【合成氨工业生产习题的多角度设计】
时间：2019-02-05 03:29:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号：1005－6629(2008)11－0070－03中图分类号：G632.479文献标识码：B 随着新课程理念的不断深入、新课程实践的不断推进，高考化学试题也在不断进行相应的变革。试题依据新教材，加大体现新课标的理念已成为命题思路之首选。纵观2007年各地的高考化学试卷，无论是已实施新课程标准的广东、山东、海南和宁夏四省的试卷，还是即将进入新课程标准的江苏试卷，都呈现出稳中求进的特点，在看似平淡的表面背后，不断地推出新的亮点同新课标一步步接轨。而实用性强是化学学科的一大特点，我国的化工企业在国民经济中占有很大的比重，是国家的一个支柱产业，两方面因素都使得以化工生产为知识背景的高考题倍受推崇，而此类试题多取材于《化学与技术》模块。内容主要有：化工生产条件的选择、原料的选取与配比、原料的转化率或产品产率的计算及工业尾气的处理和热量的利用等。涉及的领域有：工业制硫酸、硝酸，合成氨、化肥的生产、钢铁工业等；用到中学化学的原理和知识有：化学平衡、化学反应速率、反应热和化学计算。重点考查学生的知识利用能力、分析综合能力，培养理论与实践相联系的观点，通过真实化工生产的展现让学生更能懂得化学的实用，激发学习化学的热情。
1 从化工原理的角度设计试题
［试题1］根据合成氨反应的特点，结合化学反应速率和化学平衡的原理填写下列表格，并选择工业合成氨的适宜的条件。
［答案］通过分析可以填写下表：
综合各方面因素后采用如下条件：①高温，500℃； ②高压，20MPa～50MPa； ③催化剂，铁触煤。
［命题意图］这是考查化学反应速率与化学平衡原理在合成氨工业生产中的多因素影响问题。特别是两个因素影响不一致时如何联系生产原理和生产实际选择适宜条件。
2 从合成氨工业生产的流程设计试题
［试题2］下图是合成氨工业生产的流程示意图:
1. 工业上制取氮气常采用分离空气的方法，下图是制取氮气流程图，请在空格内填写适当的答案：
2. 写出工业合成氨中利用煤水反应法制取原料气H2的两个化学反应方程式______，_______。
若用烃水反应法制取氢气，第一步是先用催化剂把烃和水作用，生成一氧化碳和氢气，写出化学反应方程式___________。
［答案］1.
2.
［命题意图］从工业合成氨生产的流程示意图考查用物理方法制取氮气，构思新颖。用煤水反应法和烃水反应法的反应原理考查化学方程式从具体到一般的书写，符合归纳法。
3 从合成氨反应中化学平衡与反应热相结合的角度设计试题
［试题3］已知常温常压下， N2(g）和H2(g)生成2mol NH3(g)放出92.4kJ热量。在同温同压下向密闭容器中通入1mol N2和3mol H2，达到平衡时放出热量为Q1，向另一体积相同的容器中通入0.5mol N2、1.5mol H2和1mol NH3，相同条件下达到平衡时放出热量为Q2，则下列关系式正确的是
A.2Q2=Q1=92.4kJ B.2Q2＜Q1＜92.4kJ
C.Q1＜Q2＜92.4kJ D.Q2=Q1＜92.4kJ
［提示］因为1mol N2和3molH2的反应跟0.5mol N2与1.5mol H2的反应是在同温同压下按相同物质的量比[n(N2):n(H2)=1:3]进行的，则前者放出热量为后者的两倍；但若在后者中再加入1mol NH3，正反应将受到抑制，故Q1＞2Q2。因为N2和H2合成NH3的反应是可逆的：N2+3H2 2NH3，常温常压下原料的转化率很低，因而将1mol N2和3mol H2混合反应肯定不能生成2mol NH3，则Q1＜92.4kJ。与备选选项对照，可知答案为B。
［命题意图］以合成氨反应式为载体，考查可逆反应在等温等压条件下，平衡移动与反应热的关系，着重考查思维的变通性和敏捷性。
4从氨工业用途角度设计试题
［试题4］工业上，用氨气和二氧化碳合成尿素。在一定条件下，发生如下反应：
CO2(g)+2NH3(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)
已知焦炭、一氧化碳和烃类化合物都能与水反应产生合成尿素的原料――氢气和二氧化碳，从充分利用原料的角度考虑，用下列物质生产H2和CO2最为合适的是
A.C B.CO
C.天然气D.石脑油（C5H12、C6H14）Z
［提示］生产出的H2用于合成NH3，再由NH3与CO2合成尿素。由此，可找出H2与CO2关系式：3H2～2NH3～CO2。分别写出备选项中各物质与H2O反应的化学方程式
①C+H2O=H2+CO，CO+H2O=H2+CO2，
即C+2H2O=2H2+CO2
②CO+H2O=H2+CO2
③CH4+2H2O=4H2+CO2
④C5H12+10H2O=16H2+5CO2，C6H14+12H2O=19H2+6CO2
产物中， n(H2):n(CO2)最接近3:1的最合适。所以答案选D。
［命题意图］本题借用氨气的工业用途，着重考查多步反应中量的关系的归纳与近似数值的处理。回答这个问题，学生要有思维的转换能力。
5从化学平衡的定量关系设计计算试题
［试题5］合成氨反应中，若合成塔进口时N2、H2、NH3的体积之比为5:15:3。出口时N2、H2、NH3的体积之比为9:27:8，则N2的转化率为（）
A.10%B.20%C.30% D.40%
［提示］欲求N2的转化率，需知道N2的起始量（进口量）和转化量（变化量）。题中未直接给出N2的起始量，却给出了进口时N2、H2、NH3的体积之比，可据此进行假设。
