高中化學(xué)魯科版化學(xué)與技術(shù)主題一空氣資源氨的合成單元測(cè)試 專題2氨的工業(yè)合成

課題2氨的工業(yè)合成1．認(rèn)識(shí)合成氨的反應(yīng)原理和特點(diǎn)，并能依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理綜合考慮合成氨生產(chǎn)中的相關(guān)因素，選擇合成氨反應(yīng)的最佳條件。(重點(diǎn))2．知道獲得大量廉價(jià)的氫氣是實(shí)現(xiàn)合成氨生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題，知道合成氨工業(yè)原料氮?dú)夂蜌錃猥@得的途徑和方法，能夠?qū)懗鱿鄳?yīng)的化學(xué)方程式。(重點(diǎn))3．能根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)分析氮?dú)夂蜌錃獠荒芡耆D(zhuǎn)化的原因，知道循環(huán)法使未轉(zhuǎn)化的氮?dú)夂蜌錃獾玫嚼玫脑砗头椒ā?重難點(diǎn))4．知道選擇適宜的反應(yīng)條件、確定原料路線、解決未轉(zhuǎn)化完全的原料氣的利用是合成氨生產(chǎn)中的主要技術(shù)問(wèn)題。探索合成氨的最佳條件1.合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式：N2＋3H2eq\o(,\s\up8(催化劑),\s\do8(高溫、高壓))2NH3。2．合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)(1)可逆反應(yīng)；(2)放熱反應(yīng)；(3)氣體總體積縮小的反應(yīng)。3．合成氨最佳條件的選擇(1)理論分析從化學(xué)反應(yīng)速率的角度看，升溫、加壓以及使用催化劑都可以使合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率增大。從化學(xué)平衡的角度看，平衡混合氣中氨的含量隨著溫度的升高而降低，隨壓強(qiáng)的增大而提高。這說(shuō)明溫度、壓強(qiáng)對(duì)這一反應(yīng)的化學(xué)平衡有影響：降溫、增壓有利于氨的合成。(2)實(shí)際生產(chǎn)中的最佳條件合成氨一般選擇以鐵觸媒為催化劑，壓強(qiáng)在20～50_MPa之間，溫度在500_℃左右。1．合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在低溫下有利于氨的合成，為什么實(shí)際上選用了500°C的高溫？【提示】目前，合成氨工業(yè)中普遍使用的主要是以鐵為主體的多組分催化劑，又稱鐵觸媒。鐵觸媒在500°C左右時(shí)的活性最大，這也是合成氨反應(yīng)一般選擇在500°C左右進(jìn)行的重要原因之一。如何獲得大量廉價(jià)的原料氣1.獲得氮?dú)獾姆椒ǎ悍蛛x空氣。2．獲得氫氣的方法方法反應(yīng)原理電解水法2H2Oeq\o(=,\s\up8(通電))2H2↑＋O2↑煤或焦炭法C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(高溫))CO＋H2天然氣或重油法CH4＋H2Oeq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(高溫))CO＋3H2CO＋H2Oeq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(△))CO2＋H22．評(píng)價(jià)上述幾種制氫方法，你認(rèn)為哪種方法是最佳選擇？【提示】電解水制氫氣，電能消耗大，成本高；天然氣與煤相比較，天然氣輸送方便、投資省、能耗低。所以用天然氣做合成氨的原料為最佳選擇。怎樣利用未轉(zhuǎn)化的氮?dú)夂蜌錃庠趯?shí)際生產(chǎn)中采用了循環(huán)法，先通過(guò)冷凝把氨從合成塔出來(lái)的混合氣中分離出來(lái)，余下未反應(yīng)的氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚庥醚h(huán)壓縮機(jī)重新送入合成塔進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)不斷地補(bǔ)充新鮮的原料氣，這樣氨的合成就形成了一個(gè)循環(huán)流程，使氮?dú)夂蜌錃獾玫匠浞掷?。合成氨條件的選擇【問(wèn)題導(dǎo)思】①合成氨工業(yè)生產(chǎn)的要求是什么？【提示】a．反應(yīng)有較大的反應(yīng)速率；b.最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。②影響化學(xué)平衡移動(dòng)的外界因素有哪些？【提示】溫度、濃度、壓強(qiáng)。③合成氨實(shí)際生產(chǎn)中采用高溫、高壓、催化劑，其中有利于提高平衡混合物中NH3的百分含量的因素有哪些？【提示】高溫不利于平衡正向移動(dòng)；催化劑對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響；高壓利于平衡正向移動(dòng)，能提高平衡混合物中NH3的百分含量。1．