO₄）可用作水处理剂。某同学通过“化学-电解法”探究的合成，其原理如图所示。接通电源，调节电压，将一定量Cl₂通入KOH溶液，然后滴入含Fe³⁺的溶液，控制温度，可制得K₂FeO₄。

请写出“化学法”得到FeO₄^2-的离子方程式。
（5）请写出阳极的电极反应式（含FeO₄^2-）。

氨在化肥生产、贮氢燃煤烟气脱硫脱硝等领域用途非常广泛。从能量的变化和反应的快慢等角度研究反应：N₂+3H₂ $\text{[math]}$ 2NH₃。请根据有关知识，填写下列空白：

（1）为了加快反应速率，可以采取的措施有____________。

A . 使用催化剂 B . 适当提高氮气的浓度 C . 适当提高反应的温度 D . 适当降低反应的温度
（2）从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。根据下表数据，计算该反应生成1 mol NH₃时放出kJ的热量。

化学键

H-H

N≡N

N-H

断开1mol键所吸收的能量

436 kJ

946 kJ

391 kJ
（3）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV²⁺/MV⁺在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。该生物燃料电池的总反应方程式为N₂+3H₂ $\text{[math]}$ 2NH₃。

①其中，右室电极为燃料电池的极，电池工作时电路中每转移0.3 mol电子，标准状况下消耗N₂的体积是。

②相比现有工业合成氨，该方法有哪些优点(任写两条)。

工业生产氨气的适宜条件中不包括( )

A . 用浓硫酸吸收产物 B . 用铁触媒作催化剂 C . 温度为400~500 ℃ D . 压强为10~30 MPa

下列对于合成氨的叙述中不正确的是( )

A . 由于合成氨反应属于放热反应，所以反应无需加热 B . 合成氨工艺是哈伯发明的 C . 合成氨工业需要提供高温、高压、催化剂等条件 D . 合成氨可以提供氮肥

已知 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 都可做 $\text{[math]}$ 分解制 $\text{[math]}$ 的催化剂，为了探究温度对化学反应速率的影响，下列实验方案可行的是（）

A .

B .

C .

D .

某化学兴趣小组对工业合成氨、工业制硝酸的化学原理进行了相关探究。

已知：

反应Ⅰ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应Ⅱ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应Ⅲ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

（1）工业上采用一定投料比、高温(400~500℃)、高压(10MPa~30MPa)有催化剂的条件下合成氨。下列有关说法正确的是____。

A . 选择高压有利于增加气体在催化剂上的吸附，使键能较大的 $\text{[math]}$ 分子易断键 B . 采用高温(400~500C)、高压(10MPa~30MPa)条件时，合成氨平衡混合物中 $\text{[math]}$ 体积分数最高 C . 广义上，合成氨、尿素以及硝酸的生产均为石油化工 D . 采用循环操作，主要是为了提高平衡混合物中氨的含量
（2） ①反应Ⅱ是接触氧化反应，氨分子向铂网表面的扩散是氨接触反应过程的控制步骤。在如图中画出一定条件下氨氧化率 $\text{[math]}$ 与氨空气在催化剂表面的停留时间 $\text{[math]}$ 的关系曲线。
②由于条件的控制等不利因素，氨的接触氧化过程中会发生多种副反应生成 $\text{[math]}$ 。请写出其中属于分解反应的化学方程式(至少两条)：、。
③工业制硝酸设备中有热交换器组件，请说明热交换器存在的必要性：。
（3）该小组同学为了探究 $\text{[math]}$ 不易直接催化氧化生成 $\text{[math]}$ 的原因，做了如下的研究：
查阅资料知： $\text{[math]}$ 的反应历程分两步：
i. $\text{[math]}$ (快) $\text{[math]}$
ii. $\text{[math]}$ (慢) $\text{[math]}$
注： $\text{[math]}$ 表示气体B的分压(即组分B的物质的量分数×总压)
①若设反应 $\text{[math]}$ 的速率 $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ 。(含有 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的表达式。k、 $\text{[math]}$ 均为速率常数)。
②k与温度的关系如图所示。综合研究证据，该小组得出 $\text{[math]}$ 不易直接催化氧化生成 $\text{[math]}$ 的原因是：。

工业利用氮气和氢气合成氨气，一种新型合成氨的原理如图所示。下列说法错误的是（）

A . 该反应过程中N₂表现出氧化性 B . 该反应中 n(N₂)：n(H₂O)=1：3 C . 该反应中H₂O 把N₂氧化为 NH₃ D . 该反应中每生成 1molNH₃ ，转移的电子数目约为 3×6.02×10²³

（1） I、工业合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题。工业合成氢反应方程式如下 $\text{[math]}$ 。
已知 $\text{[math]}$ 键键能为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 键键能为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 键键能为 $\text{[math]}$ 。若有 $\text{[math]}$ 完全转化为 $\text{[math]}$ ，理论上(选填"放出"或"吸收") $\text{[math]}$ 热量。
（2）为探究影响合成氨转化率的因素，小芳同学利用控制变量法测得平衡状态下 $\text{[math]}$ 含量如下表(其他因素相同)，回答下列问题。
压强 $\text{[math]}$
温度℃
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
$\text{[math]}$
①当合成氨反应达到平衡状态时，若再升高温度，v(正)(填“增大”“不变”“减小”，下同)，v(逆)。
②结合实际，请分析为什么工业合成氨压强通常控制在 $\text{[math]}$ 而不是选择更大的压强？。
（3） Ⅱ、在恒温下，将 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 充入 $\text{[math]}$ 恒容的密闭容器中发生如下反应： $\text{[math]}$ 。下图是 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的浓度随时间变化的关系图，回答下列问题∶
$\text{[math]}$ 内， $\text{[math]}$ 的平均反应速率是 $\text{[math]}$ 。
（4）设起始压强为p，平衡时压强为 $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ 的值为。
（5）根据反应原理下列描述能说明反应达到最大限度的是____。

A . $\text{[math]}$ 的物质的量比为 $\text{[math]}$ B . 混合气体的压强不随时间的变化而改变 C . 单位时间内每消耗 $\text{[math]}$ ，同时生成 $\text{[math]}$ D . 反应速率∶ $\text{[math]}$

合成氨工业主要发生如下反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。下列说法错误的是（）

A . 为提高原料中H₂转化率，可向反应器中加入适当过量的空气 B . 工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂并选择合适的温度 C . 增大体系压强有利于提高产率，但动力和设备成本增加，实际生产需综合考虑工艺条件 D . 为提高产率和原料利用率，应不断将体系中的氨冷却液化，并将未反应的原料循环利用

化学键	H-H	N≡N	N-H
断开1mol键所吸收的能量	436 kJ	946 kJ	391 kJ

压强 $\text{[math]}$ 温度℃	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$

合成氨条件的选择 知识点题库

合成氨条件的选择知识点题库