在氨的工业合成中，有三个关键的技术问题，请结合所学知识解决它们。(1)合成氨的化学原理是N...

在氨的工业合成中，有三个关键的技术问题，请结合所学知识解决它们。

(1)合成氨的化学原理是N₂＋3H₂2NH₃，在工业上选择20～50 MPa的较高压强和450 ℃左右的温度来进行反应，请结合有关的化学原理解释。

(2)在生产过程中需要大量氢气，现有以下几种获得氢气的方法，请你选出最适宜的，并说明理由。

A．电解水制取氢气

B．由煤或焦炭来制取氢气：煤或焦炭经加热，炽热的炭与水蒸气反应生成氢气

C．由天然气或重油制取氢气：天然气的主要成分甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳；一氧化碳在催化剂存在的条件下与水蒸气反应得到氢气和二氧化碳

(3)合成氨的生产工艺流程：首先用适当的方法生产出合成氨的原料气——氮气和氢气。氮气和氢气的混合气体在合成塔中于一定条件下，通过催化剂的作用产生氨气，再通过氨分离器不断地把生成的氨分离出来，同时未转化的反应气体再进入合成塔循环加工。这就是合成氨的工艺流程。请根据这一描述过程画出流程方框图。

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【化学——选修2：化学与技术】(15分)

Ⅰ．合成氨工业的主要反应为：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H<O，下图是合成氨的简要流程示意图：

（1）沿X路线进入压缩机的物质是　　　　　　　　　 。

（2）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 ；

（3）下图为氨合成塔，为什么原料气从塔底流经外筒环隙进入，气体在反应前后都要通过热交换器？

Ⅱ．氨是一种重要的化工原料，能制备氮肥、硝酸和纯碱等。

（1）我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，采用联合制碱法，生产流程可简要表示如下：

①写出上述流程中X物质的分子式　　　　　　 。

②沉淀池中发生的化学反应方程式是　　　　　　　　　　　　　　 。

③向母液中通入氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通入氨气的作用有　　　　 。

a．增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出

b．使NaHCO3更多地析出

c．使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度

（2）某工厂用氨制硝酸，再进一步制NH4NO3。已知由NH3制HNO3时产率为88％，由NH3被HNO3的吸收率为98％。则该工厂用100吨氨最多能制硝酸铵　　　　　　 吨。

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【化学一选修2 ：化学与技术】

工业上制取硝酸的主要流程图如图1所示，尾气处理流程图如图2所示：

请根据上述流程，结合所学知识回答：

（1）工业合成氨的原料是N2和H2，其中N2以空气为原料制取，方法是____________。H2可用等物质的量的水和天然气为原料在催化剂作用下高温制取，其化学方程式为________________。 在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)来实现。己知1100K时该反应的平衡常数K= 0.64，若要使CO的转化率超过80%，则起始物中c(H2O）：c(CO)不低于______________。

（2）在合成氨的设备（合成塔）中，使用热交换器的目的是_________。往吸收塔通入过量空气的原因是______________。

（3）利用石灰乳来除去硝酸工业的尾气（含NO、NO2），既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如图2所示。已知NO和NO2按1:1通入碱液中生成亚硝酸盐。工艺流程2中采用气-液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋)，其目的是_________；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是____________(填化学式)。该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1:1。若n(NO)：n(NO2)<1:1，则会导致__________________。

（4）工业上生产硝酸的过程中产生NOx，也可以用NH3在高温下催化还原法消除NOx对空气的污染。写出NH3与NOx反应的化学方程式__________________。

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科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。目前合成氨技术原理为：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)；△H＝—92.4kJ·mol—1。在673K，30MPa下，上述合成氨反应中n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是

A．点a的正反应速率比点b的大

B．点c处反应达到化学平衡状态

C．点d和点e处的n(N2)不相同

D．点e反应达到化学平衡状态，反应停止

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德国化学家哈伯(F.Haber)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。合成氨为解决世界的粮食问题作出了重要贡献。其原理为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol

