课题2 人工固氮技术——合成氨知识点题库

属于氮的固定的是（　　）

A . 植物从土壤中吸收含氮养料 B . 豆科植物把含氮化合物转变为蛋白质 C . 将空气中的氮气转化为含氮化合物 D . NH₃经催化氧化生成NO

如图是有关氮的循环示意图．

（1）过程①中通过的作用将空气中的氮气固定下来．

（2）请写出②中合成氨反应的化学方程式：．

（3）请写出③中固氮反应的方程式：．

（4）过程④中的亚硝酸盐有毒，工业上若直接排放将造成对环境的污染．已知NaNO₂遇到还原性较强的NH₄⁺等被还原为N₂ ．在废液中加入下列物质不能使NaNO₂无害化排放的是　．

a．H₂O₂ b．NH₄Cl c．KNO₃ ．

氮是大气中含量最多的一种元素，氮及其化合物在生产、生活中有着重要作用．请回答：

（1）下列变化属于“氮的固定”的是（填字母）

a．植物从土壤中吸收氮肥

b．硝酸和氨气反应生成氮肥

c．将空气中的氮气转变为氮的化合物

d．大豆的根瘤菌将含氮的化合物转变为植物蛋白质

（2）据报道，意大利科学家获得了极具研究价值的N₄ ，其分子结构如图1所示．

已知Ⅰ．断裂1mol N﹣N键吸收167kJ热量，形成1mol N≡N键放出942kJ热量，

Ⅱ．N₂ （g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=﹣92.2kJ•mol^﹣¹则：N₄ （g）+6H₂ （g）4NH₃（g）△H= kJ•mol^﹣¹

（3）图2是工业生产硝酸的流程．

①1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨.2007年化学家格哈德•埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意如图：

、、分别表示N₂、H₂、NH₃ ．图⑤表示生成的NH₃离开催化剂表面．分别写出图②→③、图③→④表示的变化过程　．

②合成塔中发生反应N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g）△H=﹣92.2kJ•mol^﹣¹ ，该反应的化学平衡常数表达式K=　　．在一定温度和压强下，将H₂和N₂按3：1（体积比）混合后进入合成塔，反应达到平衡时，平衡混合气中NH₃的体积分数为15%，此时H₂的转化率为　．

③吸收塔中通入空气的目的是．

下列物质的工业制备原理不正确的是（　　）

A . 氨气：N₂+3H₂

2NH₃ B . 铝：2Al₂O₃（熔融）

4Al+3O₂↑ C . 氯气：MnO₂+4HCl（浓） $\text{[math]}$ MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O D . 硫酸：2SO₂+O₂

2SO₃ ， SO₃+H₂O═H₂SO₄

《化学与技术》化学工业发展推动社会进步．请回答下列问题：

（1）我国化工专家侯德榜做出的突出贡献是　　
A．海水淡化 B．联合制碱 C．合成材料 D．金属冶炼
（2）关于合成氨工业的说法不正确的是　　
A．常用铁触媒提高反应速率 B．原料气中的氮气来源于空气
C．通过冷凝把氨从混合气中分离出来 D．降低压强有利于氨的合成
（3）下列有关工业生产的叙述中，不正确的是　
A．高炉炼铁时用焦炭作氧化剂 B．添加必要的元素可提高钢材的性能
C．催化裂化可提高汽油的产量 D．电解氧化铝时用冰晶石降低其熔点
（4）工业上用电解法冶炼铝时，析出铝的电极是　　
A．正极 B．负极 C．阴极 D．阳极．

下列过程没有起到氮的固定作用的是( )

A . N₂与O₂反应生成NO B . N₂与H₂在一定条件下合成氨 C . NH₃经催化氧化生成NO D . 豆科植物的根瘤菌将空气中的氮气转化为含氮化合物

(NH₄)₂SO₄是一种常见的化肥，某工厂用石膏、NH₃、H₂O、CO₂制备(NH₄)₂SO₄的工艺流程如下：

下列说法正确的是（）

A . 通入NH₃和CO₂的顺序可以颠倒 B . 操作1为过滤，操作2为蒸馏 C . 步骤②中反应的离子方程式为CaSO₄+2NH₃+CO₂+H₂O＝CaCO₃↓+2NH₄⁺+SO₄²^－ D . 通入的NH₃和CO₂均应过量，且工艺流程中CO₂可循环利用

