PAGE6-課題2人工固氮技術——合成氨1．合成氨的反應采納500℃溫度的緣由是()A．溫度太低反應速率太小B．該溫度時催化劑活性最大C．該溫度時反應速率最大D．該溫度時N2的轉化率最高解析：工業合成氨反應的特點是：正反應是體積減小的放熱反應，選用的相宜條件，400～500℃、鐵催化劑、10MPa～30MPa；循環操作(N2與H2的體積比為1∶3)，在500℃時催化劑的活性最大。答案：B2．合成氨時既要使合成氨的產率增大，又要使反應速率加快，可實行的方法是()①減壓②加壓③升溫④降溫⑤剛好從平衡混合氣中分別出NH3⑥補充N2或H2⑦加催加劑⑧減小N2或H2的量A．③④⑤⑦ B．②④⑥C．②⑥ D．②③⑥⑦解析：合成氨反應N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up10(催化劑),\s\do10(高溫、高壓))2NH3(g)ΔH<0的特點為：正反應放熱且氣體體積減小。要使平衡向正反應方向移動且反應速率加快，應選C。答案：C3．下列有關合成氨工業的說法中，正確的是()A．從合成塔出來的混合氣體中，氨氣占15%，所以生產氨的工廠的效率都很低B．由于氨易液化，N2和H2在實際生產中循環運用，所以總體來說，氨的產率很高C．合成氨工業的反應溫度限制在500℃，目的是使化學平衡向正反應方向移動D．我國合成氨廠采納的壓強是10～30MPa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最大解析：雖然從合成塔出來的混合氣體中NH3只占15%，但由于原料氣N2和H2循環運用和不斷分別出液氨，所以生產NH3的效率還是很高的，因此A項不正確。限制反應溫度為500℃，一是為了使反應速率不至于很低，二是為了使催化劑活性最大，因此，C選項不正確。增大壓強有利于NH3的合成，但壓強越大，須要的動力越大，對材料的強度和設備的制造要求越高，我國的合成氨廠一般采納1×107～3×107Pa，但這并不是因為該壓強下鐵觸媒的活性最大，因此，D選項不正確。答案：B4．合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義。哈伯法合成氨須要在20～50MPa的高壓和500℃的高溫下，并用鐵作為催化劑，氨的轉化率為10%～15%；最近美國俄勒岡高校的化學家運用了一種名為trans—Fe(DMeOPrPE)2的催化劑，在常溫下合成出氨。下列有關說法中錯誤的是()A．哈伯法合成氨是吸熱反應，新法合成氨是放熱反應B．新法合成和哈伯法相比不須要在高溫條件下，可節約大量能源C．新法合成在常溫下進行也須要斷裂化學鍵D．新的催化劑降低了反應所須要的能量解析：吸熱反應和放熱反應是由反應物和生成物所具有的能量的相對大小確定的，與反應的條件無關，所以A項錯誤。依據題意可推斷利用催化劑降低了反應所需能量，所以反應在常溫下可以進行，可節約大量能源，其他選項正確。答案：A5．1913年德國化學家哈伯獨創了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿意了當時日益增長的人口對糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉化率而實行的措施是()A．①②③B．②④⑤C．①③⑤D．②③④解析：此合成氨的反應為：N2＋3H22NH3，為提高原料的轉化率，即使上述反應正向移動，而增大反應物濃度或減小生成物濃度可使平衡正移，則措施④⑤符合；上述反應的正反應是氣體物質的量減小的反應，增大壓強可使平衡正移，措施②符合；催化劑只變更反應速率不影響平衡移動，則③不符合；凈化過程也不影響平衡移動，①不符合。答案：B6．試驗室合成氨裝置如下圖所示，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、NH3D．檢驗產物可用潮濕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視察氣體逸出速率便于限制比例；③使氣體混合勻稱。答案：B7．在肯定條件下，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%，經合成反應達到平衡后，在相同溫度和壓強下，氣體體積縮小至原體積的95%，氮氣的轉化率接近于()A．11.5% B．10.5%C．9.75% D．13.2%解析：設混合氣體為100L，反應掉N2的體積為x。N2＋3H22NH3起先(L)22780平衡(L)22－x78－3x2x由題意：eq\f(22L－x＋78L－3x＋2x,22L＋78L)＝95%解得x＝2.5Lα(N2)＝eq\f(2.5L,22L)×100%＝11.4%。答案：A8．工業上合成氨的原料之一——氫氣，有一種來源是石油氣，如丙烷。(1)有人設計了以下反應途徑(反應方程式未配平)，假設反應都能進行，你認為最合理的是()A．