2.4工业合成氨 同步练习 2024-2025学年高二上学期化学沪科版（2020）选择性必修1

2024—2025学年高中化学沪科版选择性必修一2.4工业合成氨 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．比较合成氨工业与制硫酸中催化氧化的生产过程，下列说法错误的是 A．都使用了合适的催化剂 B．都选择了较高的温度 C．都按化学方程式中的系数进行投料 D．合成氨工业采用了高压生产条件，的催化氧化采用了常压生产条件 2．合成氨的热化学方程式为  。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)在较温和的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平衡时可高达。下列说法正确的是 A．该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁做催化剂 B．采用该方案生产氨气，活化能和均减小 C．该方案氨的含量高，与反应温度较低有关 D．为了提高氨气的产率，应尽量采取较高温度提高化学反应速率 3．有关工业固氮的说法正确的是 A．使用铁催化剂可提高反应物的转化率 B．循环使用、可提高的产率 C．温度控制在左右有利于反应向正方向进行 D．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好 4．已知合成氨反应，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；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 5．有关合成氨工业的说法正确的是 A．增大H2的浓度，可提高H2的转化率 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在700 K，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是10~30 MPa，因为该压强下铁的活性最大 6．化学反应广泛联系生活、生产及研究领域。下列叙述与化学反应调控无关的是 A．油锅起火，盖上锅盖灭火 B．生产糖果，加入食用色素 C．鲜牛奶冷藏，冷链运输 D．工业合成氨，研发新型催化剂 7．下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．由于氨易液化，、在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 B．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 C．合成氨工业的反应温度控制在400~500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．从合成塔出来的混合气体中只占15%，故合成氨厂的产率都很低 8．二氧化碳催化加氢制甲醇的反应为，已知该反应为放热反应，在恒容密闭容器中充入和进行反应，下列说法正确的是 A．正反应过程中涉及极性键、非极性键的断裂与形成 B．反应过程中气体密度减小直至反应达平衡状态 C．断键吸收的总能是大于形成化学键放出的总能量 D．反应达到平衡时的转化率一定小于20% 9．下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是 A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④ 10．氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗 11．工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是 A．增大压强，甲醇转化率减小 B．点反应速率 C．平衡常数：，反应速率： D．生产时反应温度控制在为宜 12．某研究小组为探究催化剂对尾气中CO、NO转化的影响，将含NO和CO的尾气在不同温度下，以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)  △H<0，测量相同时间内逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。 下列说法不正确的是 A．适当加压有助于脱氮率的提高 B．两种催化剂均能降低反应的活化能，但均不变 C．曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右 D．a点的脱氮率是对应温度下的平衡脱氮率 二、填空题 13．氮气与氢气生成氨气、二氧化硫的催化氧化都是可逆反应，研究发现降低温度有利于平衡向生成氨气或三氧化硫的方向移动，但是在实际生产中这两个反应都是在较高温度下进行的，这主要是考虑了什么因素 ？ 14．与混合，在一定条件下反应合成尿素：  ，该反应在一定条件下能自发进行的原因是 ；若该反应一恒温、恒容密闭容器内进行，判断反应达到平衡状态的标志是 (填字母)。 a.与的浓度相等    b.容器中气体的压强不再改变 c.    d.容器中混合气体的密度不再改变 15．你认为合成氨的化学工业生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考虑，需要考虑哪些因素 ？适宜的工业生产条件 。 16．通常在乙苯蒸汽中掺混水蒸气，控制温度600℃，并保持总压为常压。不同温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)如图： (1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 。 (2)控制反应温度为600℃的理由是 。 (3)某机构用代替水蒸气开发了乙苯-二氧化碳催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；该工艺中还能够发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO。新工艺的特点有 ①CO2与H2反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移 ②不用高温水蒸气，可降低能量消耗 ③有利于减少积炭 ④有利用CO2资源利用 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《2025年3月27日高中化学作业》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C C B C B B A D C B 题号 11 12 答案 A D 1．C 【详解】A．为了提高反应速率，合成氨和的催化氧化都使用了合适的催化剂，A正确； B．为了提高反应速率，合成氨和的催化氧化都选择了较高的温度，B正确； C．为了提高转化率，一般会使较廉价的原料稍过量，C错误； D．合成氨反应在常压下平衡转化率过低，需采用高压条件；的催化氧化在常压下平衡转化率已足够高，所以采用常压条件，D正确；故选C。 2．C 【详解】A．由循环图看出，铁是合成氨的催化剂，但催化剂不影响平衡移动，A错误； B．使用催化剂能降低活化能，但不改变反应的，B错误； C．合成氨是放热反应，较低的反应温度有利于提高氮气的转化率及氨气的产率，C正确； D．合成氨是放热反应，温度过高会影响氨气的产率，D错误； 故选C。 3．B 【详解】A．使用铁催化剂可提高反应物的速率，对转化率无影响，故A错误； B．循环使用N2、H2，可使反应物尽可能转化为生成物，则可提高氨的产率，故B正确； C．合成氨反应为放热反应，温度控制在500℃左右与催化剂活性、反应速率有关，而升高温度合成氨反应逆向移动，故C错误； D．压强越大，对设备的要求越高，成本越高，因此压强不是越大越好，故D错误； 故选B。 4．C 【分析】合成氨反应，该反应的特点为：正反应放热且气体分子数减小；据此分析。 【详解】①减压，反应速率减慢，平衡逆向移动，的产率减小，①不可采取； ②加压，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，②可采取； ③升温，反应速率加快，平衡逆向移动，的产率减小，③不可采取； ④降温，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，④不可采取； ⑤及时从平衡混合气中分离出，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，⑤不可采取； ⑥补充N2或H2，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，⑥可采取； ⑦加催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，的产率不变，⑦不可采取； 故选②⑥； 故选C。 5．B 【详解】A．增大H2的浓度，H2的转化率减小，氮气转化率升高，A错误； B．氨易液化，分离出N2、H2在实际生产中可循环使用，提高原料利用率，B正确； C．温度控制在700K主要是为了兼顾速率与平衡，且500℃时催化剂活性最大，C错误； D．压强越大，越有利于反应正向进行，压强采用10~30MPa主要是考虑对设备材料的要求，D错误； 答案选B。 6．B 【详解】A．油锅起火，盖上锅盖灭火，是隔绝空气灭火，与化学反应调控有关，A项正确； B．生产糖果，加入食用色素，与化学反应调控无关，B项错误； C．鲜牛奶冷藏，冷链运输，是降低温度，减缓反应速率，与化学反应调控有关，C项正确； D．工业合成氨，研发新型催化剂，加快反应速率，与化学反应调控有关，D项正确； 答案选B。 7．A 【详解】A．由于氨易液化，N2和H2在实际生产中循环使用，所以总体来说，氨的产率很高，故A正确； B．催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，故B错误； C．控制反应温度为400~500℃，一是为了使反应速率不至于很低，二是为了使催化剂活性最大，故C错误； D．虽然从合成塔出来的混合气体中NH3只占15%，但由于原料气N2和H2循环使用和不断分离出液氨，所以生产NH3的效率还是很高的，故D错误； 故选A。 8．D 【详解】A．正反应过程中，涉及到H－H非极性键、C=O极性键断裂，生成H－O、C－O、C－H极性键，无非极性键形成，故A项错误； B．反应过程中，反应前后气体总质量不变且为密闭容器，体积不变，则气体密度不变，故B项错误； C．已知该反应为放热反应，断键吸收的总能是小于形成化学键放出的总能量，故C项错误； D．当3molH2完全转化时消耗二氧化碳的物质的量为1mol，极限转化率为20%，该反应为可逆反应，则转化率小于20%，故D项正确； 故本题选D。 9．C 【详解】工业合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，平衡向体积减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故答案为：C。 10．B 【分析】氮气和氢气混合气体净化干燥后经过压缩机加压，进入热交换加热后在催化剂作用下发生反应生成氨气，再经过热交换后冷却分离出液态氨，未反应完的氮气和氢气可循环利用。 【详解】A．