工业合成氨知识点题库

下面是合成氨的简要流程示意图，沿X线路回去的是(　　)

A . N₂和H₂ B . 催化剂 C . 仅N₂ D . 仅H₂

下列有关工业生产的叙述正确的是（　　）

A . 合成氨生产中将NH₃液化分离，可加快正反应速率，提高N₂、H₂的转化率 B . 硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO₃转化为H₂SO₄时放出的热量 C . 电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl₂进入阳极室 D . 侯氏制碱法是将氨气和二氧化碳先后通入饱和氯化钠溶液中，制得碳酸氢钠固体，再在高温下灼烧，转化为碳酸钠固体

氨气是中学化学中常见的气体，其用途广泛．

（1）实验室制取氨气的化学方程式是．

（2）工业上氨气可以由氢气和氮气合成如图1．

①该反应的热化学方程式是　．

②随着温度的升高，该反应的化学平衡常数的变化趋势是．

③一定温度下，2L密闭容器中，5mol N₂和5mol H₂发生反应，达到平衡时，N₂的转化率为20%，该温度下反应的平衡常数的数值是（填字母）．

④简述一种检查氨气是否泄露可采用的化学方法：．

（3）工业制硫酸的尾气中含较多的SO₂ ，为防止污染空气，回收利用SO₂ ，工业上常用氨水吸收法处理尾气．

①当氨水中所含氨的物质的量为3mol，吸收标准状况下44.8L SO₂时，溶液中的溶质为．

②（NH₄）₂SO₃显碱性，用化学平衡原理解释　．

③NH₄HSO₃显酸性．用氨水吸收SO₂ ，当吸收液显中性时，溶液中离子浓度关系正确的是（填字母）．

a．c（NH₄⁺）=2c（SO₃²^﹣）+c（HSO₃^﹣）

b．c（NH₄⁺）＞c（SO₃²^﹣）＞c（H⁺）=c（OH^﹣）

c．c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（SO₃²^﹣）+c（HSO₃^﹣）+c（OH^﹣）

（4）氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理如图2：

①氨气燃料电池的电解质溶液最好选择（填“酸性”、“碱性”或“中性”）溶液．

②空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是．

③氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池的电极总反应是，正极的电极反应方是　．

工业上制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题：

（1）合成氨的工业设备名称是，设备中设置热交换器的目的是；此生产过程中，N₂与H₂合成NH₃所用的催化剂是；生产中原料气必须进行脱硫，目的是。
（2）吸收塔中的反应为，从生产流程看，吸收塔中需要补充空气，其原因是。
（3）生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，可用如下三种方法处理：
方法一：碱吸收法：NO＋NO₂＋2NaOH＝2NaNO₂＋H₂O，2NO₂＋Na₂CO₃＝NaNO₂＋NaNO₃＋CO₂
方法二：氨还原法：8NH₃＋6NO₂＝7N₂＋12H₂O(该反应放热，NO也有类似的反应)
方法三：甲烷吸收法：CH₄(g)＋2NO₂(g)=CO₂(g)＋N₂(g)＋2H₂O(g) △H=＋867kJ·mol^－¹(NO也有类似的反应）上述三种方法中方法一最大的缺点是；方法三和方法二相比，优点是，缺点是。
（4）某化肥厂用NH₃制备NH₄NO₃。已知：由NH₃制NO的产率是94%，NO制HNO₃的产率是89%，则制HNO₃所用的NH₃的质量占总耗NH₃质量（不考虑其他损耗）的%（保留三位有效数值）。

氨气、尿素[CO（NH₂）₂]、Na₂CO₃均是重要的化工原料和产品，如图是某化工厂联合生成氨气、尿素[CO（NH₂）₂]、纯碱的部分工艺流程图．

（1）原料气进入压缩机前需要进行净化处理，其目的是．制备氨合成塔的材料（填“能”或“不能”）使用普通的碳素钢．
（2） N₂、H₂混合气体经压缩后再送入氨合成塔，优点是．某整个生产中循环使用某些原料可提高生产效益，能循环利用的物质是．
（3）请按要求填写下列空白．
①沉淀池中的离子方程式：．
②生产尿素的化学方程式：．
（4）在较低温度下，可从沉淀池的溶液中分离出一种副产品由此可推断，低温下NH₄Cl的溶解度很可能（填“小于”或“大于”）NaCL．NH₄Cl是一种氮肥，但长期施用易使土壤酸化，用离子方程式表示其原因．
（5）以焦炭、水为原料制备H₂ （碳转化为CO₂ ，则1000g纯度为a%（（杂质不与水反应）焦炭最多可制备 g尿素（已知合成氨时h₂的利用率为b%、合成尿素时NH₃的利用率为c%）