合成氨生產(chǎn)的要求合成氨工業(yè)要求：①反應(yīng)要有較大的反應(yīng)速率；②要最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。2．合成氨條件的選擇依據(jù)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)原理的有關(guān)知識(shí)，同時(shí)考慮合成氨生產(chǎn)中的動(dòng)力、材料、設(shè)備等因素來(lái)選擇合成氨的適宜生產(chǎn)條件。3．合成氨條件的理論分析(1)濃度：因?yàn)樵龃蠓磻?yīng)物濃度，能提高反應(yīng)速率和使平衡正向移動(dòng)，故生產(chǎn)中常使廉價(jià)易得的原料適當(dāng)過(guò)量，以提高另一原料的利用率。因此生產(chǎn)中常適當(dāng)增加N2的比例。(2)壓強(qiáng)：無(wú)論從反應(yīng)速率還是化學(xué)平衡考慮，壓強(qiáng)越大越有利于合成氨。但壓強(qiáng)太大，動(dòng)力消耗大，設(shè)備的質(zhì)量和制造水平要求高，故必須綜合考慮。目前我國(guó)合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)在20～50MPa之間。(3)溫度：對(duì)于放熱反應(yīng)，升溫可提高反應(yīng)速率，但轉(zhuǎn)化率降低，若溫度太低，反應(yīng)速率又太慢，綜合考慮以500℃(4)催化劑：加快反應(yīng)速率但不影響平衡，可以提高單位時(shí)間內(nèi)氨的產(chǎn)量。目前工業(yè)上多采用以鐵為主的催化劑。為了提高合成氨生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，還有三點(diǎn)是不可忽視的：①使原料氣中n(N2)∶n(H2)≈1∶3；②將從反應(yīng)混合物中分離出來(lái)的氮?dú)夂蜌錃庵匦聣嚎s后送入合成塔再次利用；③及時(shí)將NH3從平衡混合物中分離出來(lái)。合成氨時(shí)既要使氨的產(chǎn)率增大，又要使反應(yīng)速率加快，可采取的辦法是()①減壓②加壓③升溫④降溫⑤及時(shí)從平衡混合氣中分離出NH3⑥補(bǔ)充N2或H2⑦加催化劑⑧減小N2或H2的量A．①④⑤⑦ B．③⑤⑧C．②⑥ D．②③⑥⑦【解析】合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up8(高溫、高壓),\s\do8(催化劑))2NH3(g)ΔH<0的特點(diǎn)為：可逆、放熱、氣體分子總數(shù)減小。加壓、升溫、增加N2或H2濃度，使用催化劑均能加快反應(yīng)速率；加壓、降溫、及時(shí)分離出NH3、增加c(N2)和c(H2)均有利于平衡正向移動(dòng)，增大氨的產(chǎn)率。【答案】C改變外界條件加快反應(yīng)速率時(shí)，不一定使化學(xué)平衡正向移動(dòng)；改變外界條件使化學(xué)平衡正向移動(dòng)時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率不一定加快。1．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法中，正確的是()A．從合成塔出來(lái)的混合氣體中，氨氣占15%，所以生產(chǎn)氨的工廠的效率都很低B．由于氨易液化，N2和H2在實(shí)際生產(chǎn)中循環(huán)使用，所以總體來(lái)說(shuō)，氨的產(chǎn)率很高C．合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500℃D．我國(guó)合成氨廠采用的壓強(qiáng)是20～50MPa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大【解析】雖然從合成塔出來(lái)的混合氣體中NH3只占15%，但由于原料氣N2和H2循環(huán)使用和不斷分離出液氨，所以生產(chǎn)NH3的效率還是很高的，因此A項(xiàng)不正確；控制反應(yīng)溫度為500℃，一是為了使反應(yīng)速率不至于很低，二是為了使催化劑活性最大，因此C項(xiàng)不正確；增大壓強(qiáng)有利于NH3的合成，但壓強(qiáng)越大，需要的動(dòng)力越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高，我國(guó)的合成氨廠一般采用20～50MPa，但這并不是因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大，因此D項(xiàng)不正確?！敬鸢浮緽合成氨的生產(chǎn)工藝及原料氣的制備【問(wèn)題導(dǎo)思】①合成氨生產(chǎn)中需要的原料氣是什么？【提示】氮?dú)夂蜌錃?。②如何獲得合成氨原料氣？【提示】獲得N2的方法：來(lái)自空氣，分離方法有深冷分離、變壓吸附分離、分離膜分離。獲得H2的方法：電解水、由煤或焦炭制H2、由天然氣或重油制H2。③如何能提高合成氨工業(yè)中原料氣的利用率？【提示】使平衡正向移動(dòng)：加壓、不斷分離出NH3、將N2、H2循環(huán)利用。1．工藝流程2．