中学化学竞赛试题资源库合成氨硝酸工业.docx
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中学化学竞赛试题资源库合成氨硝酸工业
中学化学竞赛试题资源库——合成氨、硝酸工业
A组
.工业上用氢气合成氨,氢气的主要来源是
A水和燃料B电解水C锌与稀硫酸反应D液化空气
.工业上合成氨,为了兼顾反应速率、化学平衡和设备条件等因素,我国目前一般采用的压强和温度
A常温常压B1000℃,1MPaC100℃,0.1MPaD500℃,20~50MPa
.工业上合成氨时一般采用500℃左右的温度,其原因是
①适当提高NH3的合成速率②适当提高H2或NH3的转化率
③提高NH3的产率④催化剂在500℃左右活性最大
A①B①④C②③D①②③④
.合成氨工业常用的N2和H2在进入合成塔前,必须除去所含各种杂质,是为了
A提高N2、H2浓度B减少副反应
C防止催化剂中毒D有利于平衡向右移动
.从N2+3H2
2NH3(正反应放热)的反应看,为了提高氨的平衡浓度,可选用的条件有
A升温、加压B降温、加压C升温、降压D降温、降压
.合成氨时使用催化剂的作用是
A提高N2、H2的浓度B提高NH3平衡浓度
C缩短达到化学平衡的时间D提高合成氨的单位时间产量
.下面是合成氨的简要流程示意图:
沿X路线回去的物质是
AN2和H2B催化剂CN2DH2
.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制取氨气
B加压有利于氨的合成
C加催化剂有利于氨的氧化
D500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
.对于合成氨的反应来说,使用催化剂和施以高压,下列叙述中正确的是
A都能提高反应速率,都对化学平衡状态无影响
B都对化学平衡状态有影响,都不影响达到平衡状态所用的时间
C都能缩短达到平衡状态所用的时间,只有压强对化学平衡状态有影响
D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而压强无此作用
.下列有关合成氨工业的说法中,正确的是
A从合成塔出来的混合气体,其中NH3只占15%,所以生产氨的工厂的效率很低
B由于氨易液化,N2、H2是循环使用,所以总体来说氨的产率很高
C合成氨工业的反应温度控制在500℃左右,目的是使化学平衡向正反应方向移动
D合成氨厂采用的压强是20~50MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大
.用焦炭、水、空气为原料制氨的化学方程式如下:
参加反应的焦炭与氨气的物质的量之比是
A3︰4B3︰2C2︰3D1︰2
.NO2溶于水制硝酸的反应为3NO2(g)+H2O(l)
2HNO3+NO(g)(正反应放热),为了提高硝酸的产率,硝酸厂实际生产中均采用的措施是
A升温B加压C通入过量O2D降温
.将一定量的氨完全氧化而转化为HNO3,且使之全部溶解在反应生成的水中,则此硝酸溶液中溶质的质量分数为
A75.8%B76.8%C77.8%D78.8%
.将一定量的NH3完全氧化成硝酸并全部溶解在反应生成的水中,所得这种硝酸的质量百分比浓度为。
(精确到0.1%)。
.某化肥厂用NH3制硝酸,再进一步制NH4NO3。
已知由NH3制HNO3时产率为88%,由NH3与HNO3反应制NH4NO3时产率为98%,用100tNH3制硝酸铵时,用于制HNO3的氨为t,可制出NH4NO3t。
.在合成塔反应中,入口气体体积比为N2︰H2︰NH3=6︰18︰1,出口气体体积比为N2︰H2︰NH3=9︰27︰8。
则H2的转化率为。
.已知N2+3H2
2NH3(正反应放热),请回答:
(1)从影响速率的因素分析,要有利于NH3生成,理论上应采取的措施是_________,从影响平衡的因素分析,要有利于NH3生成,理论上应采取的措施是___________,而实际生产中采取的措施是。
(2)在实际生产的合成氨过程中,要分离出氨气,目的是。
.利用天然气合成氨的工艺流程示意如下:
依据上述流程,完成下列填空:
(1)天然气脱硫时的化学方程式是
(2)nmolCH4经一次转化后产生CO0.9nmol、产生H2mol(用含n的代数式表示)
(3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行,加压的理论依据是(多选扣分)
(a)相似相溶原理(b)勒沙特列原理(c)酸碱中和原理
(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于
(写出CO2的一种重要用途)。
(5)整个流程有三处循环,一是Fe(OH)3循环,二是K2CO3(aq)循环,请在上述流程图中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。
.某工厂以天然气、水蒸气和空气为原料加能源合成氨的流程如下:
上述流程中外热式一级烃转化器:
系指以CH4为燃料在烃气转化器外面加热使之维持800℃高温的工业装置。
内热式二级烃气转化器:
系指以H2在装置内燃烧为能量维护一级烃气转化器所生成的CO与H2O(气)反应生成CO2和H2所需1000℃高温的装置。
在编号为
~
的反应器中发生如下反应:
ACH4+2O2=CO2+2H2OBCH4+H2O(g)=CO+3H2
C2CH4+3H2O(g)=CO+CO2+7H2DK2CO3+CO2+H2O=2KHCO3
ECO+H2O(g)
CO2+H2+热F2H2+O2=2H2O
(1)填写下列空白:
甲:
反应A发生在编号为的反应器中,它的作用是。
乙:
反应F发生在编号为的反应器中,它的作用是。
丙:
属于制备合成氨原料气的反应有(填编号),反应D的作用是。
(2)为什么转化反应要分两步——第一步在400℃时进行,第二步在200℃时进行?
