课题2 人工固氮技术——合成氨知识点题库

下列反应属于氮的固定的是（　　）

A . 空气在雷电作用下所产生NO B . NO和O₂生成NO₂ C . 将氨转化为铵盐作为氮肥 D . NH₄Cl与Ca（OH）₂反应生成NH₃

化学与人类生产、生活密切相关，下列说法正确的是（　　）

A . 氮的固定是指将气态氮气变为固态 B . Na₂SiO₃水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂的原料 C . 金属可分为“黑色金属”和“有色金属”，铁及其合金都属于“有色金属” D . 包装食品里常有硅胶、石灰、还原铁粉三类小包，其作用相同

Ⅰ污水经过一级、二级处理后，还含有少量Cu²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺等重金属离子，可加入沉淀剂使其沉淀．下列物质不能作为沉淀剂的是

A．氨水 B．硫化氢气体

C．硫酸钠溶液 D．纯碱溶液

Ⅱ合成氨的流程示意图如下：

回答下列问题：

（1）工业合成氨的原料是氮气和氢气．氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是，；氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式，

（2）设备A中含有电加热器、触煤和热交换器，设备A的名称，其中发生的化学反应方程式为　；

（3）设备B的名称，其中m和n是两个通水口，入水口是（填“m”或“n”）．不宜从相反方向通水的原因；

（4）设备C的作用；

（5）在原料气制备过程中混有CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过如下反应来实现：

CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂ （g）+H₂ （g）

已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627，若要使CO的转化超过90%，则起始物中c（H₂O）：c（CO）不低于．

氨气是一种重要的化工产品，工业上可以按照下图所示流程生产氨气：

（1）原料气之一氮气的工业制取方法是，写出氨气的工业用途（任答一点）．
（2）写出合成塔中发生的反应的化学反应方程式．
在冷却塔中对混合气体进行冷却，冷水的入口（答m或n）．
（3）设备C的作用．
其分离器中的过程对整个工业合成氨的意义．（试结合平衡移动原理回答）
（4）在原料气制备过程中混有 CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的 CO，可通过如下反应来实现：CO（g）+H2O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g），已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627，若要使CO的转化超过80%，则起始物中c（H₂O）：c（CO）不低于（精确到小数点后一位）．

氨基甲酸铵是一种重要化工产品，常温时，为白色晶体或粉末，易溶于水，难溶于CCl₄ ， 59℃时分解为氨及二氧化碳，其制备原理：2NH₃(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ NH₂COONH₄ (s) △H=-272kJ·mol^-1。某化学兴趣小组利用下图实验装置(部分固定装置已省略)模拟制备NH₂COONH₄。试回答下列问题：

（1）仪器组装完毕后，首先应进行的操作是。
（2）装置A用于实验室制取NH₂COONH₄的原料气体之一，该反应的化学方程式为。
（3）装置F中试剂的名称为，装置G的作用为。
（4）为提高原料气的利用率，应控制装置C和E中最佳鼓泡速率比为，装置D采用冰水浴的原因为。
（5）生成的氨基甲酸铵悬浮于CCl₄ 中，下列操作可实现产品分离的是。
（6）实验装置中存在明显不足之处的是，有同学认为装置H、G和F组成的装置过于复杂可简化，请简述该方法：。

（1）（一）合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮最重要的途径。

2018年是合成氨工业先驱哈伯（P•Haber）获得诺贝尔奖100周年。N₂和H₂生成NH₃的反应为：1/2N₂（g）+3/2H₂（g） $\text{[math]}$ NH₃（g） △H(298K)= - 46.2KJ•mol^-1 ，在Fe催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）

化学吸附：N₂（g）→2N*；H₂（g）→2H*；

表面反应：N*+ H* $\text{[math]}$ NH*；NH*+ H* $\text{[math]}$ NH₂*；NH₂* + H* $\text{[math]}$ NH₃*

