1、选修选修化学与技术化学与技术走进化学工业走进化学工业轻松学教材轻松学教材化工生产过程中的基本问题化工生产过程中的基本问题一一 化工原理在硫酸工业生产中的应用化工原理在硫酸工业生产中的应用1.化学原理与硫酸工业生产流程化学原理与硫酸工业生产流程2.化学原理在化工生产中的应用化学原理在化工生产中的应用(1)增大反应速率的措施增大反应速率的措施升高温度升高温度;使用催化剂使用催化剂;在沸腾炉中燃料燃烧时在沸腾炉中燃料燃烧时,将原料将原料粉碎粉碎,增大与空气的接触面积增大与空气的接触面积 (2)逆流原理的应用逆流原理的应用沸腾炉中原料从炉顶落下沸腾炉中原料从炉顶落下,热空气从炉底吹入热空气从炉底吹入,
2、使原料与助燃使原料与助燃气体充分接触气体充分接触,反应进行彻底反应进行彻底;吸收塔中使用大量耐酸瓷环吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片片),浓硫酸从塔顶喷下浓硫酸从塔顶喷下,三氧化硫气体从塔底吹入三氧化硫气体从塔底吹入,提高吸提高吸收程度收程度 (3)热交换原理的应用热交换原理的应用由于由于 是放热反应是放热反应,在接触室内使用热交换器在接触室内使用热交换器,用反应后热的气体预热接触室的原料气用反应后热的气体预热接触室的原料气,达到节约能源达到节约能源,降降低生产成本的目的低生产成本的目的 (4)循环操作原理的应用循环操作原理的应用由于由于 是可逆反应是可逆反应,尾气中还有一定的尾气中还有一定的SO
3、2和和O2,再通过一定措施将这部分气体送回接触室再通过一定措施将这部分气体送回接触室,提高原料利用提高原料利用率率,同时减少废气排放同时减少废气排放 2232SOO2SO2232SOO2SO特别提醒特别提醒:在生产中常用过量空气是为了增大在生产中常用过量空气是为了增大O2的浓度的浓度,提提高高SO2的转化率的转化率 常用浓常用浓H2SO4而不用水吸收而不用水吸收SO3,是由于水与是由于水与SO3反应易形反应易形成酸雾成酸雾,吸收速度慢吸收速度慢,且腐蚀设备且腐蚀设备 3.生产中的生产中的“三废三废”处理处理(1)尾气吸收尾气吸收H2SO4工业的尾气主要是工业的尾气主要是SO2 SO2+Ca(O
4、H)2=CaSO3+H2OCaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2+H2O (2)污水处理污水处理不同化工生产过程产生的污水不同化工生产过程产生的污水,杂质不同杂质不同,要根据杂质的性质要根据杂质的性质不同不同,采用不同的物理化学方法采用不同的物理化学方法,如酸碱中和法如酸碱中和法 重金属离重金属离子沉淀法等子沉淀法等 (3)废渣的处理废渣的处理根据废渣的成分进行综合利用根据废渣的成分进行综合利用 如硫酸工业的废渣可用来作如硫酸工业的废渣可用来作为炼铁的原料为炼铁的原料 提炼贵重的有色金属提炼贵重的有色金属 作水泥原料或用于作水泥原料或用于建筑材料建筑材料 二二 合成氨工业生产及适宜条件的选
5、择合成氨工业生产及适宜条件的选择1.反应原理反应原理2.基本生产过程基本生产过程(1)造气造气N2:来源于空气来源于空气 ( ); 223Ng3Hg2NHgH0高温高压催化剂:222422HCH OCOHCHH OCO3H高温高温催化剂 232242222223223 2H S:NH H OH S=NH HSH OCO:COH OHCOCO :K COCOH O=2KHCO净化除去除去高温除去 (3)合成合成:使原料气进行化学反应合成氨使原料气进行化学反应合成氨 及时分离出氨气及时分离出氨气,剩余气体再送剩余气体再送回合成塔回合成塔,循环利用循环利用 (4)“三废三废”处理处理废渣废渣:主要是
6、煤渣和炭黑主要是煤渣和炭黑,可用作肥料的原料和建筑材料可用作肥料的原料和建筑材料 废气废气:主要是主要是H2S SO2和和CO等有害气体等有害气体 可用直接氧化法可用直接氧化法 循环法等循环法等回收技术处理回收技术处理,CO2可作为生成尿素和碳铵的原料可作为生成尿素和碳铵的原料 废液废液:主要是含氰化物和氨的污水主要是含氰化物和氨的污水 处理氰化物主要有生化处理氰化物主要有生化 化学沉淀化学沉淀 反吹回炉等方法反吹回炉等方法 处理含氨的废水处理含氨的废水可用蒸馏回收和离子交换等方法可用蒸馏回收和离子交换等方法 3.适宜条件的选择适宜条件的选择要考虑实际生产中的动力要考虑实际生产中的动力 材料材