(1)若已知H-H键的键能为436.0kJ/mol，N-H的键能为390.8kJ/mol，则NN的键能约为_____kJ/mol

(2)合成氨反应不加催化剂很难发生，催化剂铁触媒加入后参与了反应降低了活化能。其能量原理如图所示，则加了催化剂后整个反应的速率由______决定(填“第一步反应”或者“第二步反应”)，未使用催化剂时逆反应活化能______正反应活化能(填“大于”“小于”或者“等于”)

(3)从平衡和速率角度考虑，工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨原因______

(4)一定温度下恒容容器中，以不同的H2和N2物质的量之比加入，平衡时NH3体积分数如图所示，则H2转化率a点______b点(填"大于”“小于”或者“等于”)。若起始压强为20MPa，则b点时体系的总压强约为______MPa。

(5)若该反应的正逆反应速率分别表示为v正=K正，v逆=K逆∙c2(NH3)，则一定温度下，该反应 的平衡常数K=______(用含K正和K逆的表达式表示)，若K正和K逆都是温度的函数，且随温度升高而升高，则图中c和d分别表示______和______随温度变化趋势(填K正或者K逆)。

(6)常温下，向20mL的0.1mol/L的盐酸中通入一定量氨气反应后溶液呈中性(假设溶液体积变化忽略不计)则所得溶液中c(NH4+)=_______

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氨气是一种重要的化工原料，氨态氮肥是常用的肥料。

工业合成氨的化学方程式:N2 + 3H2 2NH3　 +92.4KJ

（1）它是氮的固定的一种，属于_____________（　 选填“大气固氮”、“生物固氮” “人工固氮”）；若升高温度，该平衡向____________方向移动（选填“正反应”或“逆反应”）。

（2）该反应达到平衡状态的标志是______________。（选填编号）

a．压强不变　　 　　 b．v正(H2)= v正(NH3)　　 　　 c．c (N2)不变　　 　　 d．c(NH3)= c(N2)

（3）欲使NH3产率增大，可采取的措施有_____________、____________。若容器容积为2L，开始加入的N2为0.1mol，20s后测得NH3的物质的量为0.08mol，则N2的平均反应速率为_________________________________________mol/(L∙S)。

（4）如右图所示，将集有氨气的试管倒置于水槽中，观察到试管内液面上升，溶液变为红色，解释发生该现象的原因____________________________________。

（5）（NH4）2SO4是常用的氮肥，长期施用时会使土壤酸化板结，

用离子方程式表示原因___________________________________

检验（NH4）2SO4含NH4+的方法是_______________________________。

___________________________________________________.

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（14分）工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N₂(g) + 3H₂(g) ≒ 2NH₃(g)，其部分工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)    已知： N₂(g) + O₂(g)  2NO(g)   ΔH+180.5kJ/mol

4NH₃(g) + 5O₂(g)  4NO(g) + 6H₂O(g)  ΔH−905kJ/mol

2H₂(g) + O₂(g)  2H₂O(g)   ΔH−483.6kJ/mol

则N₂(g) + 3H₂(g) ≒ 2NH₃(g)  ΔH ________________。

(2)     如果工业上，在一定温度下，将1.5 mol N₂气体和6 mol H₂气体通入到体积为1升的密闭容器中。当反应达到平衡时，容器内气体的压强为起始时的80%，则其平衡常数为_______。改变下列条件，能使平衡向正反应方向进行且平衡常数不变的是__________。

①增大压强                          ②增大反应物的浓度                ③使用催化剂            ④降低温度

(3)    合成氨反应的平衡常数很小，所以在工业上采取气体循环的流程。即反应后通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分离物质的方法其原理类似于下列方法中的________（填编号），其理由是__________。

①过滤     ②蒸馏       ③渗析     ④萃取

(4)    可以用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气，如果漏气则会有白烟（成分为氯化铵）生成，该反应的化学方程式为__________。

(5)    假如该厂生产氨水的物质的量浓度为20 mol/L，实验室若需用80 mL浓度为5 mol/L的氨水时，需取20 mol/L的氨水__________mL（用100 mL的容量瓶）。假如该氨水的，加入相同体积的盐酸时，溶液呈中性，则此盐酸的pH__________（填“大于”、“小于”或“等于”）。

