高中化學 主題綜合測評1 空氣資源 氨的合成 魯科版選修2

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主題綜合測評(一) 主題1　空氣資源　氨的合成 (時間：60分鐘　分值：100分) 一、選擇題(本題包括12小題，每小題5分，共60分) 1．工業(yè)上用氫氣和氮氣合成氨，氫氣的主要來源是(　　) A．水和燃料　　　　　　 B．電解水 C．鋅和稀硫酸反應(yīng) D．液化空氣 【解析】　B、C項生產(chǎn)H2成本太高，不符合實際；D項液化空氣得N2；A項正確。 【答案】　A 2．合成氨工業(yè)有下列生產(chǎn)流程，其先后順序為(　　) ①原料氣制備?、诎钡暮铣伞、墼蠚鈨艋蛪嚎s?、馨钡姆蛛x A．①②③④ B．①③②④ C．④③②① D．②③④① 【解析】　合成氨工業(yè)流程順序：原料氣制備→原料氣凈化和壓縮→氨的合成→氨的分離。 【答案】　B 3．加壓法吸收NO2主要因為3NO2＋H2O2HNO3＋NO的反應(yīng)是(　　) 【導學號：28920014】 A．可逆反應(yīng) B．放熱反應(yīng) C．氧化還原反應(yīng) D．氣體總體積縮小的反應(yīng) 【解析】　3NO2＋H2O2HNO3＋NO是氣體總體積縮小的反應(yīng)，加壓使平衡正向移動，增大NO2的轉(zhuǎn)化率。 【答案】　D 4．硝酸工業(yè)中氧化爐中發(fā)生的化學反應(yīng)是(　　) A．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO B．2NO＋O2===2NO2 C．4NH3＋5O24NO＋6H2O D．Na2CO3＋2NO2===NaNO3＋NaNO2＋CO2 【解析】　氧化爐中發(fā)生的主要反應(yīng)是NH3的催化氧化。 【答案】　C 5．下列有關(guān)濃硝酸的敘述中，錯誤的是(　　) A．是無色液體，但常因含少量的Fe3＋而呈黃色 B．鋅與濃硝酸反應(yīng)不能制得氫氣 C．可溶解絕大部分金屬，卻可放在鐵制容器中 D．是具有不穩(wěn)定性的揮發(fā)性的強酸 【解析】　依據(jù)硝酸的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。濃硝酸通常呈黃色是由于NO2溶于硝酸中的原因；濃硝酸能和絕大多數(shù)金屬反應(yīng)，但被還原的元素是氮而不是氫，冷的濃硝酸能使鐵、鋁鈍化，鐵制容器或鋁制容器可用于盛放濃硝酸。 【答案】　A 6．合成氨所用的H2可由煤與水反應(yīng)制得，其中有一步反應(yīng)為CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0，欲提高CO的轉(zhuǎn)化率可采用的方法有：①降低溫度；②增大壓強；③使用催化劑；④增大CO的濃度；⑤增大水蒸氣的濃度，其中正確的組合是(　　) A．①②③④⑤ B．①⑤ C．①④⑤ D．⑤ 【解析】　該反應(yīng)是一個氣體總體積不變的放熱反應(yīng)，欲提高CO的轉(zhuǎn)化率，可設(shè)法使化學平衡向正反應(yīng)方向移動，顯然降低溫度可以滿足這一要求；增加水蒸氣的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率也可以增大；若增加CO的濃度，平衡雖然向右移動，但CO的總量增大，其轉(zhuǎn)化率反而減小。增大壓強和使用催化劑只能加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡的時間，而與平衡時CO的轉(zhuǎn)化率無關(guān)。 【答案】　B 7．實驗室合成氨裝置如圖所示，則以下說法中錯誤的是(　　) A．裝置甲的作用之一是干燥 B．裝置甲的作用是化合 C．乙處導出的氣體是N2、H2、NH3 D．檢驗產(chǎn)物可用濕潤的紅色石蕊試紙或濃鹽酸等 【解析】　裝置甲的作用有三點：①干燥氣體；②觀察氣體逸出速率便于控制比例；③使氣體混合均勻。 【答案】　B 8．進行氨的催化氧化實驗時，鉑絲不能接觸氨水是因為(　　) A．鉑絲的溫度高，接觸氨水會使氨氣大量蒸發(fā) B．紅熱的鉑絲將會和氨發(fā)生反應(yīng)，使鉑絲腐蝕 C．防止鉑絲溫度降低，不起催化作用 D．防止爆炸 【解析】　氨的催化氧化是在催化劑存在的條件下加熱，而鉑絲很細，本來蓄熱就少，若再與液體接觸，溫度降低，即使有催化劑存在也不發(fā)生反應(yīng)。 【答案】　C 9．工業(yè)上制硝酸可用氨催化氧化的方法，其反應(yīng)為4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(l) ΔH＜0。某研究小組探究當其他條件不變時，改變某一條件對上述反應(yīng)的影響。下列分析正確的是(　　) A．圖Ⅰ研究的是t1時刻恒壓充入氦氣，t2時刻達到平衡的v－t圖象 B．圖Ⅱ研究的是NH3的含量與溫度隨時間的變化的關(guān)系曲線 C．