7、料 设备等因素设备等因素,以取得最佳以取得最佳经济效益经济效益 (1)压强压强(2)温度温度 (3)催化剂催化剂使用催化剂可加快化学反应速率使用催化剂可加快化学反应速率,但不影响化学平衡但不影响化学平衡采用以采用以铁为主的催化剂铁为主的催化剂 (4)循环操作循环操作合成氨转化率较低合成氨转化率较低,要采用循环操作要采用循环操作 混合气体通过冷凝器混合气体通过冷凝器,使氨液化使氨液化,将氨分离出来将氨分离出来,并将没有完全反应的并将没有完全反应的N2和和H2经过经过循环压缩机循环压缩机,再送入合成塔再送入合成塔,使其被充分利用使其被充分利用 合成氨工业合成氨工业发展的研究方向有两个方面发展的研究
8、方向有两个方面:特别提醒特别提醒:合成氨原料中的氮气来源广泛合成氨原料中的氮气来源广泛,扩大氢气原料的扩大氢气原料的来源以降低成本来源以降低成本 反应过程中的工艺条件常决定于催化剂的性能反应过程中的工艺条件常决定于催化剂的性能 研究高效研究高效的新型催化剂的新型催化剂,以改变反应条件以改变反应条件 三三 氨碱法与联合制碱法的比较氨碱法与联合制碱法的比较1.原料原料氨碱法氨碱法:食盐食盐 氨气氨气 石灰石石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳经煅烧生成生石灰和二氧化碳)联合制碱法联合制碱法:食盐食盐 氨气氨气 二氧化碳二氧化碳(合成氨厂的废气合成氨厂的废气)2.主要反应原理主要反应原理二者基本相同二
9、者基本相同: 3223432322NaClNHCOH ONaHCONH Cl2NaHCONa COCOH O3.生产过程生产过程第一步第一步:二者基本相同二者基本相同;将将NH3通入饱和食盐水形成氨盐水通入饱和食盐水形成氨盐水,再再通入通入CO2生成生成NaHCO3沉淀沉淀,经过滤经过滤 洗涤得到洗涤得到NaHCO3微微小晶体小晶体,再煅烧制得纯碱产品再煅烧制得纯碱产品,其滤液是含有其滤液是含有NH4Cl和和NaCl的溶液的溶液 第二步第二步:氨碱法氨碱法:NaHCO3分解放出的分解放出的 滤液滤液(含含NH4Cl)与石灰乳混合加热产生的氨气回收循环利用与石灰乳混合加热产生的氨气回收循环利用C
10、aO+H2OFY=Ca(OH)2 () 232322CO2NaHCONa COCOH O()C 422322NH ClCa OHaCl2NH2H O联合制碱法联合制碱法:在低温条件下在低温条件下,向滤液中加入细粉状的氯化钠向滤液中加入细粉状的氯化钠,并并通入氨气通入氨气,可以使氯化铵单独结晶沉淀析出可以使氯化铵单独结晶沉淀析出,经过滤经过滤 洗涤洗涤和干燥即得氯化铵产品和干燥即得氯化铵产品 此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液液,已基本上是氯化钠的饱和溶液已基本上是氯化钠的饱和溶液,可循环使用可循环使用 4.综合评价综合评价(1)氨碱法氨碱法:优点优点:原料原料(食盐和石
11、灰石食盐和石灰石)便宜便宜;产品纯碱的纯度产品纯碱的纯度高高;副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用;制造步骤简制造步骤简单单,适合于大规模生产适合于大规模生产 缺点缺点:原料食盐的利用率低原料食盐的利用率低,大约大约70%74%,其余的食盐随其余的食盐随CaCl2溶液作为废液被抛弃溶液作为废液被抛弃;过程中产生了没多大用途且难过程中产生了没多大用途且难以处理的以处理的CaCl2 (2)联合制碱法联合制碱法:使食盐的利用率提高到使食盐的利用率提高到96%以上以上,应用同量的应用同量的食盐比氨碱法生产的纯碱多食盐比氨碱法生产的纯碱多 另外它综合利用了合成氨厂另外
12、它综合利用了合成氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子的二氧化碳和碱厂的氯离子,同时生产出两种产品同时生产出两种产品纯纯碱和氯化铵碱和氯化铵;过程中不生成没多大用途又难以处理的过程中不生成没多大用途又难以处理的CaCl2,减少了对环境的污染减少了对环境的污染,并且大大降低了纯碱和氮肥的成本并且大大降低了纯碱和氮肥的成本,充分体现了大规模联合生产的优越性充分体现了大规模联合生产的优越性 四四 几种氮肥的比较几种氮肥的比较体验热身体验热身1.与氨碱法比较与氨碱法比较,下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的是是( )A.提高了原料的原子利用率提高了原料的原子利用率 B.降