图为工业合成氨生产简易流程图：

回答下列问题：

（1）合成氨所需的氮气来源于；合成氨所需的原料气氢气可由天然气制备，其主要反应为CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）；CH₄和O₂的反应：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）．CH₄和H₂O（g）及富氧空气（O₂含量较高，不同富氧空气中氧气含量不同）混合反应，产物气体组成如表：
气体
CO
H₂
N₂
O₂
体积（L）
25
60
15
2.5
计算该富氧空气中O₂和N₂的体积比V（O₂）：V（N₂）=．
（2）在合成氨的原科气中混有的杂质必须除去的原因是；
上述流程中热交换器的作用是．从合成塔出来的混合气体，通常仅含有15%（体积分数）的氨．为提高原料的利用率，通常采取的措施是．
（3）合成氮为放热反应，但工业上采用400℃﹣500℃的温度，主要原因是：
①该温度范围内反应速率较快．②．
（4）氨可与CO₂反应制备尿素（CO（NH₂）₂]，反应过程分为两步，试写出有关的化学方程式：
①氮气与二氧化碳在加热加压条件下化合生成氨基甲酸铵（H₂NCOONH₄）：．
②氨基甲酸铵受热分解为尿素与水：．
（5）新法合成氨常采用电解法合成．即常压下将氢气和用氢气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池中，氢气和氮气在电极上合成了氨，大大提高了氨的产率．新法合成氨所用的电解质能传导H⁺ ，则阴极的电极反应式为．

含氮的化合物广泛存在于自然界，是一类非常重要的化合物．回答下列有关问题：

（1）在一定条件下：2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g）．已知该反应的相关的化学键键能数据如下：
化学键
N≡N
H﹣O
N﹣H
O=O
E/（kJ/mol）
946
463
391
496
则该反应的△H=kJ/mol．
（2）电厂烟气脱氮的主要反应I：4NH₃（g）+6NO（g）⇌5N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0，副反应II：2NH₃（g）+8NO（g）⇌5N₂O（g）+3H₂O（g）△H＞0．
①反应I的化学平衡常数的表达式为．
②对于在2L密闭容器中进行的反应I，在一定条件下n（NH₃）和n（N₂）随时间变化的关系如图1所示：
用NH₃表示从开始到t₁时刻的化学反应速率为（用a、b、t表示）mol/（L•min），图中表示已达平衡的点为．
③电厂烟气脱氮的平衡体系的混合气体中N₂和N₂O含量与温度的关系如图2所示，在温度420～550K时，平衡混合气体中N₂O含量随温度的变化规律是，造成这种变化规律的原因是．
（3）电化学降解法可治理水中硝酸盐的污染．电化学降解NO₃﹣的原理如图3所示，电源正极为（填“a”或“b”），阴极电极反应式为．

对下列各实验装置的描述正确的是（）

A .

甲装置可用来模拟工业制取NaHCO₃ ，实验时为防止倒吸，应先通入CO₂一段时间后再通NH₃ B .

乙装置可用来萃取溴水中的溴，放出下层水后，另换洁净的烧怀放出有机层 C .

丙装置可用来分离四氯化碳和苯的混合物，其中直形冷凝管可用球形冷凝管代替 D .