圖Ⅲ研究的是催化劑對O2的含量的影響 D．圖Ⅳ研究的是氨平衡體積分數(shù)與NO量的關(guān)系曲線 【解析】　t1時刻恒壓充入氦氣，可以看作對原平衡體系進行減壓，則反應(yīng)速率減小，平衡正向進行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故A錯誤；升高溫度，反應(yīng)速率增大，達到平衡時所需要的時間變短，由于焓變小于0，平衡逆向進行，達到平衡時氨氣的含量增大 ，故B錯誤；催化劑只改變化學反應(yīng)速率，不影響平衡移動，但根據(jù)圖象中氧氣的起始量不同，平衡時氧氣的含量也不可能相同，故C錯誤；隨一氧化氮的量增大，平衡逆向進行，氨的體積分數(shù)先增大后減小，因為一氧化氮增大到一定程度，氨氣體積分數(shù)會減小，圖象符合，故D正確。 【答案】　D 10．在一定條件下，進入氨合成塔的混合氣體中氮氣的體積占22%，氫氣的體積占78%，經(jīng)合成反應(yīng)達到平衡后，在相同溫度和壓強下，氣體體積縮小至原體積的95%，氮氣的轉(zhuǎn)化率接近于(　　) A．11.5% B．10.5% C．9.75% D．13.2% 【解析】　設(shè)混合氣體的體積為100 L，反應(yīng)掉N2的體積為x。 N2?。?H2　　2NH3 開始 22 L 78 L 0 轉(zhuǎn)化 x 3x 2x 平衡 22 L－x 78 L－3x 2x 由題意：＝95% 解得x＝2.5 L， α(N2)＝100%≈11.4%。 【答案】　A 11．下列現(xiàn)象不能用于檢驗NH3的是(　　) 【導學號：28920015】 A．氣體遇濃鹽酸產(chǎn)生白煙 B．氣體使?jié)駶櫟乃{色石蕊試紙變紅 C．氣體通入酚酞溶液中，溶液變紅 D．氣體使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍 【解析】　NH3溶于水顯堿性。 【答案】　B 12．在一定溫度、壓強下，合成氨反應(yīng)達到平衡后，混合氣體中NH3的體積分數(shù)為25%。若反應(yīng)前后的溫度、壓強保持不變，則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的比值是(　　) A．1∶5 B．1∶4 C．1∶3 D．1∶2 【解析】　同溫、同壓下，氣體的體積之比等于氣體的物質(zhì)的量之比。設(shè)平衡時混合氣體的物質(zhì)的量為100 mol，則NH3為25 mol，N2和H2的物質(zhì)的量之和為75 mol，根據(jù)反應(yīng)方程式可知，生成25 mol NH3，氣體的總物質(zhì)的量減小25 mol，所以反應(yīng)前氣體的總物質(zhì)的量為125 mol，則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的比值是1∶5。 【答案】　A 二、非選擇題(包括4小題，共40分) 13．(10分)工業(yè)合成氨是在一定條件下進行的可逆反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。其部分工藝流程如下： 請回答下列問題： (1)第②步除需要催化劑這個條件外，還需要的條件是____________________________________________________________________。 (2)第①步操作中的原料氣的“凈化”目的是______________，第③步操作中的目的是__________________________________________________________。 (3)工業(yè)合成氨反應(yīng)后可以通過降低混合氣體的溫度而使氨分離出來。這種分離物質(zhì)的方法的原理類似于下列哪種方法？________(填編號)。 A．過濾 B．蒸餾 C．分液 D．萃取 你作出這個判斷的理由是___________________________________________ ________________________________________________________________。 (4)可以用氯氣來檢驗輸送氨氣的管道是否漏氣，如果漏氣則會有白煙生成。該反應(yīng)的化學方程式為________________________________________________。 【解析】　(2)原料氣中往往含有使催化劑中毒的物質(zhì)，所以在進行原料氣的反應(yīng)前，需要除掉其中的雜質(zhì)；工業(yè)合成氨反應(yīng)后的混合氣體中既有氨氣，也有未反應(yīng)的氫氣、氮氣，所以為了提高原料氣的利用率，將未反應(yīng)的原料氣進行重新利用，這樣可以提高經(jīng)濟效益。 (3)降低溫度，氨變?yōu)橐簯B(tài)，從而進行分離，所以跟蒸餾類似，都是通過改變溫度，使物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生變化而分離。 (4)2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl，生成的HCl又與NH3反應(yīng)生成NH4Cl小顆粒，產(chǎn)生白煙。 【答案】　(1)500 ℃、20～50 MPa (2)防止催化劑中毒　提高原料利用率(或提高經(jīng)濟效益等) (3)B　通過溫度的改變而改變物質(zhì)的狀態(tài)，達到分離的目的 (4)8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2 14．(10分)以天然氣、焦炭、水、空氣為初始原料，可以制得若干化工產(chǎn)品： 請回答下列問題： (1)合成氨中原料氣體N2來源于空氣，可采用將空氣________和________等方法，H2可采用上述反應(yīng)①，其化學方程式為______________________________ ____________________________________________________________________。 (2)對于合成氨N2＋3H22NH3　ΔH＜0，其中N2與H2體積比高于1∶3的原因是______________________________________________________ ____________________________________________________________________； 及時分離NH3的方法是___________________________________________。 (3)制取NH4NO3時，NH3的用途有兩種，制HNO3的量大于與HNO3反應(yīng)的量的原因是___________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)反應(yīng)⑤的化學方程式為__________________________________________ ____________________________________________________________________。 (5)發(fā)生反應(yīng)③生成C8H18的化學方程式為____________________________ ___________________________________________________________________。 【解析】　(1)由空氣中獲得N2，去掉O2，可采用深冷分離空氣或變壓吸附或膜分離等方法。制取H2的反應(yīng)①為CH4＋2H2OCO2＋4H2； (2)由于原料氣H2的制取比N2成本高，為了使H2的轉(zhuǎn)化率提高，可提高N2的加入量，故N2與H2體積比高于1∶3；及時分離NH3，使化學平衡向右進行，可以使NH3冷卻液化分離； (3)由于NH3轉(zhuǎn)化為HNO3的過程中發(fā)生了反應(yīng)：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO及各步反應(yīng)有損失，一般應(yīng)為制HNO3時NH3用量較大； (4)根據(jù)反應(yīng)條件信息及元素守恒，反應(yīng)⑤應(yīng)為： CO2＋2NH3CO(NH2)2＋H2O； (5)根據(jù)反應(yīng)條件信息及元素守恒，反應(yīng)⑤應(yīng)為： 8CO＋17H2C8H18＋8H2O。 【答案】　(1)深冷分離　變壓吸附 CH4＋2H2OCO2＋4H2 (2)制H2成本高于制N2，為了提高H2的轉(zhuǎn)化率，可以提高N2的加入量；冷卻使NH3液化 (3)由于NH3轉(zhuǎn)化為HNO3的過程中，發(fā)生3NO2＋H2O===2HNO3＋NO及各步反應(yīng)有損失，制HNO3的NH3用量應(yīng)較大 (4)CO2＋2NH3CO(NH2)2＋H2O (5)8CO＋17H2C8H18＋8H2O 15．(10分)硝酸大量用于制造無機肥料，如硝酸銨、硝酸鈣、硝酸磷肥，還廣泛用于其他工業(yè)生產(chǎn)。硝酸工業(yè)生產(chǎn)流程圖如圖所示： (1)第一步是氨的接觸氧化，在一定溫度下以鉑銠網(wǎng)作為催化劑，寫出該反應(yīng)的化學方程式：______________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (2)在吸收塔中用水循環(huán)吸收NO2得到硝酸，寫出發(fā)生反應(yīng)的化學方程式：________________________________________________________，該過程是放熱的，為了使吸收效果更好，在吸收過程中需要控制在__________________條件下。 (3)尾氣中含有氮的氧化物，直接排放到空氣中會危害環(huán)境，寫出一項氮的氧化物可能引起的環(huán)境問題________________________________，工業(yè)上常用純堿溶液吸收NO2，生成亞硝酸鹽、硝酸鹽和其他物質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學方程式：_____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 【解析】　(2)二氧化氮與水反應(yīng)的化學方程式是3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低溫促進反應(yīng)正向移動，正反應(yīng)氣體體積減小，增大壓強，反應(yīng)正向移動，所以為使吸收效果更好，在吸收過程中需要控制在低溫高壓條件下。 (3)一氧化氮能夠引起光化學煙霧、酸雨、破壞臭氧層等，嚴重破壞環(huán)境；純堿和二氧化氮反應(yīng)：生成亞硝酸鹽、硝酸鹽，根據(jù)化合價升降相等，配平反應(yīng)的方程式：2NO2＋Na2CO3===NaNO3＋NaNO2＋CO2。 【答案】　(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O (2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　低溫高壓 (3)光化學煙霧、酸雨、破壞臭氧層等　2NO2＋Na2CO3===NaNO3＋NaNO2＋CO2 16．(10分)以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如圖所示(圖中某些轉(zhuǎn)化步驟及生成物未列出): 【導學號：28920016】 請?zhí)顚懴铝锌瞻祝? (1)已知0.5 mol甲烷與0.5 mol水蒸氣在t C、p kPa時，完全反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣(合成氣)，吸收a kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學方程式是_______________ ____________________________________________________________________。 (2)在合成氨的實際生產(chǎn)過程中，常采取的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中及時分離出來，并將分離出氨后的氮氣和氫氣循環(huán)利用，同時補充氮氣和氫氣。請運用化學反應(yīng)速率和化學平衡的觀點說明采取該措施的理由：_________ ____________________________________________________________________。 (3)當甲烷合成氨氣的轉(zhuǎn)化率為75%時，以5.60107 L甲烷為原料能夠合成____________L氨氣。(假設(shè)體積均在標準狀況下測定) (4)已知尿素的結(jié)構(gòu)簡式為，請寫出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式： ①______________________________________________________________； ②______________________________________________________________。 【解析】　(1)因0.5 mol甲烷與0.5 mol水蒸氣完全反應(yīng)生成一氧化碳和H2吸收了a kJ熱量，則1 mol甲烷與1 mol水蒸氣反應(yīng)需吸收2a kJ的熱量，所以該反應(yīng)的熱化學方程式為CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋2a kJmol－1。 (2)N2與H2合成NH3的反應(yīng)(N2＋3H22NH3)是一個可逆反應(yīng)，在該反應(yīng)中，補充氮氣和氫氣有利于增大反應(yīng)速率，分離氨和補充氮氣與氫氣都有利于平衡正向移動，同時循環(huán)利用可以節(jié)約原料。 (3)由CH4＋2H2O(g)===CO2＋4H2的方程式和合成氨的方程式可以推出關(guān)系如下：CH4～4H2～NH3，由此關(guān)系式可以求得V(NH3)＝5.60 L10775%＝1.12108 L。 (4)因所寫同分異構(gòu)體需含有碳氧雙鍵，根據(jù)價鍵理論結(jié)合尿素的結(jié)構(gòu)簡式很容易寫出其同分異構(gòu)體為①， ②。 【答案】　(1)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋2a kJmol－1 (2)增大氮氣和氫氣的濃度有利于增大反應(yīng)速率；減小氨氣的濃度，增大氮氣和氫氣的濃度均有利于平衡向正反應(yīng)方向移動 (3)1.12108 (4)①?、?