工业合成氨知识点题库

NH₃是一种重要的工业原料．下列关于合成氨的说法中，不正确的是（　　）

A . 工艺涉及催化技术 B . 工艺涉及高温高压技术 C . 原料之一的氮气来自空气 D . 从合成塔出来的气体中，氨的体积分数为100%

工业上合成NH₃除了需要N₂外，一定还需要（）

A . H₂ B . O₂ C . CO₂ D . CO

NH₃和HNO₃是重要的工业产品，下图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程。

（1） N₂约占空气体积的，从空气中分离出N₂利用的原理是。
（2）合成塔中发生反应的化学方程式是,该反应中的氧化剂是。22.4LN₂(标准状况)完全反应时，转移电子的物质的量是。
（3）氧化炉中发生反应的化学方程式是。
（4）吸收塔中通入空气的作用是。

下列关于工业生产的说法中错误的是（）

A . 玻璃、水泥、陶瓷工业中，石灰石都是主要的生产原料 B . 在氯碱工业中，电解槽被离子交换膜隔成阴极室和阳极室 C . 在合成氨工业中，采用循环操作提高原料利用率 D . 在侯氏制碱工业中，向饱和氯化钠溶液中先通氨气，后通二氧化碳

(NH₄)₂SO₄是一种常见的化肥，某工厂用石膏、NH₃、H₂O和CO₂制备(NH₄)₂SO₄的工艺流程如下：

下列说法正确的是（）

A . 通入NH₃和CO₂的顺序可以互换 B . 操作2为将滤液加热浓缩、冷却结晶、过滤，可得(NH₄)₂SO₄ C . 步骤②中反应的离子方程式为Ca²⁺+2NH₃+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄⁺ D . 通入的NH₂和CO₂均应过量，且工艺流程中CO₂可循环利用

合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，有关合成氨的说法正确的是（）

A . 升温能提高氢气的转化率 B . 采用20～50 MPa能提高催化剂的效率 C . 使用催化剂能提高NH₃的百分含量 D . 循环使用未反应的N₂和H₂能节约成本

氨为重要的化工原料，有广泛用途，合成氨气的反应原理是：N₂+3H₂ $\text{[math]}$ 2NH₃。起始时投入氮气和氢气的物质的量分别为1mol、3mol，在不同温度和压强下合成氨。平衡时混合物中氨的体积分数与温度的关系如图。

图片_x0020_100022

①恒压时，反应一定达到平衡状态的标志是(填序号)

A．N₂和H₂的转化率相等 B．反应体系密度保持不变

C． $\text{[math]}$ 保持不变 D． $\text{[math]}$

②该反应的平衡常数表达式K＝，∆H。

③比较大小：P₁P₂ ，理由是

④平衡时B、D两点的正反应速率：υ(B)υ(D)。(填“<”或“>”或“=”)

合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破。

（1）氨气分解反应的热化学方程式如下：2NH₃(g) $\text{[math]}$ N₂(g)+3H₂(g) ΔH
若：N≡N键、H－H键和N－H键的键能分别记作a、b和c(单位：kJ·mol⁻¹)，则上述反应的ΔH=kJ·mol^-1。
（2）研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。下表为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率（mmol·min⁻¹）。

催化剂

Ru

Rh

Ni

Pt

Pd

Fe

初始速率

7.9

4.0

3.0

2.2

1.8

0.5

①不同催化剂存在下，氨气分解反应活化能最大的是(填写催化剂的化学式)。

②温度为T，在一体积固定的密闭容器中加入2 mol NH₃ ，此时压强为P₀ ，用Ru催化氨气分解，若平衡时氨气分解的转化率为50%，则该温度下反应2NH₃(g) $\text{[math]}$ N₂(g)+3H₂(g)用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K_p=。[已知：气体分压(p_分)＝气体总压(p_总)×该气体的物质的量分数]
（3）关于合成氨工艺的理解，下列正确的是________。