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，A正确； B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误； C．热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确； D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别从400~500℃、10-30MPa降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗，D正确； 故选B。 11．A 【详解】A．的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的转化率增大，A错误； B．由题图可知，随着温度的升高，CO的转化率先增大后减小，在相同时间内，约83℃时反应达到平衡，点时反应没有达到平衡，仍向正反应方向进行，则，B正确； C．达到平衡后，升高温度，CO转化率降低，平衡逆向移动，平衡常数减小，则；温度越高，反应速率越快，因此反应速率：，C正确； D．由题图可知，在80～85℃时，CO的转化率较大，且反应速率较快，因此生产时反应温度控制在80～85℃为宜，D正确； 故选A。 12．D 【详解】A．该反应为气体分子数减小的反应，适当加压，平衡正向移动，脱氮率增大，故A正确，不符合题意； B．催化剂可降低反应的活化能，但不改变反应的，故B正确，不符合题意； C．由图可知，曲线Ⅱ中450℃左右脱氮率最大，则曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右，故C正确，不符合题意； D．因为该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，则a点对应温度下的平衡脱氮率应大于450℃下的脱氮率，故D错误，符合题意； 答案选D。 13．反应速率因素 【详解】降低温度虽然有利于平衡正向移动，利于产物的生成，但温度太低反应速率较小，且催化剂的活性低，反应太慢，不利于日产量的提高，因此工业上仍采用高温条件，主要考虑的是反应速率问题，故答案为：反应速率因素； 14． 低温下该反应 BD 【详解】该反应正向反应气体体积减小，为熵减反应，即<0，当反应时，反应能自发进行，因此该反应在低温条件下能自发进行； A．与的浓度相等时，该反应不一定达到平衡状态，与初始浓度及转化率有关，不能据此判断平衡状态，故A不选； B．恒温恒容条件下，气体压强与气体的物质的量呈正比，反应后气体的物质的量减小，即压强减小，当压强不变时，反应达到平衡状态，故B选； C．时该反应达到平衡状态，而时反应未达到平衡状态，故C不选； D．反应后气体的总质量减小，容器体积不变，则容器中混合气体的密度减小，当容器内混合气体的密度不变时，该反应达到平衡状态，故D选； 故答案为BD。 15． 压强、温度、催化剂、浓度、生产成本 实际生产中采用铁触媒催化剂，在20MPa~50MPa 、700K时进行反应，保持N2和H2的物质的量比为1:2.8，及时将气态氨冷却液化分离出去 【详解】压强：①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术，一般在20MPa~50MPa。 温度：①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。③催化剂要在一定温度下催化活性最大。 催化剂：催化剂对化学平衡的移动没有影响，但在合成氨工业中要要使用催化剂，因为经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。实际生产中选用催化剂(铁触媒)，它在700K时活性最高。 浓度：增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。 生产成本：化工生产需要控制成本，生产成本越低越有利于大规模生产。 故适宜的工业生产条件：实际生产中采用铁触媒催化剂，在20MPa~50MPa 、700K时进行反应，保持N2和H2的物质的量比为1:2.8，及时将气态氨冷却液化分离出去。 16．(1)加入水蒸气导致乙苯的分压降低，平衡向气体分子数大的方向移动，即正方向移动，乙苯的平衡转化率提高 (2)600℃，乙苯的平衡转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度过低，乙苯转化率降低，温度过高，苯乙烯选择性下降，高温可能使催化剂失活，耗能大 (3)①②③④ 【详解】（1） 该反应为气体分子数增大的反应，加入水蒸气，导致乙苯的分压降低，平衡 (g) (g)+H2(g)正向移动，乙苯的平衡转化率提高； （2）由图得出，600℃，乙苯的平衡转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度过低，乙苯转化率降低，反应速率也减慢，温度过高，苯乙烯选择性下降，而且高温可能使催化剂失活，耗能大； （3）①CO2消耗H2，使乙苯脱氢反应的化平衡正向移动，提高产率，①合理； ②保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度，不用高温水蒸气，可降低能量消耗，②符合； ③该工艺发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO，将C消耗，有利于减少积炭，③符合； ④CO2能与H2反应，有利用CO2资源利用，④符合； 综上所述，①②③④均合理，故选①②③④。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$