13、低了生产成本降低了生产成本C.减少了环境污染减少了环境污染D.减轻了对设备的腐蚀减轻了对设备的腐蚀答案答案:D解析解析:由于联合制碱法在生产过程中所需的氨和二氧化碳都由于联合制碱法在生产过程中所需的氨和二氧化碳都是由合成氨厂提供是由合成氨厂提供,从滤出碳酸氢钠后所得的母液中可回从滤出碳酸氢钠后所得的母液中可回收氯化铵收氯化铵,因此它提高了原料的原子利用率因此它提高了原料的原子利用率,降低了生产成降低了生产成本本,因此因此A B正确正确 由于不产生不能利用的氯化钙由于不产生不能利用的氯化钙,所以减所以减少了环境污染少了环境污染,C正确正确 由于增加了物质的循环利用由于增加了物质的循环利用,所以所
14、以会加重会加重“对设备的腐蚀对设备的腐蚀”,D错误错误 2.采用循环操作可提高原料利用率采用循环操作可提高原料利用率,下列工业生产中下列工业生产中,没有采没有采用循环操作的是用循环操作的是( )A.硫酸工业硫酸工业B.合成氨工业合成氨工业C.硝酸工业硝酸工业D.氯碱工业氯碱工业答案答案:C解析解析:硫酸工业及合成氨工业的反应中都有可逆反应硫酸工业及合成氨工业的反应中都有可逆反应,采用循采用循环操作将尾气中原料气分离再重新进行反应环操作将尾气中原料气分离再重新进行反应 氯碱工业中氯碱工业中,电解饱和食盐水后电解饱和食盐水后,从阳极室流出的淡盐水等也可循环应从阳极室流出的淡盐水等也可循环应用用 硝
15、酸工业中硝酸工业中,采用通入过量采用通入过量O2,使使NO全部被氧化全部被氧化,所以所以不采用循环操作不采用循环操作 3.以天然气以天然气 焦炭焦炭 水水 空气为初始原料空气为初始原料,可以制得若干化工可以制得若干化工产品产品:请回答下列问题请回答下列问题:(1)合 成氨 中 原 料 气 体合 成氨 中 原 料 气 体 N2来 源 于 空 气来 源 于 空 气 ,可 采 用 将 空 气可 采 用 将 空 气_和和_两种方法两种方法,H2可采用上述反应可采用上述反应获得获得,其化学方程式为其化学方程式为_ 降温分离降温分离 氧燃烧氧燃烧 4222CH2H OCO4H催化剂高温(2)对于合成氨对于
16、合成氨N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);H0,其中其中N2与与H2体积比高于体积比高于1 3的原因是的原因是_;及及时分离时分离NH3的方法是的方法是_ (3)制取制取NH4NO3时时,NH3的用途有两种的用途有两种,制制HNO3的量大于与的量大于与HNO3反应的量的原因是反应的量的原因是_ (4)发生反应的化学方程式为发生反应的化学方程式为_ (5)发生反应生成发生反应生成C8H18的化学方程式为的化学方程式为_ 高温高压催化剂制制H2的成本高于制的成本高于制N2,为了提高为了提高H2的转化率的转化率,可以提高可以提高N2的加入量的加入量 冷却使冷却使NH3液化液化 NH3转化为转化
17、为HNO3的过程中的过程中,发生发生3NO2+H2O=2HNO3+NO反应及各步反应有损反应及各步反应有损失失,用于制用于制HNO3的的NH3量应较大量应较大23222CO2NHC O NHH O一定条件828CO 17HC H188H O443 473KCO解析解析:(1)由空气中获得由空气中获得N2,去掉去掉O2,可采用降温分离空气或氧可采用降温分离空气或氧燃烧法燃烧法 制取制取H2的反应为的反应为 (2)由于原料气由于原料气H2制取比制取比N2成本高成本高,为了使为了使H2的转化率提高的转化率提高,可可提高提高N2的加入量的加入量,故故N2与与H2加入体积比高于加入体积比高于1 3;及时
18、分离及时分离NH3,使化学平衡向右进行使化学平衡向右进行,可以使可以使NH3冷却液化分离冷却液化分离 4222CH2H OCO4H催化剂高温 ( 3 ) 由 于由 于 N H3转 化 为转 化 为 H N O3的 过 程 中 发 生 了 反的 过 程 中 发 生 了 反应应:3NO2+H2O=2HNO3+NO及各步反应有损失及各步反应有损失,一般应一般应为制为制HNO3时时NH3用量较大用量较大 (4)根据反应条件信息及元素守恒根据反应条件信息及元素守恒,反应应为反应应为:(5)根据反应条件信息及元素守恒根据反应条件信息及元素守恒,反应应为反应应为:()23222CO2NHCO NHH O一定
19、条件28182Co8CO17HC H8H O443473 K4.研究表明研究表明,土壤的酸碱性及土壤中营养元素的多少会影响农土壤的酸碱性及土壤中营养元素的多少会影响农作物及花草树木的生长作物及花草树木的生长 (1)月季花适宜在酸性土壤中生长月季花适宜在酸性土壤中生长,若提供下列氮肥品种若提供下列氮肥品种,最好最好选用选用_,其原因是其原因是_ A.尿素尿素 B.碳酸氢铵碳酸氢铵 C.硫酸铵硫酸铵 D.氨水氨水(2)小明家责任田里的庄稼生长不茂盛小明家责任田里的庄稼生长不茂盛,叶色淡绿叶色淡绿 茎叶细小茎叶细小,同时还出现了不同程度的倒伏现象同时还出现了不同程度的倒伏现象 请问请问:小明家的庄稼