A . 合成氨工业常采用的反应温度为500℃左右，可用勒夏特列原理解释 B . 使用初始反应速率更快的催化剂Ru，能提高平衡时NH₃的产量 C . 合成氨工业采用10 MPa～30 MPa，是因常压下N₂和H₂的转化率不高 D . 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）恒温条件下，在一体积固定的密闭容器中加入1mol N₂和3mol H₂ ，用Ru催化合成NH₃ ， NH₃的体积分数随时间变化如图所示。保持其它条件不变，在t₁时刻，再加入一定量物质的量之比为1∶3的N₂和H₂ ， t₂时刻重新达到平衡。画出t₁～t₃时刻NH₃体积分数的变化趋势。
（5）电化学法也可合成氨。如图是用低温固体质子导体作为电解质，用Pt−C₃N₄作阴极催化剂电解H₂(g)和N₂(g)合成NH₃的原理示意图，Pt−C₃N₄电极反应产生NH₃的电极反应式。

实验室模拟合成氨和氨催化氧化的实验装置如下图。反应一段时间后向丙中通入O₂并伸入红热的铂丝,锥形瓶中有红棕色气体出现。下列说法错误的是( )

图片_x0020_100002

A . 分离液态空气制取氮气的依据是氮气和氧气的沸点不同 B . 氮气和氢气通过甲装置混合,其主要作用是干燥和控制气体流速 C . 丙中导气管不会发生倒吸的原因可能是反应中氨的产率较少 D . 丙的溶液和棉花中均存在 $\text{[math]}$ ,说明直接发生反应NH₃+2O₂ $\text{[math]}$ HNO₃+H₂O

下列说法正确的是（）

A . 工业合成氨采用500℃左右的高温，目的是提高合成氨的效率 B . 铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应 C . 保存FeSO₄溶液时，应在其中加入稀HNO₃以抑制Fe²⁺水解 D . 工业上用蒸干MgCl₂溶液的方法制取无水氯化镁

氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位。合成氨方面的研究共产生了三名诺贝尔奖得主，分别是理论可行性研究、工业化研究和机理研究三个方面，这也代表了现代化学研究的三个方面。

回答下列问题：

（1） I.合成氨反应的机理研究：N₂和H₂在活性铁表面催化合成NH₃的机理如图所示，其中(ad)表示物种的吸附状态。

根据反应历程图，写出合成氨反应的热化学方程式。
（2）合成氨经历如下五个过程：
$\text{[math]}$ N₂（g)+ $\text{[math]}$ H₂(g)→N(ad)+3H(ad)i

N(ad)+3H(ad)→NH(ad)+2H(ad)ii

NH(ad)+2H(ad)→NH₂(ad)+H(ad)iii

NH₂(ad)+H(ad)→NH₃(ad)iv

NH₃(ad)→NH₃(g)V

下列说法正确的是___________（填选项字母）。

A . 升高温度，过程i的反应速率减慢，过程ii的反应速率加快 B . 增大压强，有利于提高过程i的转化率 C . 使用催化剂时，反应 $\text{[math]}$ N₂(g)+ $\text{[math]}$ H₂(g)→N(g)+3H(g)ΔH＜0
（3） II.合成氨反应的反应条件研究：实验测定不同条件下，平衡时氨气的含量与起始氢氮比[ $\text{[math]}$ ]之间的关系如图所示。

T₀420℃(填“＜”“＞”或“=”，下同）。
（4） a点时的转化率：a(N₂)a(H₂)。
（5） a、b、c、d四点对应的平衡常数由大到小的顺序为（用K_a、K_b、K_c、K_d表示）。
（6） b点对应的平衡常数K_b=MPa^-2(用体系中各物质的分压表示平衡常数，物质的分压＝物质的量百分含量×容器的总压，列出计算式即可）。
III.合成氨的工业化研究：合成氨的原料气中的杂质会影响氨的合成效率，已知某原料气中含有20%N₂、40%H₂、30%CO、3%Ar。
（7）在恒压条件下，单位时间通入的气体总量一定时，杂质稀有气体Ar会使N₂的平衡转化率降低的原因为。

氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的研究热点。

（1）实验室制取氨气的化学原理是(用化学方程式表示)，验满方法是。
（2）已知：N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) △H=－92kJ·mol^－¹ ，工业合成氨温度选择700K的原因是。
（3）利用NH₃处理硝酸工业尾气中的NO_x ，将其转化为无毒物质，该反应的化学方程式为。
（4）水体中氨气和铵根离子(统称氨氮)总量的检测备受关注。利用氨气传感器检测水体中氨氮含量的示意图：