丁装置可用来做喷泉实验，若在水中滴入少量酚酞，实验中可观察到红色喷泉

氨气是一种重要的化工产品，是生产尿素的原料。工业合成氨的反应如下：

N₂(g) +3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) △H= － 92. 2 KJ·mol^－1

（1） 1mol N－H键断裂吸收的能量为kJ。
（2）对于N₂(g) +3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) △H= － 92. 2 KJ·mol^－1反应
①只改变某一条件，一定可以提高平衡体系中H₂的转化率，又能加快反应速率的措施是（）。
A．升高温度
B.移走NH₃
C.加入催化剂
D.再充入N₂
②向1L密闭容器中加入1mol N₂、3molH₂ ，下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是（）。
A．混合气体的平均相对分子质量保持不变
B.N₂和H₂的转化率相等

C. H₂的体积分数保持不变
D.混合气体的密度保持不变
（3）下图表示500℃、60.0 MPa条件下，原料气H₂、 N₂投料比与平衡时NH₃体积分数的关系。根据图中a点数据计算N₂的平衡体积分数：。（保留3位有效数字）
（4）合成尿素的反应：2NH₃(g)+CO (g)=CO(NH₂)₂(g)+H₂(g) △H =－81.0kJ/mol；T℃时，在体积为2L的恒容密闭容器中，将2 mol的NH₃和1mol CO混合反应，5 min时，NH₃的转化率为80%。已知：
则：K₁ 126.5（填“>”或“< ”）；其判断理由是。

书写下列反应方程式并回答相关问题,能写离子反应的书写离子反应方程式。

（1）工业上合成氨气
（2）铜和稀硝酸其中硝酸的作用为
（3）氨气的催化氧化，其中氧化剂与还原剂物质的量之比为
（4）用离子反应表示如何检验NH₄^＋

合成氨是目前最有效工业固氮的方法，解决数亿人口生存问题。回答下列问题：

（1）科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。

由图可知合成氨反应 $\text{[math]}$ N₂(g)+ $\text{[math]}$ H₂(g) $\text{[math]}$ NH₃(g)的∆H= kJ·mol^-1。该历程中反应速率最慢的步骤的化学方程式为。
（2）工业合成氨反应为：N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g)，当进料体积比V(N₂)：V(H₂)=1：3时平衡气体中NH₃的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：

①500℃时，反应平衡常数K_p(30MPa) K_p(100MPa)。（填“<”、“=”、“>”）

②500℃、30MPa时，氢气的平衡转化率为（保留2位有效数字），K_p=(MPa)^-2（列出计算式）。
（3）科学家利用电解法在常温常压下实现合成氨，工作时阴极区的微观示意如图，其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。

①阴极区生成NH₃的电极方程式为。

②下列说法正确的是（填标号）。

A．三氟甲磺酸锂的作用是增强导电性

B．该装置用金(Au)作催化剂目的是降低N₂的键能

C．选择性透过膜可允许N₂和NH₃通过，防止H₂O进入装置

下列化学与生产.生活相关的说法正确的是（）

A . 生铁、青铜等合金比纯金属耐腐性强 B . 石油主要由各种烃组成的混合物，可以通过分馏的方法分离出C₈H₁₈ C . 分离工业合成氨产品的方法是将氨气液化 D . 氨的催化氧化的适宜条件为高温、高压、催化剂

工业合成氨反应：N₂＋3H₂⇌2NH₃是一个放热的可逆反应，反应条件是高温、高压，并且需要合适的催化剂。已知形成1 mol H－H键、1 mol N－H键、1 mol N≡N键放出能量分别为436 kJ、391 kJ、946 kJ。则：

（1）若1 mol N₂完全反应生成NH₃可(填“吸收”或“放出”)热量kJ。
（2）如果将1 mol N₂和3 mol H₂混合，使其充分反应，放出的热量总小于上述数值，其原因是。
（3）一定条件下，当合成氨的反应达到化学平衡时，下列说法正确的是。
a．正反应速率和逆反应速率相等

b．正反应速率最大，逆反应速率为0

c．N₂的转化率达到最大值

d．N₂和H₂的浓度相等

e．N₂、H₂和NH₃的体积分数相等

f．反应达到最大限度

下列说法中正确的是( )

A . 合成氨选择在400～500 ℃进行的重要原因是催化剂在500 ℃左右时的活性最大 B . 有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增加活化分子的百分数，从而使反应速率增大 C . 工业合成氨的反应是ΔH＜0、ΔS＜0的反应，在任何温度下都可自发进行 D . 在合成氨中，为增加H₂的转化率，充入的N₂越多越好