20、缺两种营养元素小明家的庄稼缺两种营养元素,它们是它们是_(填填“N”“”“P”“”“K”或或“微量元素微量元素”) C 硫酸铵水解显酸性硫酸铵水解显酸性N K 某公司的化肥价格如下表某公司的化肥价格如下表:化肥化肥尿素尿素CO(NH2)2碳酸氢铵碳酸氢铵磷矿粉磷矿粉Ca3(PO4)2价格价格/(元元t-1) 1 200350150化肥化肥过磷酸钙过磷酸钙Ca(H2PO4)2氯化钾氯化钾硫酸钾硫酸钾价格价格/(元元t-1)250650800在考虑既经济实用又解决问题的条件下在考虑既经济实用又解决问题的条件下,你认为小明应购买的你认为小明应购买的化肥是化肥是_(填化学式填化学式) NH4HCO3
21、KCl 解析解析:(1)四种肥料中四种肥料中,尿素显中性尿素显中性,NH4HCO3接近中性接近中性,氨水显氨水显碱性碱性,(NH4)2SO4为强酸弱碱盐为强酸弱碱盐,显酸性显酸性 (2)根据根据N P K营养元素对农作物的生长作用营养元素对农作物的生长作用,可判断庄稼可判断庄稼缺缺N K元素元素,从该公司提供的化肥价格看从该公司提供的化肥价格看,花同样的钱购买花同样的钱购买化肥化肥,碳酸氢铵中碳酸氢铵中N元素的质量高于尿素的元素的质量高于尿素的,KCl中中K元素的元素的质量高于质量高于K2SO4的的 重点探究重点探究化学原理在化学原理在H2SO4生产中的应用生产中的应用1.化学反应速率和化学平
22、衡原理化学反应速率和化学平衡原理(1)增大化学反应速率措施增大化学反应速率措施:升高温度升高温度;使用催化剂使用催化剂;在沸在沸腾炉中燃料燃烧时腾炉中燃料燃烧时,使原料粉碎使原料粉碎,增大空气的接触面积增大空气的接触面积 (2)促进促进SO2的催化氧化正向移动措施的催化氧化正向移动措施:通入过量空气通入过量空气,增大增大O2浓度浓度,促进平衡正移促进平衡正移 2.逆流原理逆流原理沸腾炉中原料从炉顶落下沸腾炉中原料从炉顶落下,热空气中炉底吹入热空气中炉底吹入,使原料与可燃使原料与可燃气体充分接触气体充分接触,反应进行彻底充分反应进行彻底充分;吸收塔中使用大量耐酸吸收塔中使用大量耐酸瓷环瓷环(片片
23、),浓硫酸从塔顶喷下浓硫酸从塔顶喷下,三氧化硫气体从塔底吹入三氧化硫气体从塔底吹入,提提高吸收程度高吸收程度 3.热交换原理热交换原理由于由于2SO2+O2 2SO3是放热反应是放热反应,在接触室内使用热交换在接触室内使用热交换器器,用反应后的气体预热接触室的原料气用反应后的气体预热接触室的原料气,达到节约能源达到节约能源,降降低生成成本的目的低生成成本的目的 4.循环操作原理循环操作原理由于由于2SO2+O2 2SO3是可逆反应是可逆反应,尾气中还有一定的尾气中还有一定的SO2和和O2,再通过一定措施将这部分气体送回接触室再通过一定措施将这部分气体送回接触室,提高原料提高原料利用率利用率,同
24、时减少废气排放同时减少废气排放 侯氏制碱法侯氏制碱法1.反应原理反应原理侯氏联合制碱法侯氏联合制碱法,是将合成氨工业和制碱工业联合起来是将合成氨工业和制碱工业联合起来,以煤以煤为原料制得碳铵为原料制得碳铵,碳铵再与氯化钠进行复分解反应碳铵再与氯化钠进行复分解反应,生成碳生成碳酸氢钠和氯化铵酸氢钠和氯化铵 根据氯化铵在常温时的溶解度比氯化钠根据氯化铵在常温时的溶解度比氯化钠大大 , 而 在 低 温 时 却 比 氯 化 钠 溶 解 度 小 的 原 理而 在 低 温 时 却 比 氯 化 钠 溶 解 度 小 的 原 理 , 在在278283K(510)时时,向母液中加入磨细的食盐粉末向母液中加入磨细的
25、食盐粉末,使氯使氯化铵单独析出化铵单独析出 2.有关反应方程式有关反应方程式NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NaCl+NH4HCO3=NH4Cl+NaHCO3 323222NaHCONa COH OCO煅烧3.该法的优点该法的优点保留了氨碱法的优点保留了氨碱法的优点,消除了它的缺点消除了它的缺点,使食盐的利用率提高使食盐的利用率提高到到96%;NH4Cl可作氮肥可作氮肥;可与合成氨厂联合可与合成氨厂联合,使合成氨的原使合成氨的原料气料气CO转化为转化为CO2,消除了消除了CaCO3制制CO2这一工序这一工序 命题聚焦命题聚焦聚焦聚焦1 接触法生产硫酸的原理接触法生产硫酸的原理【例例1】