关于氮的变化关系如图：则下列说法不正确的是( )

A . 路线①②③是工业生产硝酸的主要途径 B . 路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径 C . 上述所有反应都是氧化还原反应 D . 上述反应中只有③属于氮的固定

下列化学与生产.生活相关的说法正确的是（）

A . 生铁、青铜等合金比纯金属耐腐性强 B . 石油主要由各种烃组成的混合物，可以通过分馏的方法分离出C₈H₁₈ C . 分离工业合成氨产品的方法是将氨气液化 D . 氨的催化氧化的适宜条件为高温、高压、催化剂

氨是工农业生产中重要的基础物质，研究合成氨及氨的应用具有重要意义。目前Haber-Bosch法是工业合成氨的主要方式，其生产条件需要高温高压。为了有效降低能耗过渡金属催化还原氮气合成氨被认为是具有巨大前景的替代方法。催化过程一般有吸附-解离-反应-脱附等过程，如图为N₂和H₂在固体催化剂表面合成氨反应路径的势能面图(部分数据略)，其中吸附在催化剂表面的微粒用“*”标注。

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（1）反应物在催化剂表面的吸附过程是 (填“吸热”或“放热”)。
（2）合成氨的热化学方程式为。升温该反应的平衡常数(填“增大”或“减小”)。
（3） t ℃时，向2 L的恒容密闭容器中充入2 mol N₂和6 mol H₂ ，反应过程中对NH₃的物质的量进行监测，得到的数据如表所示：

时间/min

5

10

15

20

25

30

n(NH₃)/mol

1.4

2.0

2.4

2.6

2.6

2.6

①10 min内，消耗N₂的平均反应速率为，该温度下反应的化学平衡常数K=(mol·L^-1)^-2(列出计算式即可)。

②若改变某一条件，达到新平衡时使NH₃的体积分数增大，下列措施可行的是。

A．向容器中再通入一定量的H₂气体

B．升高容器的温度

C．加入合适的催化剂

D．缩小容器的体积

③当上述反应达到平衡后，只改变某一条件，下列措施能提高N₂转化率的是。

A．将混合气体降温使氨气液化

B．按原物质的量之比1∶3再通入一定量的N₂和H₂

C．通入一定量的N₂

D．通入一定量的惰性气体

合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，工业合成氨的简式流程图如下

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（1）天然气中的H₂S杂质常用氨水吸收，写出足量的H₂S与氨水反应的化学方程式：。
（2）步骤II中制氢气的原理如下：
①CH₄(g)+H₂O(g) $\text{[math]}$ CO(g)+3H₂(g) ΔH=+206.4kJ·mol^-1

②CO(g)+H₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂(g)+H₂(g) ΔH=-41.2kJ·mol^-1

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H₂的百分含量，又能加快反应速率的措施是。

a.升高温度 b.增大水蒸气浓度 c.加入催化剂 d.降低压强

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H₂的产量。若1molCO和H₂的混合气体(CO的体积分数为20%)与H₂O反应，得到1.18molCO、CO₂和H₂的混合气体，则CO的转化率为。
（3）下图表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH₃体积分数的关系。根据图中a点数据计算H₂的平衡体积分数。
（4）依据温度对合成氨反应的影响，在下图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH₃物质的量变化的曲线示意图。
（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法。

属于人工固氮的是（）

A . 用N₂和H₂合成氨 B . 闪电将空气中N₂转化为NO C . 用NH₃和CO₂合成尿素 D . 固氮菌将氮气变成氨

合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，研究表明液氨是一种良好的储氢物质。

（1）研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。某温度下，用等质量的不同金属分别催化等浓度的氨气，测得氨气分解生成氢气的初始速率（单位：mmol/min）与催化剂的对应关系如表所示。

催化剂

Ru

Rh

Ni

Pt

Pd

Fe

初始速率

7. 9

4.0

3.0

2.2

1.8

0.5

①在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应的活化能最大的是（填写催化剂的化学式）。

②温度为T时，在恒容的密闭容器中加入2 mol NH₃ ，此时压强为p₀ ，用Ru催化氨气分解，若平衡时氨气的转化率为50%，则该温度下反应2NH₃（g） $\text{[math]}$ N₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数K_p=。（用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压p_分=气体总压p_总×体积分数）
（2）关于合成氨工艺的理解，下列说法错误的是（填标号）。
A合成氨工业常采用的反应温度为500 ℃左右，主要是为了节约能源

