从巩固到提高高考化学二轮微专题03 工业合成氨

更新时间：2023-01-21 浏览次数：20 类型：二轮复习

一、单选题

1. (2022·宝山模拟) 下列关于工业生产过程的叙述正确的是（）

A . 联合制碱法中循环使用CO₂和NH₃ ，以提高原料利用率 B . 硫酸工业中，SO₂氧化为SO₃时采用常压，因为高压会降低SO₂转化率 C . 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 D . SO₂在接触室被氧化成SO₃ ， SO₃在吸收塔内被吸收制成浓硫酸

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2. (2022·葫芦岛模拟) 氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨催化制硝酸的流程示意图。下列说法错误的是（）

A . 可以利用 $\text{[math]}$ 易液化的性质分离出 $\text{[math]}$ B . 合成氨以及氨催化制硝酸的流程中氮元素均被氧化 C . 可以用 $\text{[math]}$ 进行氨氧化物的尾气处理 D . 吸收塔中通入A是为了提高原料的利用率

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3. (2022·舟山模拟) 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”

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4. (2022·奉贤模拟) 下列有关化工生产的说法错误的是（）

A . 硫酸工业中采用高压，以提高二氧化硫的转化率 B . 联合制碱法在母液中继续通入氨气、加入食盐 C . 氯碱工业可制得氢氧化钠、盐酸等化工产品 D . 合成氨工业控制温度在500℃，以提高催化剂的催化效果

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5. (2022·石景山模拟) 氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图为合成氨以及氨催化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是（）

A . 可以利用NH₃易液化的性质分离出NH₃ B . 吸收塔中通入A是为了提高原料的利用率 C . 可以用NH₃进行氮氧化物的尾气处理 D . 合成氨以及氨催化制硝酸的流程中氮元素均被氧化

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6. (2021高三上·沈阳月考) 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 $\text{[math]}$

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7. (2021·乾安模拟) 科学家利用过渡金属氮化物(TMNS)在常温下催化实现氨的合成，其反应机理如图所示。下列有关说法正确的是（）

A . TMNS增大了合成氨反应中N₂的平衡转化率 B . TMNS表面上的N原子被氧化为氨 C . 用¹⁵N₂进行合成反应，产物中只有¹⁵NH₃ D . TMNS表面上氨脱附产生的空位有利于吸附N₂

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8. (2021·平顶山模拟) 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

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9. (2021·长宁模拟) 合成氨工业上，采用氮氢循环操作的主要目的是（）

A . 加快反应速率 B . 提高氨气的平衡浓度 C . 提高氮气和氢气的利用率 D . 降低氨气的沸点

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10. (2021·闵行模拟) 下列工业生产采取的措施能达到相应目的的是（）

选项	化学工业	措施	目的
A	合成氨	500℃左右	防止催化剂中毒
B	石油化工	裂化	提高轻质油的产量
C	工业制硫酸	V₂O₅催化	提高SO₂的转化率
D	侯氏制碱	先通CO₂	有利于CO₂充分吸收

A . A B . B C . C D . D

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11. (2021·黄浦模拟) 合成氨及其相关工业中，部分物质间的转化关系如图所示，下列说法错误的是（）

A . I、Ⅱ、III和IV都属于氧化还原反应 B . I、Ⅱ、III和IV都是氮的固定 C . 反应Ⅵ的部分产物可在流程中循环利用 D . 反应Ⅴ的化学方程式为NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl

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12. (2021·晋中模拟) 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

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13. (2021高三下·河北开学考) 科学工作者研发了一种 SUNCAT的系统，借助锂循环可持续合成氨，其原理如图所示。下列说法正确的是（）

A . 过程Ⅰ若通过原电池来实现，阴极电极反应式为 $\text{[math]}$ B . 过程Ⅱ生成W的反应： $\text{[math]}$ C . 过程Ⅲ中LiOH在阳极得电子生成金属锂，该体系中可用金属锂作阳极材料 D . 过程Ⅲ中阴极电极反应式为 $\text{[math]}$