氮?dú)獾闹苽?1)物理方法：將空氣用深冷分離、變壓吸附分離或膜分離制得N2和O2。(2)工業(yè)上所采用的化學(xué)方法：用煤在空氣中燃燒，除去O2，吸收CO2(如用氨水吸收制NH4HCO3)后，得到N2。3．氫氣的制造合成氨原料來(lái)源的關(guān)鍵是如何獲得大量廉價(jià)的氫氣。原料制備路線的選擇，應(yīng)綜合考慮資源、工藝、能耗、成本、環(huán)境等重要因素。由電解水制氫氣，電能消耗大，成本高，不適于制取大量的氫氣。下圖是工業(yè)合成氨及與之相關(guān)的工藝流程圖。仔細(xì)閱讀、分析上述框圖，并解答下列問(wèn)題：(1)寫出①、②的操作方法：①________、②________。(2)寫出A、B兩個(gè)化學(xué)方程式：A____________________________________、B______________________________________________________________。(3)Ⅰ、Ⅱ的氣體成分相同嗎？________。(4)節(jié)能降耗勢(shì)在必行，也是工業(yè)發(fā)展的命脈。就上述工藝流程框圖，指出該框圖中的一條符合節(jié)能降耗宗旨的措施：______________________________。【解析】(1)工業(yè)合成氨的氮?dú)庠蟻?lái)自于空氣，傳統(tǒng)的空氣分離方法是降溫、加壓而液化，然后升溫精餾分離，這種方法叫深冷分離，現(xiàn)在工業(yè)上也常采用膜分離技術(shù)。(2)合成氨的氫氣多來(lái)自石油、天然氣，目前也多采用煤的綜合利用，如煤的液化操作；工業(yè)合成氨采用的條件是高溫、高壓和催化劑。(3)進(jìn)入熱交換器的是溫度較高的氨氣、氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w，而從其中出來(lái)的仍然是這些氣體，不同的是溫度降低了。(4)工業(yè)生產(chǎn)往往采用循環(huán)利用原料、熱量，采用廢物利用來(lái)提高經(jīng)濟(jì)效益，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的?！敬鸢浮?1)①液化(或答“深冷分離”、“膜分離”都可以)②冷凝(2)C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(高溫))CO＋H2或CH4＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(高溫))CO＋3H2或CH4＋2H2O(g)eq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(高溫))CO2＋4H2(寫出其中任何一個(gè)即可)3H2＋N2eq\o(,\s\up8(高溫、高壓),\s\do8(催化劑))2NH3(3)相同(4)液化分離液氨后的氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用(或“熱的氨氣、氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w與冷的氮?dú)?、氫氣混合氣體進(jìn)行熱交換”)2．下面是合成氨的簡(jiǎn)要流程示意圖：【導(dǎo)學(xué)號(hào)：28920005】沿X路線回去的物質(zhì)是()A．N2和H2 B．催化劑C．NH3 D．H2【答案】A1．熟記合成氨反應(yīng)的1個(gè)化學(xué)方程式：N2＋3H2eq\o(,\s\up8(高溫、高壓),\s\do8(催化劑))2NH3。2．明確合成氨反應(yīng)的3個(gè)特點(diǎn)：(1)可逆反應(yīng)；(2)放熱反應(yīng)；(3)氣體總體積減小的反應(yīng)。3．知道合成氨2種原料氣的獲得方法：氮?dú)狻蛛x空氣；氫氣——煤或焦炭法、天然氣或重油法。4．理解工業(yè)合成氨的3個(gè)條件。(1)500℃1．在合成氨反應(yīng)N2＋3H22NH3中，在下列情況下，不能使化學(xué)反應(yīng)速率增大的是()A．加入氮?dú)?B．加入合適的催化劑C．減小壓強(qiáng)，擴(kuò)大容器體積 D．適當(dāng)升高溫度【解析】加快反應(yīng)速率的外界條件有：升高溫度、增大壓強(qiáng)(有氣體參加的反應(yīng))、增大反應(yīng)物濃度、使用催化劑等?！敬鸢浮緾2．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒·夏特列原理來(lái)解釋的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：28920006】A．使用鐵觸媒，將N2和H2混合有利于合成氨B．高壓比常壓條件更有利于合成氨C．450℃D．合成氨時(shí)采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率【解析】勒夏特列原理運(yùn)用范圍，就是能使已平衡的可逆反應(yīng)發(fā)生平衡移動(dòng)的一些因素。選項(xiàng)A中催化劑不能使平衡移動(dòng)；選項(xiàng)B中加壓可使合成氨反應(yīng)正向移動(dòng)；選項(xiàng)C中高溫不利于合成氨，只能加快反應(yīng)速率，另外，450℃左右鐵觸媒活性最大；選項(xiàng)D中，循環(huán)使用，不涉及平衡移動(dòng)問(wèn)題?！