.今有某学生设计的用氨催化氧化法制取少量HNO3溶液的实验装置,如下图所示。
请回答下列问题:
(1)实验室制备NH3,下列方法中适宜选用的是_______(填序号)
①固态氯化铵与熟石灰混合加热②固态氯化铵加热分解
③生石灰中滴加浓氨水④氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热
(2)装置B中发生反应的化学方程式为__________________________;
在实验过程中,加热Pt丝红热后,移去酒精灯,发现Pt丝还继续保持红热,由此可判断该反应是________________。
(3)装置C的作用是____________________;装置C中的现象是_______________;为确保D中尽可能多生成HNO3,所通入O2和NH3的体积比应大于__________。
(4)氨在高温下催化氧化时还常有副反应发生:
4NH3+3O2
2N2+6H2O。
若忽略装置中残留的气体体积,测得D中有1.0mol/L的HNO3溶液150mL,气球中收集的混合气体体积为1400mL(标准状况),其中NO2、O2与N2的体积比为2:
2:
1,则氧化成NO的氨占被氧化的氨的体积分数为__________________。
.Ⅰ.合成氨工业对化学的国防工业具有重要意义。
写出氨的两种重要用途。
Ⅱ.实验室制备氨气,下列方法中适宜选用的是。
①固态氯化铵加热分解②固体氢氧化钠中滴加浓氨水
③氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热④固态氯化铵与氢氧化钙混合加热
III.为了在实验室利用工业原料制备少量氨气,有人设计了如下装置(图中夹持装置均已略去)。
[实验操作]
①检查实验装置的气密性后,关闭弹簧夹a、b、c、d、e。
在A中加入锌粒,向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。
打开弹簧夹c、d、e,则A中有氢气发生。
在F出口处收集氢气并检验其纯度。
②关闭弹簧夹c,取下截去底部的细口瓶C,打开弹簧夹a,将氢气经导管B验纯后点燃,然后立即罩上无底细口瓶C,塞紧瓶塞,如图所示。
氢气继续在瓶内燃烧,几分钟后火焰熄灭。
③用酒精灯加热反应管E,继续通氢气,待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时,打开弹簧夹b,无底细口瓶C内气体经D进入反应管E,片刻后F中的溶液变红。
回答下列问题:
(1)检验氢气纯度的目的是。
(2)C瓶内水位下降到液面保持不变时,A装置内发生的现象是,防止了实验装置中压强过大。
此时再打开弹簧夹b的原因是,C瓶内气体的成份是。
(3)在步骤③中,先加热铁触媒的原因是。
反应管E中发生反应的化学方程式是。
.某合成氨厂,日生产能力为30吨,现以NH3为原料生产NH4NO3,若硝酸车间的原料转化率为92%,氨被吸收为NH4NO3的吸收率为98%,则硝酸车间日生产能力应为多少吨才合理?
.氨氧化法可制得50%的HNO3,加脱水剂可进一步制得90%的HNO3。
某工厂同时生产50%的HNO3与90%的HNO3,两种产品的质量比为m1/m2=x(其中m1为50%HNO3的质量,m2为90%HNO3的质量)。
若以17t液氨为原料生产:
(1)导出理论上所需水量y(L)与质量x的数学表达式(假定NH3的转化率为100%)。
(2)根据导出的数学关系式求出只生产50%HNO3的所需的水量与只生产90%HNO3的所需的水量。
(3)质量比为多少时,进出的水量保持平衡?