设进口时N2、H2、NH3的物质的量分别为5mol、15mol和3mol，至出口时有xmol N2转化成NH3。
N2+ 3H2 2NH3
进口量（mol）5153
进口量（mol）x3x2x
进口量（mol） 5-x15-3x3+2x
依题意可得：（5-x）：(3+2x）=9：8，x=0.5mol。
故N2的转化率为10%，答案选A。
［命题意图］以合成氨反应为载体，以连比的方式考查化学平衡中反应物的转化率，此题突破了常规的命题方式。
6从图像的形式结合数学知识设计试题
［试题6］在容积不同的密闭容器中，分别充入1.0mol N2和3.0mol H2，在不同温度下，任其发生反应生成NH3，分别在不同时间测定NH3的含量，然后绘制出下图。试回答下列问题：
（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到平衡状态的是______________。
（2）此可逆反应的正反应是_____反应（填“放热”或“吸热”）。
（3）AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和化学平衡的角度说明理由：_________________________。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 ［答案］（1）AB；（2）放热；（3）AC段曲线为增函数，原因是开始充入的物质是N2和H2，未达到化学平衡状态，故φ（NH3）不断增大。C点达平衡后，随着温度升高平衡向逆反应方向移动，φ（NH3）含量减少，故CE段为减函数。
［命题意图］由化学反应式引入图像，考查学生的观察能力，引入数学中函数的单调性，考查数学知识在化学平衡中的应用。
7从综合创新角度设计试题
［试题7］利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下：
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)nmol CH4经一次转化后产生CO 0.9mol，产生H2_________mol(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_________。
(a)相似相溶原理 (b)勒沙特列原理
(c)酸碱中和原理
(4)整个流程有三处循环：一是Fe(OH)3 循环，二是K2CO3(aq)循环，请在流程图中标出第三处循环（指出循环方向和循环物质）
［答案］(1)3H2S+2Fe(OH)3Fe2S3+6H2O
(2)2.7n
(3)b
(4)如右图
［命题意图］本题的背景材料是“天然气合成氨”，虽然流程较长(脱硫→转化→换气→吸收→合成)，但脉络清晰，关系明了，联系化学反应的可逆性，从反应热、化学平衡计算、化工原理、实际应用等角度进行命题，同时注意考查了观察能力，实验能力，用数学问题解决实际问题的思维能力等对基础知识的应变能力，拓展了合成氨的思维空间，是综合性和区分度较好的试题。
8 高考合成氨试题赏析
［试题8］（07全国山东卷）某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO4, 与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH4)2SO4的工艺流程：
请回答以下问题：
(1)合成氨反应的化学方程式是___________，该反应是在_______(填设备名称)中发生。沉淀池中发生的主要反应方程式是_________，该反应能够发生的原因_______________。
(2)在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是___________________，可以循环使用的X是______________________________________。
(3)该生产过程中的副产品是____________。从绿色化学和资源综合利用的角度说明上述流程的主要优点是___________；从物质的性质和工业生产实际的角度考虑该流程的主要缺陷是_________。
［试题评析］本题设计的特征：一是试题表达简洁、清晰，流程图提示有利于学生形成解题思路；二是三个问题间基本不关联，故前面的错误不会引起后面连锁失分，有利于真实考查学生的水平；三是三个问题由易到难，具有较好的阶梯性。这里所说的阶梯性是指试题题材具有由初级知识水平到高级知识水平之间的过渡，较低能力要求与较高能力要求的过渡。试题设计这样两个梯度，有利于提高区分度，有利于测量学生知识和能力层次。
由此可见，化工生产试题可以培养学生审题、解析流程图、提取和加工信息等能力，知识的落点在于某一工艺步骤中用到哪些物质及其应用知识、化学反应原理、基本实验操作，能力的落点除上述之外还有工业生产中要考虑的基本问题、绿色化学思想以及对已经提供的方案和工艺进行简单的比较和评价等。
总之，随着新课程实施的不断深入，高考化学命题将会进一步与高中化学新课程改革接轨，我们应当积极主动研究高考试题的命题发展趋势，把握其命题的特点，在平时的复习中多加训练，以提高对各种新题型的适应能力。
参考文献：
[1]林长春.论高中化学新教材实施科学方法教育的几个问题[J].课程・教材・教法，2003，（8）：57-62.
[2]王后雄.新课程视野下高考化学命题设计的发展与创新[J].化学教育.2008.3
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