26、工业上生产硫酸时工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将利用催化氧化反应将SO2转化为转化为SO3是一个关键步骤是一个关键步骤,压强及温度对压强及温度对SO2转化率的影响如下转化率的影响如下表表(原料气各成分的体积分数为原料气各成分的体积分数为:SO27%,O211%,N282%):0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4 压压 强强 / M P a转化率转化率/% 温度温度/ (1)已知已知SO2的氧化是放热反应的氧化是放热反应,如何利用表中数据推断此结如何利用表中数据推断此结论论?_;(2)在在4005
27、00 时时,SO2的催化氧化采用常压而不是高压的催化氧化采用常压而不是高压,主主要原因是要原因是_;(3)选择适宜的催化剂选择适宜的催化剂,是否可以提高是否可以提高SO2的转化率的转化率?_(填填“是是”或或“否否”),是否可以增大该反应所放出的热是否可以增大该反应所放出的热量量?_(填填“是是”或或“否否”);压强一定时压强一定时,温度升高温度升高,SO2的转化率下降的转化率下降,说明升温有利于逆反应的进行说明升温有利于逆反应的进行,所以正反所以正反应为放热反应应为放热反应增大压强对提高增大压强对提高SO2转化率无显著影响转化率无显著影响,反而会增加成本反而会增加成本否否 否否 (4)为提高
28、为提高SO3吸收率吸收率,实际生产中用实际生产中用_吸收吸收SO3;(5)已知已知:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g);H=-196.6 kJmol-1,计算计算每生产每生产1万吨万吨98%硫酸所需要的硫酸所需要的SO3质量和由质量和由SO2生产这些生产这些SO3所放出的热量所放出的热量 (4)为提高为提高SO3吸收率吸收率,实际生产中用实际生产中用_吸收吸收SO3;(5)已知已知:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g);H=-196.6 kJmol-1,计算计算每生产每生产1万吨万吨98%硫酸所需要的硫酸所需要的SO3质量和由质量和由SO2生产这些生产这些SO3所放出的热量所放出
29、的热量 98.3%的硫酸的硫酸 8.0103 t 9.83109 kJ 解析解析:(1)据表中的数据可知据表中的数据可知:当压强一定时当压强一定时,升高温度升高温度,SO2的转的转化率下降化率下降,说明升温有利于逆反应的进行说明升温有利于逆反应的进行,则逆反应是吸热则逆反应是吸热反应反应,正反应为放热反应正反应为放热反应 (2)由表中由表中0.1 MPa下下,400500 时时,SO2的转化率已高达的转化率已高达93.5%99.2%,故加压使故加压使SO2的转化率提高不大的转化率提高不大,但会增加但会增加成本及动力成本及动力 设备要求设备要求,得不偿失得不偿失 (3)催化剂只能改变化学反应速率
30、催化剂只能改变化学反应速率,但对平衡状态无影响但对平衡状态无影响,故对故对SO2的转化率及反应放出的热量无影响的转化率及反应放出的热量无影响 (4)为防止形成酸雾为防止形成酸雾,用浓用浓H2SO4吸收吸收SO2可提高吸收效率可提高吸收效率 聚焦聚焦2 氨的合成以及氮肥工业中的化学氨的合成以及氮肥工业中的化学【例例2】 某化学学习小组决定在实验室模拟工业生产原理制某化学学习小组决定在实验室模拟工业生产原理制备少量氨气备少量氨气,设计了如下实验设计了如下实验:连接好装置并检查实验装置的气密性后连接好装置并检查实验装置的气密性后,制备少量氢气并检制备少量氢气并检验氢气纯度验氢气纯度;用氢气将空气中的
31、氧气消耗掉用氢气将空气中的氧气消耗掉,得到氢气与氮气的混合气体得到氢气与氮气的混合气体;用铁触媒催化使氢气与氮气反应生成氨气用铁触媒催化使氢气与氮气反应生成氨气;检验氨气的生成检验氨气的生成 .检验氢气纯度的目的是检验氢气纯度的目的是_; . 上 述 各 装 置 的 接 口 正 确 的 连 接 顺 序 为上 述 各 装 置 的 接 口 正 确 的 连 接 顺 序 为_; . 操 作 时操 作 时 , 弹 簧 夹弹 簧 夹 a b c 的 开的 开 关 情 况 为关 情 况 为_,如何判断氧气已经完全被消耗掉如何判断氧气已经完全被消耗掉_;.在步骤中在步骤中,先加热铁触媒先加热铁触媒,后通混合气
32、体的原因是后通混合气体的原因是_,反应管反应管D中发生反应的中发生反应的化学方程式是化学方程式是_;防止因为氢气不纯而发生爆炸防止因为氢气不纯而发生爆炸 关闭弹簧夹关闭弹簧夹b c,打开打开a 氢气在氢气在C瓶内燃烧瓶内燃烧,火焰熄灭时火焰熄灭时,证明氧气完全被消耗掉证明氧气完全被消耗掉 铁触媒在较高温度时活性增大铁触媒在较高温度时活性增大,加快氨合成的反应速率加快氨合成的反应速率 223N3H2NH 铁触媒.若有氨气生成若有氨气生成,现象为现象为_;.该装置该装置_(填填“有有”或或“无无”)缺点缺点,若填有若填有,改进改进措施为措施为_ E中溶液变红中溶液变红 有有 氢气与氮气的混合气体应