脱附：NH₃* $\text{[math]}$ NH₃（g）

其中， N₂的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：

利于提高合成氨平衡产率的条件有__________。

A . 低温 B . 高温 C . 低压 D . 高压 E . 催化剂
（2）标准平衡常数K^Θ= $\text{[math]}$ ，其中p^Θ为标准压强（1X10⁵Pa），p NH₃、 p N₂和p H₂为各组分的平衡分压，如p NH₃=x NH₃ p，p为平衡总压，x NH₃为平衡系统中NH₃的物质的量分数。
①起始物质的量之比为1：3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH₃的平衡产率为w，则K^Θ=（用含w的最简式表示）

②下图中可以示意标准平衡常数K^Θ随温度T变化趋势的是。
（3）实际生产中，常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温度773K，压强3.0X10⁵Pa，原料中N₂和H₂物质的量之比为1：2.8。
①分析说明原料气中N₂过量的理由。

②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是。

A.合成氨反应在不同温度下的△H和△S都小于零

B.控制温度（773K）远高于室温，是为了保证尽可能的平衡转化率和快的反应速率

C.当温度、压强一定时，在原料气（N₂和H₂的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率

D.基于NH₃有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行

E.分离空气可得N₂ ，通过天然气和水蒸气转化可得H₂ ，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。
（4）（二）高铁酸钾（K₂FeO₄）可用作水处理剂。某同学通过“化学-电解法”探究的合成，其原理如图所示。接通电源，调节电压，将一定量Cl₂通入KOH溶液，然后滴入含Fe³⁺的溶液，控制温度，可制得K₂FeO₄。

请写出“化学法”得到FeO₄^2-的离子方程式。
（5）请写出阳极的电极反应式（含FeO₄^2-）。

下列有关氮元素的单质及其化合物的说法正确的是( )

A . 豆科植物通过根瘤菌吸收空气中的氮气，属于物理变化 B . 氮是动植物生长不可缺少的元素，是蛋白质的重要组成元素 C . 将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近，观察到白烟 D . 雷雨天气可以产生硝酸，会给作物带来危害

农业上有一句俗语“雷雨发庄稼”，该过程中不会涉及到的化学反应是（）

A . N₂+O₂ $\text{[math]}$ 2NO B . 2NO+O₂ → 2NO₂ C . 4NH₃+5O₂ $\text{[math]}$ 4NO + 6H₂O D . 3NO₂+H₂O → 2HNO₃+NO

细菌可以促使铁、氮两种元素进行氧化还原反应，并耦合两种元素的循环。耦合循环中的部分转化如下图所示。

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（1）上图所示氮循环中，属于氮的固定的有（填字母序号）。
a. N₂转化为氨态氮 b. 硝化过程 c. 反硝化过程
（2）氮肥是水体中氨态氮的主要来源之一。
①氨气是生产氮肥的主要原料，工业合成氨的化学方程式为。

②检验氨态氮肥中NH₄⁺的实验方案是。
（3）硝化过程中，含氮物质发生（填“氧化”或“还原”）反应。
（4）氨态氮与亚硝态氮可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气。该反应中，当产生0.02 mol氮气时，转移的电子的物质的量为 mol。
（5）土壤中的铁循环可用于水体脱氮（脱氮是指将氮元素从水体中除去），用离子方程式分别说明利用土壤中的铁循环脱除水体中氨态氮和硝态氮的原理：、。

氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的研究热点。

（1）实验室制取氨气的化学原理是(用化学方程式表示)，验满方法是。
（2）已知：N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g) △H=－92kJ·mol^－¹ ，工业合成氨温度选择700K的原因是。
（3）利用NH₃处理硝酸工业尾气中的NO_x ，将其转化为无毒物质，该反应的化学方程式为。
（4）水体中氨气和铵根离子(统称氨氮)总量的检测备受关注。利用氨气传感器检测水体中氨氮含量的示意图：