敬鸢浮緽3．1908年德國(guó)化學(xué)家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當(dāng)時(shí)日益增長(zhǎng)的人口對(duì)糧食的需求。下列是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是()A．①②③ B．②④⑤C．①③⑤ D．②③④【解析】合成氨反應(yīng)為氣體分子總數(shù)減少的放熱反應(yīng)，操作①是為了除去雜質(zhì)，防止催化劑中毒；②增大壓強(qiáng)，有利于該反應(yīng)向右進(jìn)行，能夠提高轉(zhuǎn)化率；③催化劑只能加快反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡，故不能提高轉(zhuǎn)化率；④將產(chǎn)物NH3液化分離和⑤循環(huán)操作，均能使原料更充分地利用，提高原料的轉(zhuǎn)化率?！敬鸢浮緽4．對(duì)于可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，下列說(shuō)法正確的是()A．達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物濃度一定相等B．達(dá)到平衡后加入氨氣，重新達(dá)到平衡時(shí)，氨氣的濃度比原平衡時(shí)大C．達(dá)到平衡時(shí)，升高溫度加快了吸熱反應(yīng)的速率，降低了放熱反應(yīng)的速率，所以平衡向逆反應(yīng)的方向移動(dòng)D．加入催化劑可以縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，這是因?yàn)榧涌炝苏磻?yīng)的速率，而減慢了逆反應(yīng)的速率【解析】本題往往錯(cuò)選C、D，原因是對(duì)升高溫度可以使平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)的原因認(rèn)識(shí)不清；對(duì)使用催化劑可縮短到達(dá)平衡所用時(shí)間的原因認(rèn)識(shí)不清；正確選項(xiàng)為B?！敬鸢浮緽5．氨的合成是一個(gè)可逆反應(yīng)，其正反應(yīng)是放熱的、氣體總體積縮小的反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。填表說(shuō)明反應(yīng)條件的改變對(duì)這一反應(yīng)速率的影響和對(duì)平衡混合氣中氨含量的影響。條件的改變對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響對(duì)平衡混合物中氨含量的影響增大壓強(qiáng)降低溫度使用催化劑【答案】條件的改變對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響對(duì)平衡混合物中氨含量的影響增大壓強(qiáng)加快增多降低溫度減慢增多使用催化劑加快無(wú)影響學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(二)(建議用時(shí)：45分鐘)[學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)]1．合成氨工業(yè)上采用循環(huán)操作主要是為了()A．加快反應(yīng)速率B．提高NH3的平衡濃度C．降低NH3的沸點(diǎn)D．提高N2和H2的利用率【解析】循環(huán)操作后增大了反應(yīng)物N2和H2的濃度，加快了反應(yīng)速率，提高了NH3的平衡濃度，但主要是提高N2和H2的利用率，不至于浪費(fèi)原料。【答案】D2．合成氨過(guò)程中為提高原料氫氣的轉(zhuǎn)化率而所采取的下列措施中不正確的是()A．不斷將NH3分離出來(lái)B．使用過(guò)量的N2C．采用高溫 D．采用高壓【解析】由N2＋3H22NH3的特點(diǎn)可知，高溫平衡左移不利于提高H2的轉(zhuǎn)化率。高壓和減小NH3的濃度均使平衡右移。使用過(guò)量的N2有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率。【答案】C3．對(duì)于合成氨的反應(yīng)來(lái)說(shuō)，使用催化劑和施以高壓，下列敘述中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：28920007】A．都能提高反應(yīng)速率，都對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響B(tài)．都對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C．都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)有影響D．催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，而壓強(qiáng)無(wú)此作用【解析】對(duì)化學(xué)反應(yīng)N2＋3H22NH3，催化劑只能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。