此时两种产品的总质量为多少?
.合成氨工业用氢和氮在催化剂作用下直接合成,下表表示在一定温度和压强作用下达到动态平衡时氨的含量。
达到平衡时混合气中氨的含量(体积百分比)(氮气和氢气的体积比是1︰3)
右图是一透热性能很好的坚固容器,活塞C可左右移动。
其总体积为44.8L,现将400℃、300大气压的氢气33.6L和400℃、300大气压的氮气11.2L充入容器中,当两者反应达到动态平衡时,若保持混合气体的压强仍为400℃和300大气压,求:
(1)容器是向外界放热,还是吸热?
(2)试计算充入容器中氮气质量是多少克?
(3)活塞C要向左倒移动的距离与容器全长之比是多大?
.合成氨原料可以由天然气制取其主要反应为:
CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g)
(1)1m3(标准状况)CH4按上式完全反应,产生H2mol。
(2)CH4和O2的反应为:
2CH4(s)+O2(s)→2CO(g)+4H2(s)。
设CH4同时和H2O(g)及O2(g)反应,1m3(标准状况)CH4按上述两式完全反应,产物气体的体积(标准状况)为。
(3)CH4和H2O(g)及富氧空气(O2含量较高,不同富氧空气氧气含量不同)混合反应,产物气体组成如下表:
气体
CO
H2
N2
O2
体积/L
25
60
15
2.5
计算该富氧空气中O2和N2的体积比V(O2)/V(N2)。
(4)若CH4和H2O(g)及富氧空气混合反应的产物中,V(H2)/V(N2)=3︰1(合成氨反应的最佳比)。
则反应中的H2O(g)和富氧空气的体积比为何值?
.工业中通过如下系列反应以天然气为原料生产氨气;
CH4+H2O→CO+3H2(a)
2CH4+O2→2CO+4H2(b)
CO+H2O→CO+H2(c)
N2+3H2→2NH3(d)
假定(i)只发生上述化学反应,以及对二氧化碳的化学吸收,(ii)天然气只含有甲烷,(iii)空气含有0.80摩尔分数的氮气和0.20摩尔分数的氧气,(iv)甲烷在过程(a)和(b)中的转化率是利用调节通入反应(b)中的氧气量来控制的,即通入适量的空气使氮气和氢气的摩尔比刚好保持在1︰3;同时还考虑反应的总效率,即S.T.P.时1200m3的天然气要生成1.00t氨气。
试求:
(1)根据以上假定,若天然气的转化率为100%,则每摩尔天然气可生成多少摩尔氨气?
(2)在
(1)中得出的实际产量是最大产量的百分之几?
.硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收,有关的化学反应为:
2NO2+Na2CO3→NaNO3+NaNO3+CO2↑①
NO+NO2+Na2CO3→2NaNO2+CO2↑②
(1)根据反应①,每产生22.4L(标准状况下)CO2,吸收液质量将增加g。
(2)配制1000g质量分数为21.2%的纯碱吸收液,需Na2CO3·10H2O多少克?
(3)现有1000g质量分数为21.2%的纯碱吸收液,吸收硝酸工业尾气,每产生22.4L(标准状况)CO2时,吸收液质量就增加44g。
①计算吸收液中NaNO2和NaNO3物质的量之比。
②1000g质量分数为21.2%的纯碱在20℃经充分吸收硝酸工业尾气后,蒸发掉688g水,冷却到0℃,最多可析出NaNO2多少克?