C3H8eq\o(→,\s\up10(極高溫))C＋H2B．C3H8eq\o(→,\s\up10(高溫脫氫))C3H6＋H2C．C3H8＋H2Oeq\o(→,\s\up10(催化劑),\s\do10(△))CO＋H2D．CO＋H2Oeq\o(→,\s\up10(高溫))CO2＋H2(2)按以上最合理的反應途徑，理論上用1mol丙烷最多可制得氨氣()A．4mol B．6.7molC．10mol D．2.7mol(3)該合理的反應途徑最顯著的優點是()A．簡潔易行B．制得的H2純度高C．制得的H2產量高D．可同時獲得大量熱量解析：(1)要分析得出哪種反應方式生成的H2最多，配平反應的化學方程式如下：A．C3H8eq\o(→,\s\up10(極高溫))3C＋4H2。B．C3H8eq\o(→,\s\up10(高溫脫氫))C3H6＋H2。C．C3H8＋3H2Oeq\o(→,\s\up10(催化劑),\s\do10(△))3CO＋7H2，生成的CO又能和H2O反應CO＋H2Oeq\o(,\s\up10(高溫))CO2＋H2。當C3H8均為1mol時，C選項的途徑中產生H2最多。(2)C3H8＋3H2Oeq\o(→,\s\up10(高溫))3CO＋7H23CO＋3H2Oeq\o(=,\s\up10(高溫))3CO2＋3H2N2＋3H22NH3由以上反應可得C3H8～10H2,3H2～2NH3。依據相關量，進行計算：C3H8～10H2～eq\f(10,3)×2NH31moleq\f(20,3)mol所以1molC3H8最多可制得6.7mol氨，應選B。答案：(1)C(2)B(3)C9．已知：N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up10(催化劑),\s\do10(高溫、高壓))2NH3(g)ΔH<0，2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up10(催化劑),\s\do10(加熱))2SO3(g)ΔH<0。回答下列問題：(1)從影響速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理論上應實行的措施是________________，實際生產中實行的措施分別是_________________。(2)在實際生產的合成氨過程中，要分別出氨氣，目的是__________________________________________________________；而合成SO3過程中，不須要分別出SO3，緣由是________________。解析：理論分析時首先分析各反應的特點(氣體體積變更、熱效應)，而實際生產中要考慮單位時間內的生產量等因素。答案：(1)高溫、高壓、催化劑合成氨：高溫、高壓、催化劑，合成SO3：高溫、常壓、催化劑(2)減小生成物濃度，使平衡向生成NH3方向移動該反應向生成SO3的方向進行程度大，達到平衡后SO2含量較少，故不須要分別SO310．四川有豐富的自然氣資源，以自然氣為原料合成尿素的主要步驟如下圖所示(圖中某些轉化步驟及生成物未列出)：請填寫下列空白：(1)已知0.5mol甲烷與0.5mol水蒸氣在t℃、pkPa時，完全反應生成一氧化碳和氫氣(合成氣)，汲取了akJ熱量，該反應的熱化學方程式是____________。(2)在合成氨的實際生產過程中，常實行的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中剛好分別出來，并將分別出氨后的氮氣和氫氣循環利用，同時補充氮氣和氫氣。請運用化學反應速率和化學平衡的觀點說明實行該措施的理由：______________________________。(3)當甲烷合成氨氣的轉化率為75%時，以5.60×107(4)已知尿素的結構簡式為，請寫出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構體的結構簡式：①______________________________________________________________；②______________________________________________________________。解析：(1)0.5molCH4完全反應汲取akJ熱量，則1molCH4完全反應汲取2akJ熱量，熱化學方程式為CH4(g)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up10(t℃、pkPa))CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋2akJ·mol－1(2)采納循環操作有利于增大反應物濃度，增大反應速率，提高轉化率；削減NH3濃度有利于平衡正向移動。(3)由反應方程式可求轉化關系1CH4～4H2～eq\f(8,3)NH3，V