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14. (2020高三上·烟台期中) 合成氨工业是现代化工和国民经济的重要支柱，已知：N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) △H<0。电催化还原N₂制NH₃的一种反应机理如图所示，其中吸附在催化剂表面的微粒用*表示。

下列说法正确的是（）

A . 电催化法是一步即能把N₂还原为NH₃的高效还原法 B . 两个氮原子的加氢过程同时进行 C . NH₃的及时脱附有利于合成氨 D . 与传统工业合成氨相比，电催化法能降低反应的活化能，从而降低了反应的△H

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二、综合题

15. (2022高三上·浙江月考) 工业合成氨原理：N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) ∆H＜0。
1. （1）下列关于合成氨的说法正确的是____。
  
  A . 合成氨是目前自然固氮最重要的途径 B . 合成氨反应的∆H与温度有关，而∆S与温度无关 C . 合成氨反应常采用400~500℃是综合考虑了反应速率与平衡产率的矛盾 D . 将原料气加压至10MPa~30MPa，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 E . 合成氨生产过程中将NH₃液化分离，是为了加快正反应速率，提高N₂、H₂的转化率
2. （2）已知某温度下合成氨反应达平衡时各物质均为 $\text{[math]}$ ，容器容积为VL，保持温度和压强不变，又充入3amol N₂后，平衡(填“向左”、“向右”或“不”)移动。
3. （3） $\text{[math]}$ 压强下，向密闭容器中充入一定量的N₂和H₂ ，相同时间内测得体系中N₂的体积分数与温度(T)的关系如下图所示。
  ①N₂的体积分数随温度升高先减小后增大的原因是。
  ②研究表明，温度越高，温度对平衡的影响大于压强对平衡的影响。保持其他条件不变，请在上图中画出P₂压强下 (P₂＞P₁)N₂的体积分数与温度(T)的关系趋势图。
4. （4） LiH-3d过渡金属复合催化剂可用于催化合成氨，已知N₂被吸附发生反应3LiH+N₂=Li₂NH+LiNH₂ ，用一个化学方程式表示H₂被吸附发生的反应。
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16. (2021高三上·浙江月考) “水煤气(CO和 $\text{[math]}$ )”是化学工业常用的原料气，请回答：
1. （1） I.已知：焦炭、CO的标准燃烧热分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，氢气燃烧的热化学反应方程式： $\text{[math]}$
  试写出由焦炭和水蒸气生成水煤气的热化学反应方程式：
2. （2）下列说法正确的是___________
  
  A . 将煤炭在空气中直接加强热进行干馏，制备生成水煤气的原料焦炭 B . 水煤气可经过催化合成获得液体燃料、碳氢化合物和含氧有机物 C . 水煤气也可采用高温下煤和水蒸气直接作用制得 D . 在恒压反应釜中，利用焦炭与水蒸气高温制备水煤气时，适当加快通入水蒸气的流速，有利于水煤气的生成
3. （3） II.合成氨工厂以“水煤气”为原料，采用两段间接换热式绝热反应器(反应器中的催化剂对原料气的吸附时间长短，对原料气的转化率会造成一定影响)在常压下进行转换合成氨，装置如图。
  
  A反应器中主要发生的反应为： $\text{[math]}$
  
  B反应器中主要发生的反应为：
  
  主反应： $\text{[math]}$
  
  副反应： $\text{[math]}$
  
  由进气口充入一定量含CO、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的混合气体，在B中充分反应，在T℃下，反应达到平衡后，测得混合气体各组分的物质的量分别为CO0.2mol、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 。
  
  已知标准平衡常数： $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 表示标准压强( $\text{[math]}$ ) $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 表示各组分的分压，如 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 为体系中CO的物质的量分数
  
