- 合成氨工业的发展——催化剂的改进
- 共152题
下列过程属于人工固氮的是( )
正确答案
解析
解:A、分离液态空气制氮气,是氮气的状态发生改变,不属于氮的固定,更不是人工固氮,故A错误;
B、闪电时N2转化为NO,属于自然固氮,故B错误;
C、工业合成氨是N2与H2在一定条件下反应生成NH3,属于人工固氮,故C正确;
D、豆科作物根瘤菌将N2转化为含氮化合物,属于生物固氮,故D错误.
故选:C.
下列有关工业生产的叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、合成氨生产过程中将NH3液化分离,即减小生成物氨气的浓度,可以使化学反应速率减慢,但是能提高N2、H2的转化率,故A错误;
B、硫酸工业中,在接触室安装热交换器是利用反应放出的热量预热二氧化硫和氧气的混合气,故B错误;
C、电解饱和食盐水时,阴极室产生的是氢气和氢氧化钠,阳极上产生的是氯气,采用离子交换膜法,可防止阳极室产生的Cl2进入阴极室,故C错误;
D、电解精炼铜时,阳极是粗铜,金属Zn、Fe等活泼金属先于金属铜失电子,阴极是铜离子的电子的过程,同一时间内,即转移电子一样的情况下,阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小,故D正确.
故选D.
化学工业发展推动社会进步.请回答下列问题:
(1)目前下列工艺过程没有直接使用离子交换技术的是______
A、硬水的软化 B、电解饱和食盐水制造NaOH
C、电渗析淡化海水 D、海水中提取金属镁
(2)提出联合制碱法的科学家是______
A.卢布兰 B.索尔维 C.侯德榜 D.哈伯
(3)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
(4)从沸腾炉排出的气体中不会使催化剂中毒的杂质是______
A、水蒸气 B 砷的化合物 C 硒的化合物 D 矿尘.
正确答案
解析
解:(1)A.硬水的软化,使用离子交换技术利用钠离子降低钙、镁离子的浓度,故A不选;
B.电解饱和食盐水制造NaOH,使用离子交换技术利用钠-氢交换、氯-氢氧根交换,故B不选;
C.电渗析淡化海水,使用离子交换膜对离子的选择性透过,故C不选;
D.海水中提取金属Mg,电解熔融氯化镁冶炼Mg,与离子交换技术无关,故D选;
故选D;
(2)A.卢布兰提出以普通食盐为原料,用硫酸处理得芒硝(见硫酸钠)及盐酸,芒硝再与石灰石、煤粉配合入炉煅烧生成纯碱的方法,故A错误;
B.比利时人索尔维以NaCl、CO2、H2O为原料生产Na2CO3,叫索尔维法,故B错误;
C.“联合制碱法”又称侯氏制碱法,是由我国科学家侯德邦改进索尔维法而摸索出的新的制取纯碱的方法,故C正确;
D.合成氨的发明者是哈伯,故D错误;
故选C;
(3)A.合成氨工业中,铁触媒做催化剂,故铁触媒能提高反应速率,故A正确;
B.氮气在空气中丰富的来源,即合成氨的原料氮气来自于空气,故B正确;
C.氨气易液化,故可用冷凝的方法将氨气分离,故C正确;
D.氨的合成反应是个气体气体减小的反应,故应增大压强使平衡右移,更有利于氨的合成,故D错误;
故选D;
(4)催化剂中毒就是杂质把催化剂覆盖着,阻止了它的反应,从沸腾炉排出的气体中砷的化合物、硒的化合物、矿尘能使催化剂中毒,
故选A.
贵州开磷(集团)有限责任公司按照循环经济的发展理念,将工业合成氨与制备甲醇进行联合生产,现已具备年产60万吨合成氨、38万吨甲醇的生产能力.其生产流程如图1:
请回答下列问题:
(1)工业生产时,水蒸气可与煤粉反应制备H2,反应的化学方程式为______;
(2)工业制取氢气的另一个反应为:CO+H2O(g)⇌CO2+H2.在T℃时,往1L密闭容器中充入0.2molCO和0.3mol水蒸气,反应达平衡后,体系中c(H2)═0.12mol•L-1.该温度下此反应的平衡常数K=______(填计算结果);
(3)若在恒温恒容的容器内进行反应CO(g)+2H2 (g)⇌C H3OH(g),在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应10min后测得各组分的浓度如下:
①该时间段内反应速率v(H2)=______;
②该反应达到平衡状态的标志是______(填字母序号);
A.有1个H-H键生成的同时有3个C-H键生成
B.CO的百分含量保持不变
C.容器中混合气体的压强不变化
D.容器中混合气体的密度不变化
(4)已知在常温常压下:
①2C H3OH(l)+3O2 (g)⇌2CO2 (g)+4H2 O(g)△H1=-1275.6kJ/mol
②2C O(l)+O2 (g)⇌2CO2 (g)△H2=-566.0kJ/mol
③H2O (g)⇌H2 O(l)△H3=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式______;
(5)N2和H2以铁作催化剂从145℃就开始反应,不同温度下NH3的产率如图2所示.温度高于900℃时,NH3产率下降的原因是______;生产过程中合成气要进行循环,其目的是______.