①利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用。

②若利用氨气传感器将1L水样中的氨氮完全转化为N₂时，转移电子的物质的量为3.9×10^－⁴mol，则水样中氨氮(以氨气计)含量为mg·L^－¹。
（5）联氨(N₂H₄)为二元弱碱，在水中的电离方式与氨类似。25℃时，联氨的电离常数K_b1＝3×10^－⁶mol·L^－¹ ， K_b2＝7.6×10^－¹⁵mol·L^－¹。联氨和盐酸按物质的量之比1∶1反应的离子方程式是，所得溶液呈性(填“酸”、“中”或“碱”)。

下列反应属于氮的固定的是( )

①N₂和H₂在一定条件下合成NH₃

②NO₂和H₂O反应生成HNO₃和NO

③Mg在N₂中燃烧生成Mg₃N₂

④NO被空气氧化为NO₂

A . ①② B . ②③ C . ①③ D . ①④

常温常压下用LDH(一种固体催化剂)合成NH₃的原理如图所示。下列说法错误的是（）

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A . 原料气N₂可通过分离液态空气获得 B . 该过程将太阳能转化成为化学能 C . 该过程中，只涉及共价键的断裂与生成 D . 发生反应的n(N₂)：n(H₂O)=1:2

属于人工固氮的是（）

A . 用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 合成氨 B . 豆科植物根瘤菌将氮气转化成氨 C . 用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 合成尿素 D . 闪电将空气中 $\text{[math]}$ 转化为 $\text{[math]}$

下列关于氮及其化合物的说法错误的是（）

A . “氨溶于水的喷泉实验”装置图，烧杯中换成其它液体无法形成喷泉 B . 雷电固氮是自然界中氮的固定途径之一 C . 在 $\text{[math]}$ 与水的反应中，氧化剂和还原剂的质量之比是1∶2 D . 氨的催化氧化是工业制硝酸的基础

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

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

下列说法正确的是（）

A . N₂→NH₃ ， NH₃→NO均属于氮的固定 B . 硝酸应保存在棕色、细口、带玻璃塞的试剂瓶中 C . N₂很稳定，不支持任何物质的燃烧 D . 浓硝酸与浓盐酸按3：1的体积比混合，所得的混合物叫王水，能溶解铂和金

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 $\text{[math]}$

氮及其化合物对人类生产、生活有着重要的作用。

（1） $\text{[math]}$ 的结构式是。 $\text{[math]}$ 常用作粮食、瓜果的保护气，其主要原因是。
（2）目前工业合成氨的原理是 $\text{[math]}$ ，该反应正反应为放热反应。下列催化剂措施中，能加快该反应的化学反应速率的是____(填标号)。

A . 其他条件不变，适当增大 $\text{[math]}$ 的浓度 B . 其他条件不变，降低反应体系的温度 C . 其他条件不变，减小反应体系的压强 D . 其他条件不变，使用更高效的催化剂
（3）三元催化器是汽车排气系统重要的机外净化装置，可同时将碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物( $\text{[math]}$ )三种污染物转化为无害物质，其工作原理如下图所示。反应过程中被氧化的元素名称是。若 $\text{[math]}$ 为 $\text{[math]}$ ，则写出 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 反应的化学方程式为。
（4）某汽车安全气囊的气体发生剂主要含有叠氮化钠( $\text{[math]}$ )、氧化铁、高氯酸钾、碳酸氢钠等物质。
①其中叠氮化钠是气体发生剂，受撞击时产生氮气和金属钠。若该反应生成67.2L(标准状况下)氮气时，转移电子的物质的量为 $\text{[math]}$ 。
②高氯酸钾是助氧化剂，在反应过程中与金属钠作用生成氯化钾和氧化钠。鉴别高氯酸钾中钾元素的实验操作及现象为。

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

课题2 人工固氮技术——合成氨 知识点题库

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