高壓能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，也能使化學(xué)平衡向生成NH3的反應(yīng)方向移動(dòng)?！敬鸢浮緾4．已知焦炭、一氧化碳和烴類化合物都能與水反應(yīng)產(chǎn)生合成尿素[CO(NH2)2]的原料——?dú)錃夂投趸?，從充分利用原料的角度考慮，用下列物質(zhì)生產(chǎn)H2和CO2最為合適的是()A．C B．COC．天然氣 D．石腦油(C5H12、C6H14)【解析】生產(chǎn)出的H2用于合成NH3，N2＋3H2eq\o(,\s\up8(高溫、高壓),\s\do8(催化劑))2NH3。再由NH3與CO2合成尿素。由此，可找出H2與CO2的關(guān)系式：3H2～2NH3～CO2。分別寫出備選項(xiàng)中各物質(zhì)與H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式：A項(xiàng)C＋H2Oeq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(高溫))H2＋CO，CO＋H2O=H2＋CO2總反應(yīng)方程式為：C＋2H2O=2H2＋CO2；B項(xiàng)CO＋H2Oeq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(高溫))H2＋CO2；C項(xiàng)CH4＋2H2Oeq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())4H2＋CO2；D項(xiàng)C5H12＋10H2Oeq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())16H2＋5CO2，C6H14＋12H2Oeq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())19H2＋6CO2。產(chǎn)物中，n(H2)∶n(CO2)最接近3∶1的最合適。【答案】D5．反應(yīng)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可變?nèi)莘e的密閉容器中進(jìn)行，下列條件的改變對(duì)其反應(yīng)速率幾乎無(wú)影響的是()①增加C的量②將容器的體積縮小一半③保持體積不變，充入N2使體系壓強(qiáng)增大④保持壓強(qiáng)不變，充入N2使容器體積變大A．①④ B．②③C．①③ D．②④【解析】增加固體的量、恒容時(shí)充入與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體，都對(duì)反應(yīng)速率無(wú)影響。④相當(dāng)于減壓，反應(yīng)速率減小?！敬鸢浮緾6．合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，氨氣的百分含量與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖，判斷合成氨工業(yè)最有前途的研究發(fā)展方向是()A．研究耐高壓的合成塔B．研制低溫催化劑C．提高分離技術(shù)D．探索不用氫氮合成氨的新途徑【答案】B7．用焦炭、空氣、水為原料制備NH3，則參加反應(yīng)的焦炭與產(chǎn)品氨氣之間的物質(zhì)的量之比為()A．3∶4 B．3∶2C．2∶3 D．1∶2【解析】由反應(yīng)：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())CO＋H2，CO＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())CO2＋H2，N2＋3H2eq\o(=,\s\up8(高溫、高壓),\s\do8(催化劑))2NH3可得：C～2H2～eq\f(4,3)NH3?！敬鸢浮緼8．合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，673K、30MPa下n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是()A．點(diǎn)a的正反應(yīng)速率比點(diǎn)b的小B．點(diǎn)c處反應(yīng)達(dá)到平衡C．點(diǎn)d(t1時(shí)刻)和點(diǎn)e(t2時(shí)刻)處n(N2)不一樣D．其他條件不變，773K下反應(yīng)至t1時(shí)刻，n(H2)比上圖中d點(diǎn)的值大【解析】選項(xiàng)A，在ab段可逆反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度在減小，正反應(yīng)速率在降低，故A項(xiàng)不正確；選項(xiàng)B中，c點(diǎn)時(shí)NH3、H2的物質(zhì)的量仍在變化，故未達(dá)到化學(xué)平衡；選項(xiàng)C中，t1時(shí)刻和t2時(shí)刻都處于同樣的化學(xué)平衡狀態(tài)，則n(N2)不變，故C不正確；選項(xiàng)D中，由于正反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，升高溫度化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故平衡時(shí)n(H2)比題圖中d點(diǎn)的值大，故D項(xiàng)正確。