在氨的工業(yè)合成中，有三個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)解決它們。

(1)合成氨的化學(xué)原理是N2＋3H2??2NH3，在工業(yè)上選擇20～50 MPa的較高壓強(qiáng)和450 ℃左右的溫度來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，請(qǐng)結(jié)合有關(guān)的化學(xué)原理解釋。

(2)在生產(chǎn)過(guò)程中需要大量氫氣，現(xiàn)有以下幾種獲得氫氣的方法，請(qǐng)你選出最適宜的，并說(shuō)明理由。

A．電解水制取氫氣

B．由煤或焦炭來(lái)制取氫氣：煤或焦炭經(jīng)加熱，熾熱的炭與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣

C．由天然氣或重油制取氫氣：天然氣的主要成分甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳；一氧化碳在催化劑存在的條件下與水蒸氣反應(yīng)得到氫氣和二氧化碳

(3)合成氨的生產(chǎn)工藝流程：首先用適當(dāng)?shù)姆椒ㄉa(chǎn)出合成氨的原料氣——氮?dú)夂蜌錃�。氮�(dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w在合成塔中于一定條件下，通過(guò)催化劑的作用產(chǎn)生氨氣，再通過(guò)氨分離器不斷地把生成的氨分離出來(lái)，同時(shí)未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)氣體再進(jìn)入合成塔循環(huán)加工。這就是合成氨的工藝流程。請(qǐng)根據(jù)這一描述過(guò)程畫(huà)出流程方框圖。

 

【答案】

(1)選擇450 ℃左右的溫度是因?yàn)闇囟忍�，平衡混合物中氨的含量太低；溫度太低，則化學(xué)反應(yīng)速率太小。而且500 ℃左右催化劑活性最大。選擇20～50 MPa的較高壓強(qiáng)是因?yàn)樵龃髩簭?qiáng)，平衡混合物中氨的含量增加，但對(duì)設(shè)備的材料質(zhì)量和制造水平要求更高，能量消耗也更大。

(2)C　天然氣作為潔凈燃料，便于管道輸送，用做合成氨的原料具有投資省、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。

(3)

【解析】

試題分析：合成氨的三大技術(shù)是①原料氣的經(jīng)濟(jì)來(lái)源；②合成氨條件的選擇；③合成氨工藝，如何循環(huán)利用未反應(yīng)的N2和H2。要充分利用所學(xué)原理如原子經(jīng)濟(jì)性及平衡移動(dòng)原理來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

考點(diǎn)：考查合成氨原理的應(yīng)用、判斷以及實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)

點(diǎn)評(píng)：該題是中等難度的試題，試題綜合性強(qiáng)，注重靈活性，試題難易適中。有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力，也有利于鞏固學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

 

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來(lái)源： 題型：

利用N2和H2可以實(shí)現(xiàn)NH3的工業(yè)合成，而氨又可以進(jìn)一步制備硝酸，在工業(yè)上一般可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知：N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-483.6kJ/mol
若有17g 氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮?dú)怏w和水蒸氣所放出的熱量為
226.3kJ
226.3kJ
．
（2）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對(duì)N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）反應(yīng)的影響．
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示：（圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）
①圖象中T2和T1的關(guān)系是：T2
低于
低于
T1（填“高于”“低于”“等于”“無(wú)法確定”）．
②比較在a、b、c三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N2的轉(zhuǎn)化率最高的是
c
c
（填字母）．
（3）N2O5是一種新型硝化劑，其性質(zhì)和制備受到人們的關(guān)注．
一定溫度下，在恒容密閉容器中N2O5可發(fā)生下列反應(yīng)：2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）△H＞0下表為反應(yīng)在T1溫度下的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
t/s 0 500 1000
c（N2O5）/mol?L-1 5.00 3.52 2.48
則500s內(nèi)NO2的平均生成速率為
0.00592mol?L-1?s-1
0.00592mol?L-1?s-1
．

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科目：高中化學(xué) 來(lái)源： 題型：閱讀理解

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）圖1是1mol NO2和1mol CO反應(yīng)生成CO2和NO過(guò)程中能量變化示意圖，請(qǐng)寫(xiě)出NO2和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式
NO2（g）+CO（g）═CO2（g）+NO（g）；△H=-234KJ/mol
NO2（g）+CO（g）═CO2（g）+NO（g）；△H=-234KJ/mol

