工业合成氨 知识点题库

（1） N₂约占空气体积的，从空气中分离出N₂利用的原理是。

（2） 合成塔中发生反应的化学方程式是,该反应中的氧化剂是。22.4LN₂(标准状况)完全反应时，转移电子的物质的量是。

（3） 氧化炉中发生反应的化学方程式是。

（4） 吸收塔中通入空气的作用是。

（1） 氨气分解反应的热化学方程式如下：2NH₃(g) N₂(g)+3H₂(g) ΔH

若：N≡N键、H－H键和N－H键的键能分别记作a、b和c(单位：kJ·mol⁻¹)，则上述反应的ΔH=kJ·mol^-1。

（2） 研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。下表为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率（mmol·min⁻¹）。

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不同催化剂存在下，氨气分解反应活化能最大的是(填写催化剂的化学式)。

②温度为T，在一体积固定的密闭容器中加入2 mol NH₃ ， 此时压强为P₀ ， 用Ru催化氨气分解，若平衡时氨气分解的转化率为50%，则该温度下反应2NH₃(g) N₂(g)+3H₂(g)用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K_p=。[已知：气体分压(p_分)＝气体总压(p_总)×该气体的物质的量分数]

（3） 关于合成氨工艺的理解，下列正确的是________。

（4） 恒温条件下，在一体积固定的密闭容器中加入1mol N₂和3mol H₂ ， 用Ru催化合成NH₃ ， NH₃的体积分数随时间变化如图所示。保持其它条件不变，在t₁时刻，再加入一定量物质的量之比为1∶3的N₂和H₂ ， t₂时刻重新达到平衡。画出t₁～t₃时刻NH₃体积分数的变化趋势。

（5） 电化学法也可合成氨。如图是用低温固体质子导体作为电解质，用Pt−C₃N₄作阴极催化剂电解H₂(g)和N₂(g)合成NH₃的原理示意图，Pt−C₃N₄电极反应产生NH₃的电极反应式。

（1） I.合成氨反应的机理研究：N₂和H₂在活性铁表面催化合成NH₃的机理如图所示，其中(ad)表示物种的吸附状态。

根据反应历程图，写出合成氨反应的热化学方程式。

（2） 合成氨经历如下五个过程：

N₂（g)+ H₂(g)→N(ad)+3H(ad)i

N(ad)+3H(ad)→NH(ad)+2H(ad)ii

NH(ad)+2H(ad)→NH₂(ad)+H(ad)iii

NH₂(ad)+H(ad)→NH₃(ad)iv

NH₃(ad)→NH₃(g)V

下列说法正确的是___________（填选项字母）。

（3） II.合成氨反应的反应条件研究：实验测定不同条件下，平衡时氨气的含量与起始氢氮比[ ]之间的关系如图所示。

T₀420℃(填“＜”“＞”或“=”，下同）。

（4） a点时的转化率：a(N₂)a(H₂)。

（5） a、b、c、d四点对应的平衡常数由大到小的顺序为（用K_a、K_b、K_c、K_d表示）。

（6） b点对应的平衡常数K_b=MPa^-2(用体系中各物质的分压表示平衡常数，物质的分压＝物质的量百分含量×容器的总压，列出计算式即可）。

III.合成氨的工业化研究：合成氨的原料气中的杂质会影响氨的合成效率，已知某原料气中含有20%N₂、40%H₂、30%CO、3%Ar。

（7） 在恒压条件下，单位时间通入的气体总量一定时，杂质稀有气体Ar会使N₂的平衡转化率降低的原因为。

（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) 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”)。

（1） 氨气分解反应的热化学方程式如下：2NH₃（g） N₂（g）+3H₂（g）ΔH。若：N N键、H—H键和N—H键的键能值分别记作a、b和c（单位,kJ•mol^-1），则上述反应的ΔH=（用含（a、b、c的代数式表示）kJ•mol^-1。

（2） 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^-1）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2molNH₃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） 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）

（3） 关于合成氨工艺的理解，下列说法错误的是____________（填字母）。

（4） 电化学法合成氨：利用低温固体质子导体作电解质，用Pt—C₃N₄作阴极，催化电解H₂（g）和N₂（g）合成NH₃原理示意如图所示。

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：。

（1） 下列有关获取原料气的说法正确的是___________。

（2） 原料气中的杂质气体H₂S可用过量氨水净化吸收，写出化学反应方程式。

（3） 工业生产中氮气与氢气按物质的量之比为1：2.8进行投料，合成塔压强p恒定。若起始时氮气通入量为xmol，一段时间后测得氮气的平衡转化率为80%，用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数的K_P=(用p表示，气体分压=总压ⅹ物质的量分数)

（4） 据统计，每年全世界在合成氨工业中向外排放CO₂高达40亿吨，为循环使用CO₂减少浪费，常见的方法是利用合成氨的产品NH₃和副产品CO₂合成尿素：

①2NH₃(g)+CO₂(g) NH₂COONH₄(l) Ea₁

②NH₂COONH₄(l) CO(NH₂)₂(l)+H₂O(l) Ea₂

副反应：NH₂COONH₄+H₂O=(NH₄)₂CO₃

已知活化能大小：Ea₁＜＜Ea₂

某科研小组模拟工业合成尿素生产，发现反应温度在140℃时生成尿素的反应速率反而比80℃小，可能原因是。

（5） 工业合成尿素中，通常氨碳投料比大于2，请分析可能原因___________。

（1） 的结构式是。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 ， 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)。

（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()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。若为 ， 则写出和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()、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。

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。