33、该先通过干燥装置氢气与氮气的混合气体应该先通过干燥装置,再发生反应再发生反应,后应连接一个吸收氨后应连接一个吸收氨气的装置气的装置解析解析:点燃易燃气体时点燃易燃气体时,若气体中混有空气若气体中混有空气(氧气氧气),点燃会发生点燃会发生爆炸爆炸,故点燃之前一定要检验纯度故点燃之前一定要检验纯度;根据实验步骤的先后根据实验步骤的先后,可可确定各装置的接口顺序为确定各装置的接口顺序为;用氢气将空气中用氢气将空气中的氧气消耗掉时的氧气消耗掉时,应该关闭弹簧夹应该关闭弹簧夹b c,打开打开a;点燃氢气点燃氢气,当当火焰熄灭时火焰熄灭时,则氧气被消耗掉则氧气被消耗掉;由于铁触媒有一定的活性温由于铁触媒有
34、一定的活性温度要求度要求,故先加热铁触媒故先加热铁触媒,再通混合气体再通混合气体;若产生氨气若产生氨气,溶于水溶于水显碱性显碱性,会使会使E中溶液变红中溶液变红;为防止催化剂发生中毒为防止催化剂发生中毒,应该在应该在反应前把氢气与氮气的混合气体干燥反应前把氢气与氮气的混合气体干燥,另外氨气是一种污另外氨气是一种污染性气体染性气体,不能直接排入大气中不能直接排入大气中,应该设有尾气处理装置应该设有尾气处理装置 方法归纳方法归纳:(1)装置连接顺序装置连接顺序 加热先后顺序一般都可以根据加热先后顺序一般都可以根据实验步骤来确定实验步骤来确定;(2)所有可燃性气体在点燃或加热前一定所有可燃性气体在点
35、燃或加热前一定要慎重要慎重,一般要先验纯后一般要先验纯后,符合要求再点燃或加热符合要求再点燃或加热;(3)尾气的尾气的处理方法可以根据气体的物理性质或化学性质来确定处理方法可以根据气体的物理性质或化学性质来确定 聚焦聚焦3 纯碱的工业制取纯碱的工业制取【例例3】 纯碱是一种重要的化工原料纯碱是一种重要的化工原料 目前制碱工业主要有目前制碱工业主要有“氨碱法氨碱法”和和“联合制碱法联合制碱法”两种工艺两种工艺 请按要求回答问请按要求回答问题题:(1)“氨碱法氨碱法”产生大量产生大量CaCl2废弃物废弃物,请写出该工艺中产生请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式的化学方程式:_ 2NH4Cl+C
36、a(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O ( 2 ) 写 出写 出 “ 联 合 制 碱 法联 合 制 碱 法 ” 有 关 反 应 的 化 学 方 程有 关 反 应 的 化 学 方 程式式:_ (3)CO2是制碱工业的重要原料是制碱工业的重要原料,“联合制碱法联合制碱法”与与“氨碱法氨碱法”中中CO2的来源有何不的来源有何不同同?_ (4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率 根据根据“联合制碱法联合制碱法”总反应总反应,列出计算原子利用率的表达式列出计算原子利用率的表达式:原原子利用率子利用率(%)=_ NH3+CO2+H2O=NH4HC
37、O3,NaCl+NH4HCO3=NaHCO3+NH4Cl, 323222NaHCONa COH OCO “联合制碱法联合制碱法”中的中的CO2来源于合成氨厂来源于合成氨厂,“氨碱法氨碱法”中的中的CO2来源于大理石来源于大理石106100%49.77%106 107解析解析:对比对比“氨碱法氨碱法”工艺流程及工艺流程及“联合制碱法联合制碱法”的工艺流的工艺流程程,从原料反应方法的优缺点进行对比归纳从原料反应方法的优缺点进行对比归纳 “氨碱法氨碱法”的原料的原料:氯化钠氯化钠 碳酸钙及碳酸钙及NH3 产生产生CaCl2的反应的反应:Ca(OH)2+2NH4Cl=CaCl2+2NH3+2H2O,该
38、反应的该反应的CaCl2中的中的Cl-来源于来源于NaCl,Ca2+来源于来源于CaCO3,产生产生无用的无用的CaCl2,降低了降低了NaCl的利用率的利用率 “联合制碱法联合制碱法”的原料的原料:NH3和和CO2来源于合成氨厂来源于合成氨厂 方法归纳方法归纳:索尔维制碱法的工艺流程索尔维制碱法的工艺流程:盐水精制盐水精制盐水氨化盐水氨化氨盐水碳酸化氨盐水碳酸化碳酸氢钠分解碳酸氢钠分解氨的回收氨的回收 侯氏制碱法的优侯氏制碱法的优点点:提高食盐利用率提高食盐利用率,无氯化钙废料无氯化钙废料,缩短生产流程缩短生产流程,节省投资节省投资 高效作业高效作业1.构建和谐社会的内容之一是人类与环境的和
