《氨的合成》习题1

《氨的合成》习题

考查点一 合成氨条件的选择

1．合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是( )。 ①减压 ②加压 ③升温 ④降温 ⑤及时从平衡混合气中分离出NH3 ⑥补充N2或H2 ⑦加催化剂 ⑧减小N2或H2的量 A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦

解析 合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 高温、高压 2NH3(g)的特点为：正反应放热且气体

催化剂 分子数减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选C。 答案 C

2．合成氨的反应采用400～500 ℃温度的原因是 ( )。 A．温度太低反应速率太小 B．该温度时催化剂活性较高 C．该温度时反应速率最大 D．该温度时N2的转化率最高

解析 在400～500 ℃时催化剂的活性较高。 答案 B

高温、高压

3．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正确

催化剂

的是 ( )。

A．达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，H2的浓度比原平衡也大

B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应的速率，又提高了NH3的产率

C．达到平衡后，缩小容器的体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率

D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，逆反应速率减小 解析 达到平衡后，加入N2平衡向正反应方向移动，NH3的浓度增大了，而H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短

反应达到平衡的时间。 答案 C

4．在合成氨的过程中，加入催化剂的作用是 ( )。 A．能加快反应速率，促进平衡向合成氨方向移动 B．能提高氮气、氢气的转化率，使原料得到充分利用 C．能提高氨的平衡浓度

D．加快正逆反应速率，缩短达到平衡所需时间

解析 催化剂只能改变化学反应速率，而且对正、逆反应速率是同等程度的影响，所以它不能改变平衡，只能缩短可逆反应达到平衡的时间。 答案 D

考查点二 合成氨工艺

5．在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是 ( )。 A．使用吸收塔设备 B．使用加压条件 C．使用氢气做原料 D．使用催化剂

解析 A项：NH3的生产没有吸收塔，只有合成塔；B项：H2SO4合成用的是常压；C项：硫酸工业不需H2作原料。 答案 D

6．实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下：

已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。 (1)从下图中选择制取气体的合适装置：氮气________、氢气________。

(2)氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有________、________。

(3)氨合成器出来经冷却的气体连续通入乙装置的水中吸收氨，________(“会”或“不会”)发生倒吸，原因是：

________________________________________________________________ ________________________________________________________________。

(4)用乙装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内，能使铂丝保持红热的原因是：________________，锥形瓶中还可观察到的现象是： _______________________________________________________________。 (5)写出乙装置中氨氧化的化学方程式：

________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (6)反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H＋、OH－、________、________等离子。 解析 本题是考查氨的合成和氨催化氧化的实验题。制取氮气用氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液加热反应生成，故选a装置，制取氢气用锌与稀硫酸反应不用加热，选b装置。甲装置的作用是混合氮气和氢气、干燥气体、控制氮气和氢气的流速。从氨合成器中出来的气体主要是氮气和氢气，通入水中吸收氨气，因为氮气、氢气难溶于水，不会倒吸。氨的催化氧化是一个放热反应，铂丝保持红热，锥形瓶中发生下列反应：

催化剂

4NH3＋5O2=====4NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，有红棕色气体产生，3NO2＋H2O===2HNO3＋

△NO，HNO3＋NH3===NH4NO3

答案 (1)a b (2)干燥气体 控制氢气和氮气的流速(3)不会 因为混合气体中含有大量难溶于水的氮、氢两种气体 (4)氨的氧化反应是一个放热反应 有红棕色气体产生 催化剂

(5)4NH3＋5O2=====4NO＋6H2O (6)NH＋4 NO3－

△考查点三 有关计算

7．工业上合成氨的主要生产过程有：

(1)原料气的制备、净气和压缩。氮气来源于________，氢气来源于________，净化原料气的原因是

______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)氨的合成。在________中进行，反应的最佳条件是

_______________________________________________________________ ________________________________________________________________。

(3)氨的分离。如将N2、H2按体积比1∶3进入合成塔，从合成塔出来的混合气中通常含体积分数为15%左右的氨气，则出来的混合气体中含H2的体积分数为________，N2的体积分数为________。

解析 (3)设起始N2、H2的体积分别为1、3，反应中转化的N2的体积为x，则

高温、高压

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 催化剂

起始体积 1 3 0 平衡体积 1－x 3－3x 2x 依题意：

2x

×100%＝15%

1－x＋3－3x＋2x6

解得：x＝ 23故φ(H2)＝3－3x

×100%＝63.75%

1－x＋3－3x＋2x

φ(N2)＝1－φ(H2)－φ(NH3)＝21.25%

答案 (1)空气 水和碳氢化合物 防止催化剂中毒 (2)合成塔 压强20～50 MPa，温度400～500 ℃，铁触媒作催化剂 (3)63.75% 21.25%