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（15分）工业上用N2和H2 合成NH3 “N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)　 ∆H<0”，而氨又可以进一步制备硝酸，在工业上一般可进行连续生产。请回答下列问题：

（1）已知：N2(g) + O2(g) =2NO(g)　　　　　　 ∆H1= +a kJ·mol-1

N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)　　 ∆H2=－b kJ·mol-1

2H2(g) + O2(g) =2H2O(g)　　　　 ∆H3=－c kJ·mol-1

若有34 g 氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为　　　　 。

（2）合成NH3达到平衡后，某时刻改变下列条件　 　 ，在达到新平衡的过程中正反应速率始终增大。

A．升温　　　　 B．加压　　　　 C．增大c(N2)　　 　　　 D．降低c(NH3)

（3）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对合成NH3反应的影响。实验结果如图所示：（图中T表示温度，n表示起始时H2物质的量）

①图像中T2和T1的关系是：T2 　　　　 T1（填“>”、“<”、“=”或“无法确定”）。

②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2 的转化率最大的是　　 （填字母）。

③若容器容积为1L，b点对应的n=0.15mol，测得平衡时H2的转化率为60%，则平衡时N2的物质的量浓度

为　　　　 mol·L－1。

（4）一定温度下，将2mol N2和4mol H2置于1L的恒容密闭容器中反应，测得不同条件、不同时间段内合成NH3反应中N2的转化率，得到数据如下表：

上表中a、b、80%三者的大小关系为　　　　 （填“>”、“=”、“<”、“无法比较”）。

（5）向绝热、恒容的密闭容器中通入H2、N2使其在一定条件下合成NH3，请在下图中画出平衡常数K随时间的变化曲线。

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[化学——选修化学与技术]（15分）

工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g），其

部分工业流程如下：

回答下列问题：

（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）   △H=180.5kJ/mol

4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）  △H=-905kJ/mol

2H₂（g）+O₂（g）=2H₂（g）    △H=-483.6kJ/mol

则N₂（g）+2H₂2NH₃（g）的△H=________；

（2）如果工业上，在一定温度下，将1.5molN₂气体和6molH₂气体通入到体积为1升的密闭容器中。当反应达到平衡时，容器内气体的压强为起始时的80%，则其平衡常数为________。改变下列条件，能使平衡向正反应方向进行且平衡常数不变的是________;

①增大压强                                                     ②增大反应物质的浓度

③使用催化剂                                                 ④降低温度

（3）合成氨反应的平衡常数很小，所以在工业采取气体循环的流程。即反应后通过降低混合气体的温度而使氢气分离出来。这种分离物质的方法其原理类似于下列哪种方

法？________（填编号）

①过滤                            ②蒸馏                     ③渗析                     ④萃取

理由是________;

（4）可以用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气，如果漏气则会有白烟（成份为氯化铵）生成。该反应的化学方程式为________；

（5）假如该厂生产氨水的物质的量浓度为20mol/L，实验室若需用80mL浓度为5mol/L的氨水时，需取20mol/L的氨水________mL（用100mL的容量瓶）。假如该氨水的pH=a，加入相同体积的盐酸时，溶液呈中性，则此盐酸的pH________14-a（填“大于”“小于”或“等于”）。

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合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。其原理为：

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol，据此回答以下问题：

(1)①该反应的化学平衡常数表达式为K＝　　　　　 。

②根据温度对化学平衡的影响规律可知，对于该反应，温度越高，其平衡常数的值越　　　　　 。

(2)某温度下，若把10 mol N2与30 mol H2置于体积为10 L的密闭容器内，反应达到平衡状态时，测得混合气体中氨的体积分数为20%，则该温度下反应的K＝　　　　　 (可用分数表示)。能说明该反应达到化学平衡状态的是　　　　　 (填字母)。

a．容器内的密度保持不变

b．容器内压强保持不变

c．v正(N2)＝2v逆(NH3)

d．混合气体中c(NH3)不变

(3)对于合成氨反应而言，下列有关图像一定正确的是(选填序号)　　　　　 。

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