（2）工業(yè)合成氨氣需要的反應(yīng)條件非常高且產(chǎn)量低，而一些科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H+）實(shí)現(xiàn)氨的電化學(xué)合成，從而大大提高了氮?dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率．電化學(xué)合成氨過(guò)程的總反應(yīng)式為：N2+3H2
         通電         
.
(一定條件)
2NH3，
陽(yáng)極反應(yīng)式為：3H2-6e-=6H+，則陰極反應(yīng)式為
N2+6H+=6e-+2NH3
N2+6H+=6e-+2NH3
．
（3）工業(yè)中常用以下反應(yīng)合成氨：N2+3H2?2NH3△H＜0．某實(shí)驗(yàn)室在三個(gè)不同條件的密閉容器中，分別加入濃度均為c （N2）=0.1mol/L，c （H2）=0.3mol/L進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，N2的濃度隨時(shí)間的變化如下圖①、②、③曲線所示．
I．該反應(yīng)實(shí)驗(yàn)②平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為
40%
40%
．
II．據(jù)圖2所示，②、③兩裝置中各有一個(gè)條件與①不同．請(qǐng)指出，并說(shuō)明判斷的理由．③條件：
②與①相比加了催化劑；③與①相比溫度升高
②與①相比加了催化劑；③與①相比溫度升高
理由：
因?yàn)榧尤氪呋瘎┠芸s短達(dá)到平衡的時(shí)間，但化學(xué)平衡不移動(dòng)，所以①②兩裝置達(dá)到平衡時(shí)N2的濃度相同；
該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，但平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，③中到達(dá)平衡時(shí)N2的濃度高于①
因?yàn)榧尤氪呋瘎┠芸s短達(dá)到平衡的時(shí)間，但化學(xué)平衡不移動(dòng)，所以①②兩裝置達(dá)到平衡時(shí)N2的濃度相同；
該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，但平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，③中到達(dá)平衡時(shí)N2的濃度高于①
．
（4）I．NH4Cl溶液呈酸性，這是由于NH4+水解的緣故．則NH4Cl溶于重水（D2O）生成一水合氨和水合氫離子的離子方程式是
NH4++D2O=NH3?HDO+D3O+
NH4++D2O=NH3?HDO+D3O+
．
II．常溫下，0.1mol?L-1氨水與0.1mol?L-1鹽酸溶液等體積混合（忽略混合后溶液體積的變化），則混合溶液中由水電離出的c（H+）
＞
＞
 0.1mol?L-1氨水溶液中由水電離出的c（OH-）（填寫(xiě)“＞”“=”或“＜”）

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科目：高中化學(xué) 來(lái)源： 題型：閱讀理解

（2010?石景山區(qū)一模）利用N2和H2可以實(shí)現(xiàn)NH3的工業(yè)合成，而氨又可以進(jìn)一步制備硝酸，在工業(yè)上一般可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知：N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ?mol-1
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ?mol-1
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-483.6kJ?mol-1
若有17g氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮?dú)怏w和水蒸氣所放出的熱量為
226.3kJ
226.3kJ
；
（2）某科研小組研究在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對(duì)N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示：（圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）
①圖象中T1和T2的關(guān)系是：T1
＜
＜
T2（填“＞”、“＜”、“=”或“無(wú)法確定”）
②比較在a、b、c三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N2的轉(zhuǎn)化率最高的是
c
c
（填字母標(biāo)號(hào)），
③在起始體系中加入N2的物質(zhì)的量為
n
3
n
3
mol時(shí)，反應(yīng)后氨的百分含量最大．若容器容積為1L，n=3mol反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為60%，則此條件下（T2），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=
2.08（mol?L-1）-2
2.08（mol?L-1）-2
；
（3）N2O3是一種新型硝化劑，其性質(zhì)和制備受到人們的關(guān)注．
①一定溫度下，在恒容密閉容器中N2O3可發(fā)生下列反應(yīng)：2N2O3?4NO2（g）+O2△H＞0下表為反應(yīng)在某溫度下的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則50s內(nèi)NO2的平均生成速率為
0.0592mol?L-1?s-1
0.0592mol?L-1?s-1

V/s 0 50 100
c（N2O3）/mol?L-1 5.00 3.52 2.48
②現(xiàn)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成的燃料電池，采用電解法制備N(xiāo)2O3，裝置如圖1所示，其中Y為CO2．寫(xiě)出石墨I(xiàn)電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式
H2+CO32-═CO2+H2O+2e-
H2+CO32-═CO2+H2O+2e-

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科目：高中化學(xué) 來(lái)源： 題型：

在氨的工業(yè)合成中，有三個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)解決它們：

    (1)合成氨的化學(xué)原理是N2+3H2 2NH3，在工業(yè)上選擇20―50MPa的較高壓強(qiáng)和  500的溫度來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，請(qǐng)結(jié)合有關(guān)的化學(xué)原理解釋。

(2)在生產(chǎn)過(guò)程中需要大量氫氣，現(xiàn)有以下幾種獲得氫氣的方法，請(qǐng)你選出最適宜的，并說(shuō)明理由。

A．電解水制取氫氣；B．由煤或焦碳來(lái)制取氫氣：煤或焦碳經(jīng)加熱，熾熱的炭與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣；C．由天然氣或重油制取氫氣：天然氣的主要成分甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，一氧化碳在催化劑存在的條件下與水蒸氣反應(yīng)得到氫氣和二氧化碳。

 (3)合成氨的生產(chǎn)工藝流程：首先用適當(dāng)?shù)姆椒ㄉa(chǎn)出合成氨的原料氣一一氮?dú)夂蜌錃狻?/p>

氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w在合成塔一定條件下，通過(guò)催化扭l的作用產(chǎn)生氨氣，再通過(guò)氮分離器不斷地把生成的氨分離出來(lái)，同時(shí)未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)氣體再進(jìn)入合成塔循環(huán)加工。這就是合成氨的工藝流程。請(qǐng)根據(jù)這一描述過(guò)程畫(huà)出流程方框圖。

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