(0℃时,NaNO2的溶解度为71.2g/100g水)
.在硝酸生产过程中所排放出来的废气中含有NO和NO2,它们污染环境。
(1)现用氨催化还原法将它们转化为无毒气体(填名称)直接排入空气中,写出有关反应的化学方程式。
假设NO和NO2物质的量之比恰好为1︰1,则两者的混合物相当于一种酸酐。
(2)写出由烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式。
(3)若用碱液吸收法处理尾气。
将含有NO、NO2的废气通入NaOH溶液中,NO、NO2转化为NaNO3、NaNO2而被吸收,消除了污染。
2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2ONO+NO2+2NaOH=2NaNO2十H2O
①下列气体中不可能完全被过量NaOH溶液吸收的是
A1molO2与4molNO2B1molNO与4molNO2
C1molO2与4molNOD1molNO与4molNO2
②若YNO2︰VNO=x,则x在什么取值范围内,NO、NO2混和气体可能被过量NaOH溶液完全吸收。
答:
B组
.采用循环操作可以提高原料的利用率,下列工业生产中,没有采用循环操作的是
A硫酸工业B合成氨工业C硝酸工业D氯碱工业
.在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中,具有的共同点是
A使用吸收塔设备B使用尾气吸收装置
C使用H2作原料D使用催化剂
.参考右图中温度、压强对平衡氨的百分含量的关系,试评判当前合成氨的最有前途的研究发展方向是
A研制耐强高压的合成塔
B采用超大规模生产以提高经济效益
C提高分离技术
D研制低温催化剂
.下列有关化工生产的设备、原料和反应条件等项均正确的是
A合成氨:
合成塔、空气、水和焦炭、铁触媒、500℃、3×107Pa
B氨氧化法制硝酸:
沸腾炉、氨气、铂铑合金、800℃
C接触法制硫酸:
氧化炉、硫铁矿、V2O5、400℃~500℃
D炼钢:
转炉、白口铁、生石灰、1600℃
.下列关于化工生产原理的几种叙述中,均不符合目前工业生产实际情况的是
A在催化剂作用下氨被空气氧化,将两次氧化的产物被水吸收制成硝酸
B氯气和氢气混和在光照条件下生成氯化氢,用水吸收成盐酸
C二氧化硫在接触室被氧化成三氧化硫,再在吸收塔内被水吸收制成浓硫酸
D用硝酸镁作吸水剂,将稀硝酸浓缩蒸馏得96%以上的浓硝酸
.氨是最重要的氮肥,是产量最大的化工厂产品之一。
目前,世界上采用的合成氨技术是德国人哈伯在1905年发明的.他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖、哈伯法合成氨需要在20~50MPa的高压和500℃的高温下,并用铁催化剂,且氨转化率仅10%~15%.然而,2001年有两位希腊化学家在美国《科学》杂志上发表文章,在常压下把氢气和用氦稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池(如图),氢气和氮气在电极上合成了氨,而且转化率可高达78%!
(图中涂黑处表示新法合成氨中所用的电解质,它能传导H+)。
下列说法不正确的是
A新法合成氨的电解地中可以用水溶液作电解质
B新法合成氨的电解池中不能用水溶液作电解质
C新法合成氨的阳极反应为:
3H2-6e=6H+
D新法合成氨的电解反应为:
N2+3H2
2NH3
.氨是产量最大的化工产品,旧法亦称哈伯法,是在20~50MPa,500℃,铁做催化剂下合成的;希腊化学家发明了一种新法,在常压下,把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池,利用能通过氢离子的多孔陶瓷固体作电解质,氢气和氮气在电极上合成了氨,转化率达到78%,有关新法合成氨的说法不正确的是
A新法与旧法相比不需要高温
B新法与旧法相比氮气的转化率高
C新法阴极的电极反应为:
N2+6H++6e=2NH3
D电解时H+从阳极向阴极移动
.1998年两位希腊化学家在《科学》杂志上发表论文,称他们在常压下把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池(右图)中,氢和氮在电极上合成了氨,且转化率达到了78%。
用来合成氨的电解质在电解池里起传导H+离子的作用右(右图),它是一种固体复合氧化物(缩写为SCY),具有钙钛矿晶体构型(最小重复单元见右下图),电解池的两个电极则是吸附在SCY内外表面上的金属钯多晶薄膜。
(1)写出上述电解池阴、阳两极发生的反应和电解池的总反应方程式。
阳极;
阴极;
总反应方程式。
(2)钙钛矿晶体中,每个钛原子周围与它最接近且等距离的钛原子共有个,氧、钙、钛(Ti)的原子个数比是。
.氨氧化制硝酸的反应为:
4NH3+5O2
4NO+6H2O(a)2NO+O2→2NO2(b)
(空气中)(空气中)
3NO2+H2O→2HNO3+NO(c)
试设计制备HNO3的实验装置图。
并指明反应(a)(b)(c)在何装置中发生。
所用的试剂和药品除空气外还有氨水、Cr2O3、铂丝和水。
所用仪器是中学化学实验室常用的。
.合成氨工业中,原料气(N2,H2及少量CO,NH3的混合气)在进入合成塔前常用[Cu(NH3)2]Ac溶液来吸收原料气中的CO,其反应为:
[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3
[Cu(NH3)3]Ac·CO+Q
(1)命名:
[Cu(NH3)2]Ac
(2)必须除去原料气中的CO的原因是;
(3)[Cu(NH3)2]Ac吸收CO的生产适宜条件应是;
(4)吸收CO的[Cu(NH3)2]Ac溶液经适当处理后又可再生,恢复其CO的吸收能力以供循环使用,[Cu(NH3)2]Ac再生的适宜条件是。
.HNO3是极其重要的化工原料。
工业上制备HNO3采用NH3催化氧化法,将中间产生的NO2在密闭容器中多次循环用水吸收制备的。
(1)工业上用水吸收二氧化氮生产硝酸,生成的气体经过多次氧化、吸收的循环操作使其充分转化为硝酸(假定上述过程中无其它损失)。
①试写出上述反应的化学方程式。
②设循环操作的次数为n,试写出NO2→HNO3转化率与循环操作的次数n之间关系的数学表达式。
③计算一定量的二氧化氮气体要经过多少次循环操作,才能使95%的二氧化氮转变为硝酸?