①利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用。

②若利用氨气传感器将1L水样中的氨氮完全转化为N₂时，转移电子的物质的量为3.9×10^－⁴mol，则水样中氨氮(以氨气计)含量为mg·L^－¹。
（5）联氨(N₂H₄)为二元弱碱，在水中的电离方式与氨类似。25℃时，联氨的电离常数K_b1＝3×10^－⁶mol·L^－¹ ， K_b2＝7.6×10^－¹⁵mol·L^－¹。联氨和盐酸按物质的量之比1∶1反应的离子方程式是，所得溶液呈性(填“酸”、“中”或“碱”)。

合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，研究表明液氨是一种良好的储氢物质。

（1）氨气分解反应的热化学方程式如下：2NH₃（g） $\text{[math]}$ N₂（g）+3H₂（g）ΔH。若：N $\text{[math]}$ N键、H—H键和N—H键的键能值分别记作a、b和c（单位,kJ•mol^-1），则上述反应的ΔH=（用含（a、b、c的代数式表示）kJ•mol^-1。
（2）研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。某温度下，用等质量不同金属分别催化等浓度的氨气，测得氨气分解生成氢气的初始速率（单位mmol•min^-1）与催化剂的对应关系如表所示。

催化剂

Ru

Rh

Ni

Pt

Pd

Fe

初始速率

7.9

4.0

3.0

2.2

1.8

0.5

①在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应的活化能最大的是（填写催化剂的化学式）。

②温度为T时．在恒容的密闭容器中加入2molNH₃此时压强为p₀用Ru催化氨气分解，若平衡时氨气的转化率为50%.，则该温度下反应2NH₃（g） $\text{[math]}$ N₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数K_p=。（用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压p_分＝气体总压P_总×体积分数）
（3）关于合成氨工艺的理解，下列说法错误的是____________（填字母）。

A . 合成氨工业常采用的反应温度为500℃左右，主要是为了节约能源 B . 使用初始反应速率更快的催化剂Ru.，不能提高平衡时NH₃的产率 C . 合成氨工业采用的压强为10MPa~30MPa,是因为常压下N₂和H₂的转化率不高
（4）电化学法合成氨：利用低温固体质子导体作电解质，用Pt—C₃N₄作阴极，催化电解H₂（g）和N₂（g）合成NH₃原理示意如图所示。

①Pt—C₃N₄ ，电极上产生NH₃的电极反应式为。

②实验研究表明，当外加电压超过一定值后，发现阴极产物中氨气的体积分数随着电压的增大而减小，分析其可能原因：。

下列关于自然界中氮循环(如图)的说法错误的是（）

A . 自然界中，含氮有机物和含氮无机物之间可以相互转化 B . 氨与铵盐参与循环成为大气中的游离氮只发生氧化反应 C . 工业合成氨是氮肥工业的基础，氨也是重要的工业原料 D . 在自然界氮循环中，碳、氢、氧三种元素也参加了循环

一种新型的合成氨的方法如图所示．下列说法正确的是（）

A . 反应①中 $\text{[math]}$ 发生了氧化反应 B . 反应①和②均属于“氮的固定” C . 反应③为 $\text{[math]}$ D . 三步循环的总结果为 $\text{[math]}$

关于合成氨工业的说法错误的是（）

A . 合成氨工业采用循环操作，主要是为了提高氮气和氢气的利用率 B . 工业上一般选择400-500℃的主要原因是让铁触媒的活性大，反应速率快 C . 从合成氨的原理出发，增大压强既有利于加快速率又有利于平衡右移，但压强增大设备成本大幅度提升，所以实际工业中往往采用常压 D . 为了防止催化剂“中毒”，原料气需要经过净化