【答案】D9．將V1L的H2和V2L的N2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡后，混合氣體總體積為V3LA．(V1＋V2＋V3)L B．(V1＋V2－V3)LC．(V1＋V2－2V3)L D．[V3－(V1＋V2)]L【解析】根據(jù)差量法計(jì)算。由N2＋3H22NH3，可知NH3～ΔV(減少)，因ΔV＝(V1＋V2－V3)L，故V(NH3)＝ΔV＝(V1＋V2－V3)L。【答案】B[能力提升]10．如圖所示“合成氨”的演示實(shí)驗(yàn)(夾持儀器均已省略)。在Y形管的一側(cè)用Zn粒和稀H2SO4反應(yīng)制取H2，另一側(cè)用NaNO2固體和NH4Cl飽和溶液反應(yīng)制取N2，N2和H2混合后通過(guò)還原鐵粉來(lái)合成NH3，再將產(chǎn)生的氣體通入酚酞試液中，若酚酞試液變紅，則說(shuō)明產(chǎn)生了氨氣。某課外活動(dòng)小組通過(guò)查閱資料和多次實(shí)驗(yàn)，得到了如下信息：信息一：NaNO2固體和飽和NH4Cl溶液混合加熱的過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng)：①NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up8(△),\s\do8())NH4NO2＋NaCl②NH4NO2eq\o(=,\s\up8(△))NH3↑＋HNO2③2HNO2eq\o(=,\s\up8(△))N2O3↑＋H2O④2NH3＋N2O3eq\o(=,\s\up8(△))2N2＋3H2O信息二：查閱資料，不同體積比的N2、H2混合氣體在相同實(shí)驗(yàn)條件下合成氨，使酚酞試液變紅所需要的時(shí)間如下：N2和H2的體積比5∶13∶11∶11∶31∶5酚酞變紅色所需時(shí)間/min8～97～86～73～49～10據(jù)此回答下列問(wèn)題：(1)Y形管左側(cè)管中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式__________________________________________________________________________________________。(2)鐵粉撒在石棉絨上的目的是___________________________________________________________________________________________________。(3)課外活動(dòng)小組的同學(xué)們認(rèn)為，該實(shí)驗(yàn)中即使酚酞變紅也不能說(shuō)明N2和H2反應(yīng)合成了NH3，得出此結(jié)論的理由是。請(qǐng)你另設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的理由________________________________________________________________________。欲解決這一問(wèn)題，可以選用下圖中的________裝置連接在原裝置中的________和________之間。(4)在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為盡快觀察到酚酞試液變紅的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，應(yīng)該控制N2和H2的體積比為_______比較適宜；但該裝置還難以實(shí)現(xiàn)此目的，原因是_____________________________________________________________________。(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通入試管C中的氣體成分有________?！窘馕觥?1)根據(jù)Y形管右側(cè)管需加熱，說(shuō)明右側(cè)管反應(yīng)制取N2，左側(cè)管反應(yīng)制取H2。(2)鐵粉撒在石棉絨上的目的是增大與混合氣體的接觸面積，從而提高催化效率，增大反應(yīng)速率。(3)因?yàn)镹H4NO2分解可產(chǎn)生NH3，所以不能證明N2和H2反應(yīng)生成了NH3。直接將Y形管中混合氣體通入酚酞試液，若試液變紅，則理由成立，否則理由不成立。在A、B之間加一個(gè)除NH3的裝置，排除了NH3的干擾。(4)由表可知V(N2)∶V(H2)＝1∶3時(shí)，反應(yīng)最快，在Y形管中，無(wú)法控制氣體的體積。(5)氣體成分中有生成的NH3，同時(shí)還有未反應(yīng)的N2、H2?！敬鸢浮?1)Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑(2)增大混合氣體與催化劑的接觸面積，使反應(yīng)進(jìn)行得更快(3)從分步反應(yīng)可知，產(chǎn)生N2的過(guò)程中，有可能直接產(chǎn)生氨氣將混合加熱產(chǎn)生的氣體直接通入酚酞試液，若試液變紅，則說(shuō)明理由成立；否則，說(shuō)明理由不成立③AB(4)1∶3無(wú)法控制通入B中N2和H2的體積比(5)NH3、N2、H211．