39、谐发展构建和谐社会的内容之一是人类与环境的和谐发展,而而“绿色化学绿色化学”的内容是指从技术经济上设计可行的化学的内容是指从技术经济上设计可行的化学反应反应,尽可能减少对环境的副作用尽可能减少对环境的副作用,下列化学反应不符合下列化学反应不符合“绿色化学绿色化学”概念的是概念的是( )A.消除硫酸厂尾气中的消除硫酸厂尾气中的SO2:SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3B.消除硝酸工业尾气的氮氧化物的污染消除硝酸工业尾气的氮氧化物的污染:NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2OC.制制CuSO4:D.制制() 24422Cu2H SOCuSOSO2H O浓:22442CuSO4 2
40、CuO2H SO2CuSO2H O答案答案:C解析解析:选项中给出的选项中给出的4个反应均符合化学反应规律个反应均符合化学反应规律,从技术上从技术上 原理上均是可行的原理上均是可行的,但但C项会产生污染环境的项会产生污染环境的SO2气体气体,不符不符合合“绿色化学绿色化学”的主旨的主旨 2.以下有关接触法制硫酸的叙述错误的是以下有关接触法制硫酸的叙述错误的是( )A.为提高反应速率和原料利用率为提高反应速率和原料利用率,硫铁矿要在硫铁矿要在“沸腾沸腾”状态下状态下燃烧燃烧B.为防止催化剂中毒为防止催化剂中毒,气体在进接触室前要先净化气体在进接触室前要先净化C.接触室中热交换器的主要作用是预热未
41、反应的气体和冷却接触室中热交换器的主要作用是预热未反应的气体和冷却反应后的气体反应后的气体D.吸收塔中吸收塔中SO3从下而上从下而上,水从上而下喷水从上而下喷,剩余气体从上部出剩余气体从上部出来循环利用来循环利用答案答案:D解析解析:本题对考生进行工业上制硫酸有关问题的考查本题对考生进行工业上制硫酸有关问题的考查 为防为防止形成酸雾及加快吸收速率止形成酸雾及加快吸收速率,三氧化硫是被浓硫酸吸收的三氧化硫是被浓硫酸吸收的,而不是被水吸收而不是被水吸收 3.为同时施用分别含为同时施用分别含N P K三种元素的化肥三种元素的化肥,对于给定的化对于给定的化肥肥K2CO3;KCl Ca(H2PO4)2;
42、(NH4)2SO4;氨水氨水 最适宜的组合是最适宜的组合是( )A.B.C.D.答案答案:C解析解析:分析几种化肥中营养元素及性质分析几种化肥中营养元素及性质,Ca(H2PO4)2提供提供P元元素素,而而Ca(H2PO4)2的水溶液显酸性的水溶液显酸性,遇到碱性物质会转化为遇到碱性物质会转化为难溶的难溶的Ca3(PO4)2,不易被植物吸收不易被植物吸收,故选含故选含K N元素的肥元素的肥料料,只能选只能选KCl (NH4)2SO4 4.某纯碱厂技术科的人员对该厂纯碱样品的质量进行检验某纯碱厂技术科的人员对该厂纯碱样品的质量进行检验 其中能够说明纯碱样品中可能含有杂质其中能够说明纯碱样品中可能含
43、有杂质(NaHCO3)的实验的实验是是( )样品溶于水样品溶于水,并加入足量的澄清石灰水并加入足量的澄清石灰水,变浑浊变浑浊;样品溶于水样品溶于水,并加入足量的并加入足量的BaCl2溶液溶液,变浑浊变浑浊;样品在硬质试管中加强热样品在硬质试管中加强热,排出的气体通入澄清石灰水排出的气体通入澄清石灰水,变变浑浊浑浊;向样品中滴加稀盐酸向样品中滴加稀盐酸,排出的气体通入澄清石灰水排出的气体通入澄清石灰水,变浑浊变浑浊 A.B.C.D.只有只有答案答案:D解析解析:依据纯碱依据纯碱(Na2CO3)与与NaHCO3的性质不同进行区别的性质不同进行区别,Na2CO3 NaHCO3都能与都能与Ca(OH)
44、2反应产生沉淀反应产生沉淀,即即Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH,2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3+2H2O+Na2CO3;Na2CO3 NaHCO3都能与盐酸反应放出气体都能与盐酸反应放出气体,即即Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2,NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2,所以不能说明样品中是否含有所以不能说明样品中是否含有NaHCO3 由于由于BaCl2+Na2CO3=BaCO3+2NaCl,而而NaHCO3不能与不能与BaCl2反应反应,所所以中浑浊现象只能说明以中浑浊现象只能说明Na2CO3一定存在一定存在,不能确定是否有不能确定是