工业合成氨是人工固氮的一种重要方式，氨的合成实现工业化生产迄今已有100多年历史，合成氨技术是人类科学技术领域的重要突破。请回答：

（1）下列有关获取原料气的说法正确的是___________。

A . 可通过液化空气分离法得到氮气 B . 可用煤、天然气与水蒸气反应制备水煤气，进而获取氢气 C . 原料气需经净化处理以防催化剂中毒 D . 电解水法获取氢气是一种较为廉价且高效的方法
（2）原料气中的杂质气体H₂S可用过量氨水净化吸收，写出化学反应方程式。
（3）工业生产中氮气与氢气按物质的量之比为1：2.8进行投料，合成塔压强p恒定。若起始时氮气通入量为xmol，一段时间后测得氮气的平衡转化率为80%，用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数的K_P=(用p表示，气体分压=总压ⅹ物质的量分数)
（4）据统计，每年全世界在合成氨工业中向外排放CO₂高达40亿吨，为循环使用CO₂减少浪费，常见的方法是利用合成氨的产品NH₃和副产品CO₂合成尿素：
①2NH₃(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ NH₂COONH₄(l) $\text{[math]}$ Ea₁

②NH₂COONH₄(l) $\text{[math]}$ CO(NH₂)₂(l)+H₂O(l) $\text{[math]}$ Ea₂

副反应：NH₂COONH₄+H₂O=(NH₄)₂CO₃

已知活化能大小：Ea₁＜＜Ea₂

某科研小组模拟工业合成尿素生产，发现反应温度在140℃时生成尿素的反应速率反而比80℃小，可能原因是。
（5）工业合成尿素中，通常氨碳投料比大于2，请分析可能原因___________。

A . 氨易获得，成本较低 B . 氨过剩可提高二氧化碳的转化率，加快合成速率 C . 氨气可与体系内水结合，减少氨基甲酸铵水解，抑制副反应发生 D . 氨结合水，促进反应②正向移动

NH₃的合成开启了工业催化新纪元，为世界粮食增产做出了巨大贡献。以N₂和H₂为反应物合成NH₃的微观过程如图：

下列说法正确的是（）

A .

表示氢气分子 B . 过程中有“NH”“NH₂”原子团生成 C . 催化剂增大了氢气的平衡转化率 D . 反应结束后催化剂的质量增加

已知： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，下列关于合成氨工业的说法不正确的是（）

A . 温度选择400～500℃是为了提高氮气的转化率 B . 将原料气净化处理是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” C . 不选择过高压强的主要原因是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高 D . 迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动

氮及其化合物对人类生产、生活有着重要的作用。

（1） $\text{[math]}$ 的结构式是。 $\text{[math]}$ 常用作粮食、瓜果的保护气，其主要原因是。
（2）目前工业合成氨的原理是 $\text{[math]}$ ，该反应正反应为放热反应。下列催化剂措施中，能加快该反应的化学反应速率的是____(填标号)。

A . 其他条件不变，适当增大 $\text{[math]}$ 的浓度 B . 其他条件不变，降低反应体系的温度 C . 其他条件不变，减小反应体系的压强 D . 其他条件不变，使用更高效的催化剂
（3）三元催化器是汽车排气系统重要的机外净化装置，可同时将碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物( $\text{[math]}$ )三种污染物转化为无害物质，其工作原理如下图所示。反应过程中被氧化的元素名称是。若 $\text{[math]}$ 为 $\text{[math]}$ ，则写出 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 反应的化学方程式为。
（4）某汽车安全气囊的气体发生剂主要含有叠氮化钠( $\text{[math]}$ )、氧化铁、高氯酸钾、碳酸氢钠等物质。
①其中叠氮化钠是气体发生剂，受撞击时产生氮气和金属钠。若该反应生成67.2L(标准状况下)氮气时，转移电子的物质的量为 $\text{[math]}$ 。
②高氯酸钾是助氧化剂，在反应过程中与金属钠作用生成氯化钾和氧化钠。鉴别高氯酸钾中钾元素的实验操作及现象为。

催化剂	Ru	Rh	Ni	Pt	Pd	Fe
初始速率	7.9	4.0	3.0	2.2	1.8	0.5

催化剂	Ru	Rh	Ni	Pt	Pd	Fe
初始速率	7.9	4.0	3.0	2.2	1.8	0.5

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