  T℃时，主反应的压强平衡常数 $\text{[math]}$
4. （4）平衡时CO的转化率为
5. （5）进气空速对反应产品的收率有一定的影响，实验测得在不同进气空速下，测得平衡时 $\text{[math]}$ 的收率如下图所示
  
  ①曲线中A点到B点变化的原因是：
  
  ②若将绝热转换反应器改为恒温转换反应器，试在图中画出随进气空速变化的 $\text{[math]}$ 收率曲线。
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17. (2021·嘉定模拟) 工业上用N₂和H₂合成NH₃ “N₂ + 3H₂ ⇌2NH₃+Q”(反应条件略)。请回答下列问题：
1. （1）在实际化工生产中，为提高NH₃的产率，可以采取的措施有(写两个)：，。
2. （2）氨气与酸反应得到铵盐，某(NH₄)₂SO₄水溶液的pH=5，原因是溶液中存在平衡(用离子方程式表示)，该反应对水的电离平衡起到作用(填“促进”“抑制”或“无影响”)。(NH₄)₂SO₄溶液中的离子浓度由大到小的顺序为。
3. （3）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对合成NH₃反应的影响。实验结果如图所示：(图中T表示温度，n表示起始时H₂物质的量)
  
  ①图像中T₂和T₁的关系是：T₂T₁(填“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”或“无法确定”)。
  
  ②在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最大的是(填字母)。
  
  ③若容器容积为2L，b点对应的n=0.15mol，测得平衡时H₂、N₂的转化率均为60%，则平衡时N₂的物质的量浓度为 mol/L。
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18. (2020高三上·运城期中) 合成氨反应是目前最有效工业固氮的方法，解决数亿人口生存问题。
1. （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。
  
  写出合成氨的热化学方程式：；该反应历程中最大能垒对应的化学方程式为：。
2. （2）如图所示，合成氨反应中未使用催化剂时，逆反应的活化能Ea（逆）＝kJ·mol^－¹；使用催化剂之后，正反应的活化能为kJ·mol^－¹。
3. （3）合成氨需要选择合适的催化剂，分别选用A、B、C三种催化剂进行实验，所得结果如图所示（其他条件相同），则实际生产中适宜选择的催化剂是（填“A”“B”或“C”），理由是。
4. （4）一定温度下，将1mol N₂和3 mol H₂置于一密闭容器中反应，测得平衡时容器的总压为P，NH₃的物质的量分数为20%，列式计算出此时的平衡常数K_p＝（用平衡分压代替平衡浓度进行计算，分压＝总压×体积分数，可不化简）。
5. （5）以氨作为燃料的固体氧化物（含有O²^－）燃料电池，具有全固态结构、能量效率高、无污染等特点。工作原理如图所示：
  
  ①固体氧化物电池工作的电解质，O²^－移向（填字母）。
  
  A 电极a B 电极b
  
  ②该电池工作时，电极a上发生的电极反应为。
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19. (2020高三上·河北期中) 工业合成氨是解决人类的生存问题。回答下列问题：
1. （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，对图中线间距离窄小的部分，其能量差用的方式表示。由图可知合成氨反应N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g)的 $\text{[math]}$ =kJ·mol^－¹ ，反应速率最慢的步骤的化学方程式为。
2. （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：
  
  则500℃时：
  
  ①平衡常数K_P(30MPa)K_P(100MPa)。(填“＜”、“=”、“＞”)
  
  ②30MPa时，氢气的平衡转化率为(结果保留3位有效数字)。用平衡分压表示平衡常数K_P=(列出计算式即可，不必化简)。
3. （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反应过程如图所示，其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的有机溶液。
  
  ①阴极区生成NH₃的电极反应式为。
  
  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．选择性透过膜可允许N₂和NH₃通过，防止H₂O进入装置
  
  C．保持电流强度不变，升高溶液的温度，可以加快电解反应的速率
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