B使用初始反应速率更快的催化剂Ru，不能提高平衡时NH₃的产率

C合成氨工业采用的压强为10 MPa~30 MPa，是因为常压下N₂和H₂的转化率不高
（3）在1 L1 mol/L盐酸中缓缓通入2 mol氨气，请在图1中画出溶液中水电离出的OH^-浓度随通入氨气的物质的量变化的趋势图。
（4）电化学法合成氨：图2是用低温固体质子导体作电解质，

用Pt- CN，作阴极，催化电解H₂（g）和N₂（g）合成NH₃的原理示意图。

①Pt—C₃N₄电极上产生NH₃的电极反应式为。

②实验研究表明，当外加电压超过一定值后，发现阴极产物中氨气的体积分数随着电压的增大而减小，分析其可能原因：。

氮是生命活动不可缺少的重要元素。下列叙述错误的是（）

A . 氮气既可作氧化剂又可作还原剂 B . 氮气和氧气在放电条件下直接生成 $\text{[math]}$ C . 氮气是工业合成氨的原料之一 D . 氮的固定是将大气中的氮气转化成氮的化合物

化学家证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：

下列关于合成氨反应的叙述中错误的是（）

A . 该过程表明，在化学反应中存在化学键的断裂与形成 B . 常温下该反应难以进行，是因为常温下生成物的化学键难以形成 C . 在催化剂的作用下，反应物的化学键变得容易断裂 D . 过程②需吸收能量，过程③则放出能量

下列过程不属于氮的固定的是（）

A . 雷电时生成氮的氧化物 B . 工业上用氢气与氮气合成氨 C . 植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐 D . 豆科植物的根瘤把空气中的氮气转化为硝酸盐

氮、铁两种元素可以在细菌作用下发生氧化还原反应，实现两种元素在自然界的循环，循环中的部分转化如图所示。

（1）题图所示的氮循环中，属于氮的固定的有(填字母)。
a.反硝化过程 b.硝化过程 c. $\text{[math]}$ 转化为 $\text{[math]}$
（2）农业生产过程中使用的铵态氮肥，是水体中铵态氮元素的来源之一、
①检验某氮肥样品中是否存在 $\text{[math]}$ 的实验方法是。
②实验室制备少量氨气反应的化学方程式为。
（3）铵态氮( $\text{[math]}$ )与亚硝态氮( $\text{[math]}$ )在氨氧化细菌的作用下反应生成氮气，若产生 $\text{[math]}$ 氮气，则转移电子的物质的量为 $\text{[math]}$ 。
（4）题图所示土壤中的铁循环可用于水体脱氮(将氮元素从水体中除去)，用离子方程式表示利用土壤中的铁循环脱除水体中铵态氮的原理：。
（5） $\text{[math]}$ 与硝态氮( $\text{[math]}$ )反应脱氮生成 $\text{[math]}$ ，反应后的溶液为 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的混合溶液。为检验溶液中含有 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，相应的实验方案为(实验中可选用的试剂： $\text{[math]}$ 溶液、 $\text{[math]}$ 溶液、 $\text{[math]}$ 溶液)。

下列有关化工生产的说法错误的是（）

A . 硫酸工业中采用高压，以提高二氧化硫的转化率 B . 联合制碱法在母液中继续通入氨气、加入食盐 C . 氯碱工业可制得氢氧化钠、盐酸等化工产品 D . 合成氨工业控制温度在500℃，以提高催化剂的催化效果

中科院科学家发现，在水滑石 $\text{[math]}$ 表面可发生： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。关于该过程的说法正确的是（）

A . 属于固氮过程 B . 化学能一部分转化成了热能 C . 反应物的总能量高于生成物的总能量 D . 证明氮的非金属性大于氧

关于合成氨工业的说法中错误的是（）

A . 混合气进行循环利用遵循绿色化学思想 B . 工业上采用高温条件的目的是为了提高平衡转化率 C . 对原料气进行压缩可增大原料气的转化率 D . 使用催化剂能加快该反应速率的原因是降低了活化能

时间/min	5	10	15	20	25	30
n(NH₃)/mol	1.4	2.0	2.4	2.6	2.6	2.6

催化剂	Ru	Rh	Ni	Pt	Pd	Fe
初始速率	7. 9	4.0	3.0	2.2	1.8	0.5

课题2 人工固氮技术——合成氨 知识点题库

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