合成氨工業(yè)的主要反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，回答下列問(wèn)題。(1)原料N2不能用空氣代替，而必須用純N2，這是因?yàn)開_________________。H2來(lái)自水和焦炭，有關(guān)的化學(xué)方程式為：_____________________________________________________________________________________________。原料氣體必須經(jīng)過(guò)凈化的原因是___________________________________。(2)在合成塔中合成氨要在高溫、高壓和有催化劑的條件下進(jìn)行，試分析各反應(yīng)條件的作用：溫度(500℃________________________________________________________________。壓強(qiáng)(5×107Pa)___________________________________________________。催化劑(鐵觸媒)__________________________________________________。(3)從合成塔里出來(lái)的混合氣體中含15%的氨。①若N2和H2的轉(zhuǎn)化率相等，則轉(zhuǎn)化率為________。②工業(yè)上采用________法將氨分離出來(lái)。【解析】(3)利用“三段式”進(jìn)行分析。由于N2和H2轉(zhuǎn)化率相等，則二者起始投料物質(zhì)的量比為1∶3。N2(g)＋3H2(g)2NH3起始(mol)130轉(zhuǎn)化(mol)x3x2x平衡(mol)1－x3－3x2x則eq\f(2x,4－2x)×100%＝15%，解得x＝，轉(zhuǎn)化率為eq\fmol,1mol)×100%＝%?！敬鸢浮?1)空氣中的O2與H2混合加熱會(huì)發(fā)生爆炸C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(高溫),\s\do8())CO(g)＋H2(g)，CO(g)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up8(催化劑),\s\do8(△))CO2(g)＋H2(g)除去原料氣中的雜質(zhì)，防止催化劑中毒(2)加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間且催化劑在此溫度下活性最大既加快反應(yīng)速率，也能促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高NH3在平衡混合物中的百分含量加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間(3)①%②冷凝12．氨是重要的氮肥，是產(chǎn)量較大的化工產(chǎn)品之一。課本里介紹的合成氨技術(shù)稱為哈伯法，是德國(guó)人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－kJ·mol－1，他因此獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。試回答下列問(wèn)題：【導(dǎo)學(xué)號(hào)：28920008】(1)合成氨工業(yè)中采取的下列措施可用勒·夏特列原理解釋的是________。A．采用較高壓強(qiáng)(20～50MPa)B．采用500℃C．用鐵觸媒作催化劑D．將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來(lái)，剩余N2和H2循環(huán)到合成塔中，并補(bǔ)充N2和H2(2)下圖是實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)合成氨的簡(jiǎn)易裝置，簡(jiǎn)述檢驗(yàn)有氨氣生成的方法：____________________________________________________________________。(3)在298K時(shí)，將10molN2和30molH2通入合成塔中，放出的熱量小于924kJ，原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(4)1998年希臘亞里斯多德大學(xué)的Marmellos和Stoukides采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H＋)，實(shí)現(xiàn)了高溫、常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學(xué)合成氨。其實(shí)驗(yàn)裝置如下圖，則其陰極的電極反應(yīng)式為__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥?1)勒·夏特列原理只解釋平衡移動(dòng)問(wèn)題。(2)