(2)上述方法制备的HNO3为稀HNO3,将它用水稀释或蒸馏、浓缩可制得不同浓度的HNO3。
实验证明:
不同浓度的HNO3与同一金属反应可生成不同的还原产物。
例如,镁与硝酸反应实验中,测得其气相产物有H2、N2、NO、NO2,液相产物有Mg(NO3)2,NH4NO3和H2O。
生成这些产物的HNO3浓度范围为:
H2:
C<6.6mol/L;N2和NH4+:
C<10mol/L;NO:
0.1mol/L<C<10mol/L;NO2:
C>0.1mol/L。
各气相产物成分及含量随HNO3浓度变化曲线如右图所示。
④写出Mg与11mol/L的HNO3反应的方程式;
⑤960mgMg与1L4mol/L的HNO3恰好完全反应,收集到224mL气体(S.T.P)气体,试通过计算写出反应方程式。
C组
.通过Haber反应用N2和H2制取氨时,总压为200atm。
试解释为什么需要如此大的压力?
.如果通过Haber反应制取氨,设计反应条件。
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H=-22kca1
.在氮的化合物的生产中,其中有以下的工艺过程,请你解释:
(1)合成氨反应未达平衡,但又接近平衡时,从氨合成塔中放出的气体具有怎样的反应速度?
(2)循环气的一部分未返回氨合成塔中,而不断地由一个循环周期中放出?
(3)在生产NO的接触器中,当接触时间为10-4S时,达到NH3转化为NO的最大限度。
当接触时间变化时,会发生怎样的不良过程?
为什么气流的实际速度要保持稍大于对应于最大转化率的速度?
.在氮的化合物的生产中,其中有以下的工艺过程,请你解释:
(1)合成氨反应未达平衡,但又接近平衡时,从氨合成塔中放出的气体具有怎样的反应速度?
(2)循环气的一部分未返回氨合成塔中,而不断地由一个循环周期中放出?
(3)在生产NO的接触器中,当接触时间为10-4S时,达到NH3转化为NO的最大限度。
当接触时间变化时,会发生怎样的不良过程?
为什么气流的实际速度要保持稍大于对应于最大转化率的速度?
.化学工业特别注重化学工艺的探索,电解法是科学家不懈探索的课题。
下面列举两例:
(1)上采用的合成氨技术是德国人哈伯在1905年发明的。
他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖。
哈伯法合成氨需要20~50MPa的高压和500℃的高温下,并用铁催化剂,且氨转化率仅10%~15%。
然而,2001年有两位希腊化学家在美国《科学》杂志上发表文章,在常压下把氢气和用氦稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池(如图),氢气和氮气在电极上合成了氨,而且转化率可高达78%!
试问:
①新法合成氨的电解池中_______(填“能”、“不能”)用水溶液作电解质,原因是_____________________________;
②新法合成氨中所用的电解质(图中涂黑处)能传导H+,则阳极反应为__________
_________,阴极反应为___________________,总反应式为_______________________。
(2)葡萄糖酸钠是一种重要的物质,工业上通常用NaClO氧化法或空气氧化法制备。
据2002年的《化学世界》杂志报道:
最近,我国化学家摸索出在碱性介质中电解葡萄糖法制备葡萄糖酸钠,其过程是:
将葡萄糖水溶液(可表示为C6H12O6
H2O)进行电解,并同时滴加NaOH溶液。
电解过程中需维持较稳定的pH值。
试问:
③在电解过程中,电解质溶液的pH值降低,其原因是______________________。
④制备葡萄糖酸钠的电解方程式为_______________________________________。
参考答案(76)
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