45、否有NaHCO3,而而2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2,Na2CO3受热不分解受热不分解,所以所以中现象一定能说明有中现象一定能说明有NaHCO3存在存在 5.下列有关合成氨工业的说法中下列有关合成氨工业的说法中,正确的是正确的是( )A.从合成塔出来的混合气体从合成塔出来的混合气体,氨气占氨气占15%,所以生产氨的工厂所以生产氨的工厂的效率都很低的效率都很低B.由于氨易液化由于氨易液化,N2和和H2在实际生产中循环使用在实际生产中循环使用,所以总体来所以总体来说说,氨的产率很高氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在合成氨工业的反应温度控制在500 ,目的是使化学平衡向目的是使
46、化学平衡向正反应方向移动正反应方向移动D.合成氨厂采用的压强是合成氨厂采用的压强是2050 MPa,因为该压强下铁触媒因为该压强下铁触媒的活性最大的活性最大答案答案:B解析解析:虽然从合成塔出来的气体中虽然从合成塔出来的气体中NH3只占只占15%,但由于但由于N2和和H2循环使用和不断分离出液氨循环使用和不断分离出液氨,所以生产所以生产NH3的工厂的效率的工厂的效率还是很高还是很高,故故A项不正确项不正确,B正确正确 控制反应温度控制反应温度,一是为了一是为了使反应速率加快使反应速率加快,二是为了使催化剂活性最大二是为了使催化剂活性最大,故故C项不正项不正确确 增大压强有利于增大压强有利于NH
47、3的合成的合成,但压强越大但压强越大,需要的动力需要的动力越大越大,对材料的强度和设备的制造要求越高对材料的强度和设备的制造要求越高,故采用故采用2050 MPa,但与催化剂的活性无关但与催化剂的活性无关,故故D项也不正确项也不正确 6.工业上制工业上制NH3的反应如下的反应如下:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);H=-92 kJmol-1假设这个反应处于平衡状态假设这个反应处于平衡状态,在体积不变的条件下在体积不变的条件下,下列措施下列措施能提高能提高NH3产率的是产率的是( )升温升温 增大压强增大压强 使用铁触媒使用铁触媒 降温降温 减小压强减小压强 充入一定体积的氩气充入一定体
48、积的氩气 按按N2与与H2起始状态相同的投料比起始状态相同的投料比再充入再充入N2与与H2的混合气体的混合气体A.B.C.D.答案答案:C解析解析:依据合成氨反应的特点依据合成氨反应的特点N2+3H2 2NH3,正反正反应是一个体积减小应是一个体积减小 放热的反应放热的反应,故增大压强故增大压强 降低温度降低温度 增增大反应物浓度都能使平衡正向移动大反应物浓度都能使平衡正向移动,提高提高NH3的产率的产率 而使而使用催化剂只能加快反应速率用催化剂只能加快反应速率,不能使平衡发生移动不能使平衡发生移动,在体积在体积不变的条件下不变的条件下,充入不反应的稀有气体充入不反应的稀有气体,不会改变平衡混
49、合不会改变平衡混合气体中各成分的浓度气体中各成分的浓度,故平衡也不移动故平衡也不移动,选项选项C正确正确 7.工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2 O2外外,还含有还含有SO2 微量的微量的SO3和酸雾和酸雾 为了保护环境为了保护环境,同同时提高硫酸工业的综合经济效益时提高硫酸工业的综合经济效益,应尽可能将尾气中的应尽可能将尾气中的SO2转化为有用的副产品转化为有用的副产品 请按要求回答下列问题请按要求回答下列问题:(1)将尾气通入氨水中将尾气通入氨水中,能发生多个反应能发生多个反应,写出其中可能发生的写出其中可能发生的两个氧化还原反
50、应的化学方程两个氧化还原反应的化学方程式式:_ (2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中,按一定比例加按一定比例加入氨水或碳酸氢铵入氨水或碳酸氢铵,此时溶液的温度会自行降低此时溶液的温度会自行降低,并析出晶并析出晶体体 导致溶液温度降低的原因可能是导致溶液温度降低的原因可能是_;析析出的晶体可用于造纸工业出的晶体可用于造纸工业,也可用于照相用显影液的生产也可用于照相用显影液的生产 已知该结晶水合物的相对分子质量为已知该结晶水合物的相对分子质量为134,则其化学式为则其化学式为_;生产中往往需要向溶液中加入适量的对苯生产中往往需要向溶液中加入适量的对苯二酚或