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）研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。某温度下，用等质量的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）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2 mol NH₃ ，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）
（2）关于合成氨工艺的理解，下列说法错误的是（填标号）。
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10 MPa~30 MPa，是因为常压下N₂和H₂的转化率不高
（3）在1 L1 mol/L盐酸中缓缓通入2 mol氨气，请在图1中画出溶液中水电离出的OH^-浓度随通入氨气的物质的量变化的趋势图。
（4）电化学法合成氨：图2是用低温固体质子导体作电解质，

用Pt- CN，作阴极，催化电解H₂（g）和N₂（g）合成NH₃的原理示意图。

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：。

合成氨的化学反应为N₂(g)＋3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) △H=-92.4 kJ·mol^-1.最近，吉林大学与韩国、加拿大科研人员合作研究，提出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在温和条件下由氮气合成氨的新方案(过程如图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数最终可高达82.5%。下列有关分析错误的是（）

A . 铁是该合成氨反应的催化剂 B . 采用该方案生产氨气，活化能不变 C . 采用该方案生产氨气，△H不变 D . 该方案氨的含量高，与反应温度较低有关

合成氨的原理为：N₂(g)＋3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g)ΔH<0。下列说法正确的是（）

A . 升高温度，逆反应速率增大，正反应速率减小 B . 恒温恒压下，反应达平衡后再充入气体He，平衡不移动 C . 将未反应完的N₂和H₂循环使用，有利于提高反应物的转化率 D . 恒温恒容下，反应达平衡后再充入NH₃ ，平衡将向正反应移动

氮及其化合物与生产、生活关系密切。回答下列问题：

（1）氮在元素周期表的位置为，其非金属性比磷(填“强”或“弱”)。氮气的化学性质很稳定，原因是。
（2） 1909年，德国科学家哈伯利用氮气和氢气在500～600℃、18.5～20.0 $\text{[math]}$ 和锇为催化剂的条件下合成氨气。下列关于工业上合成氨的说法合理的是____。

A . 合成氨属于人工固氮 B . 合成原料氢气主要通过电解水获得 C . 将生成的氨气分离，可加快反应速率 D . 通过改良催化剂，可使反应更易发生

（3）某兴趣小组在实验室中探究氮的氧化物的性质。

①利用铜和稀硝酸制取NO，化学方程式为，该反应中还原剂与氧化剂物质的量之比为。

②探究氮的氧化物性质的实验步骤及预期现象如下表：

步骤	预期现象
i.在一支注射器中吸入22.4mLNO(标准状况下)，然后吸入5mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器	无明显现象
ii.打开弹簧夹，快速吸入10mL空气后夹上弹簧夹，固定住注射署活塞
iii.松开注射器活塞，再振荡注射器

重复操作ii和iii，充分反应后，注射器中的溶液浓度为mol/L(假设反应前后液的体积几乎不变)。

（4）利用 $\text{[math]}$ 合金催化氧化 $\text{[math]}$ 制取 $\text{[math]}$ ，图①是反应的微观模型，含氮生成物产率反应温度的变化曲线如图②所示。下列说法正确的是____。

A . 可用湿润的蓝色石蕊试纸检验 $\text{[math]}$ 是否反应完全 B . 400℃时，生成的产物只有 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ C . 800℃以上，可能发生反应： $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$ 合金催化氧化 $\text{[math]}$ 制取 $\text{[math]}$ ，适宜的温度为800℃

化学与社会、生产和生活密切相关。下列说法不正确的是（）

A . 研究高效合成氨有利于提高粮食产量 B . 大量鲜花的香味主要来自酯的混合物 C . 液化石油气是一种可再生的清洁能源 D . 采用喷涂油漆法可以防止钢铁的腐蚀

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N₂发生了氧化反应 B . 三步循环的总结果为N₂+3H₂ $\text{[math]}$ 2NH₃ C . 反应③为4LiOH $\text{[math]}$ 4Li+2H₂O+O₂↑ D . 反应①和②均属于“氮的固定”

气体	CO	H₂	N₂	O₂
体积（L）	25	60	15	2.5

化学键	N≡N	H﹣O	N﹣H	O=O
E/（kJ/mol）	946	463	391	496

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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