正确答案
解析
解:(1)碳粉在高温下与水蒸气反应的化学方程式为:C+H2O(g)CO+H2,
故答案为:C+H2O(g)CO+H2;
(2)CO+H2O(g)⇌CO2+H2
初始:0.2 0.3 0 0
变化:0.12 0.12 0.12 0.12
平衡:0.08 0.18 0.12 0.12
则K==1,
故答案为:1;
(3)①由表中数据可知,l0min内甲醇的浓度变化为0.4mol/L,故v(CH3OH)==0.04mol/(L•min),速率之比等于化学计量数之比,故v(H2)=2v(CH3OH)=2×0.04mol/(L•min)=0.08mol/(L•min),
故答案为:0.08mol/(L•min);
②A.有1个H-H键生成的同时有3个C-H键生成,正逆反应速率不相等,没有达到平衡状态,故A错误;
B.CO百分含量保持不变,证明各组分不再变化,该反应已经达到了化学平衡状态,故B正确;
C.该反应是一个前后气体体积变化的反应,容器中混合气体的压强不变化,证明达到了平衡状态,故C正确;
D.混合气体质量守恒,体积恒定,所以容器中混合气体的密度不会发生变化,故D错误;
故选BC;
(4)①2CH3OH(l)+3O2(g)⇌2CO2(g)+4H2O(g)△H1=-1275.6kJ/mol
②2CO(l)+O2(g)⇌2CO2(g)△H2=-566.0kJ/mol
③H2O(g)⇌H2O(l)△H3=-44.0kJ/mol,
根据盖斯定律,将已知反应(①-②+③×4)×得到:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l),△H=
[(-1275.6kJ/mol)-(-566.0kJ/mol)+(-44.0kJ/mol)×4]=-442.8kJ•mol-1,
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8kJ•mol-1;
(5)温度在900℃时,反应达到平衡状态,温度高于900℃时,即:升高温度,平衡向吸热方向,即向左移动;
由于合成氨的反应为可逆反应,提高循环利用原料,可提高原料的利用率,
故答案为:温度高于900℃时,平衡向左移动;提高原料的利用率.
Ⅰ、合成氨对农业生产及国防建设均具有重要意义.
(1)在恒温恒容密闭容器中进行的合成氨反应,N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),下列能表示达到平衡状态的是______(填序号).
a.混合气体的压强不再发生变化
b.混合气体的密度不再发生变化
c.反应容器中N2、NH3的物质的量的比值不再发生变化
d.单位时间内断开a个H-H键的同时形成3a个N-H键
e.三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比
Ⅱ、能源问题是人类社会面临的重大课题,日本大地震引起的核泄漏事故引起了人们对核能源的恐慌.而甲醇是未来重要的绿色能源之一.以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇.
(1)将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为10L的反应室,在一定条件下发生反应:CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g),测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图.
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率为______;
②100℃时反应的平衡常数为______.
(2)在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,将1.0molCO与2.0molH2的混合气体在催化剂作用下发生反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH (g)生成甲醇,平衡后将容器的容积压缩到原来的,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是______(填字母序号).
A.c(H2)减小
B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH的物质的量增加
D.重新平衡时c(H2)/c(CH3OH)减小
E.平衡常数K增大
(3)已知:反应:4HCl(g)+O2(g)⇌2Cl2(g)+2H2O(g)△H=-116kJ/mol,H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)△H=-184kJ/mol
Ⅱ.
请回答:
①H2与O2反应生成气态水的热化学方程式是______.
②断开1mol H-O 键所需能量约为______kJ.
正确答案
解析
解:I、(1)a.该反应随反应进行,气体的总的物质的量进行,压强降低,故混合气体的压强不再发生变化,说明到达平衡,故a正确;
b.混合气体的总质量不变,容器的体积不变,混合气体的密度始终不变,故b错误;
c.可逆反应到达平衡时,反应混合物各组分的浓度不发生变化,反应容器中N2的物质的量浓度不再发生变化,说明到达平衡,故c正确;
d.单位时间内断开a个H-H键的同时形成3a个N-H键,都表示正反应速率,不能说明到达平衡,故d错误;
e.反应混合物平衡时的浓度之比与起始浓度及转化率有关,平衡时可能等于化学计量数之比,也可能不等于,故e错误;
故答案为:a c;
II、(1)①)①100°时甲烷的转化率为40%,变化的甲烷为0.4mol,生成的氢气依据反应①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ/mol;可知氢气物质的量为1.2mol,用H2表示该反应的平均反应速率==0.0024mol/L•min;故答案为:0.0024mol/L•min;
②依据化学平衡三段式计算平衡浓度、根据平衡常数的概念计算得到
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
起始量(mol/L)0.01 0.02 0 0
变化量(mol/L) 0.004 0.004 0.004 0.012
平衡量(mol/L)0.006 0.016 0.004 0.012
K==
=7.2×10-5(mol/L)2
故答案为:7.2×10-5(mol/L)2;
(2)在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,将1.0molCO与2.0molH2的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇,CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ/mol;平衡后将容器的容积压缩到原来的,其他条件不变,体积减小压强增大,反应速率增大,平衡正向进行.
A、体积减小,c(H2)增大,故A错误;
B、压强增大,正逆反应速率都加快,故B错误;
C、体积减小,压强增大,平衡正向进行,CH3OH的物质的量增加,故C正确;
D、体积减小,压强增大,平衡正向进行,重新平衡时减小,故D正确;
E、平衡常数K只随温度的而变化,故E错误;
故选CD;
(3)①H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)△H=-184kJ/mol,
依据盖斯定律:①+②×2得到热化学方程式为:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-484 kJ/mol,
故答案为:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-484 kJ/mol;
②依据反应的热化学方程式:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-484 kJ/mol,
△H=断裂化学键吸收的能量-形成化学键放出的能量=2×436KJ+498KJ-4×H-O=-483.6 kJ,
则得到H-O的键能=463.5kJ,故答案为:463.5.
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