《化学和技术》专题2--从自然资源到化学品.8.ppt

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1、2一一 合成氨工业生产及适宜条件的选择合成氨工业生产及适宜条件的选择1.1.反应原理反应原理 ( ); 223Ng3Hg2NHgH0高温高压催化剂来源于空气来源于空气煤、石油、天然气等与水反应煤、石油、天然气等与水反应C+H2O CO+H2高温高温CO+H2O CO2+H2高温高温( (防止催化剂中毒防止催化剂中毒) )原料气原料气的制备的制备净化净化压缩压缩合成合成分离分离液氨液氨N N2 2、H H2 22、工艺流程、工艺流程（1）原料气的制备）原料气的制备H2：N2：（冷却）（冷却）降温分离降温分离或或燃烧除氧燃烧除氧3（2）.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

2、生产中的动力 材料材料 设备等因素设备等因素,以取得最佳经济效益以取得最佳经济效益 (1)压强压强(2)温度温度 2050MPa适当高压：适当高压：适当高温：适当高温：4思考：思考：合成氨是放热反合成氨是放热反应，放出热量会使反应应，放出热量会使反应体系温度升高，过高的体系温度升高，过高的温度会降低平衡氨含量温度会降低平衡氨含量(为什么为什么?)，工业上是如，工业上是如何降低反应体系温度并何降低反应体系温度并充分利用反应所放出的充分利用反应所放出的能量能量?5练习练习1：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,可以制得若可以制得若干化工产品干化工产品:请回答下列问题请回

3、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,其化学方其化学方程式为程式为_ 降温分离降温分离 燃烧除氧燃烧除氧4222CH2H OCO4H催化剂高温6(2)对于合成氨对于合成氨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_ _;及时分离及时分离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的量大于的量大于与与HNO3反应的量的原因是反应的量的原因是_

4、_ 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转化为转化为HNO3的过程中的过程中, 各步反应会有损失各步反应会有损失,故用于制故用于制HNO3的的NH3量应较大量应较大7(4)发生反应发生反应的化学方程式为的化学方程式为_ (5)发生反应发生反应生成生成C8H18的化学方程式为的化学方程式为_ COCO2 2+2NH+2NH3 3 CO(NH CO(NH2 2) )2 2+H+H2 2O O一定条件一定条件8CO+17H8CO+17H2 2 C C8 8H H1818+8

5、H+8H2 2O O一定条件一定条件82.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

6、铁触媒的活性最大的活性最大B 93.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.高温高压高温高压 催化剂催化剂C1、原理、原理2H+ +2e = H22

7、Cl +2e = Cl2阴极：阴极：阳极：阳极：2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 总反应式总反应式:2、设备：、设备：（1）石棉隔膜电解法）石棉隔膜电解法P28缺点：缺点：存在副反应影响电流效率存在副反应影响电流效率产生的烧碱产品中会含有产生的烧碱产品中会含有NaCl 石棉隔膜能阻止气体通过，但不能阻止水分子石棉隔膜能阻止气体通过，但不能阻止水分子和离子通过和离子通过思考：观察图思考：观察图2-9，分析为何存在以上缺点？，分析为何存在以上缺点？11（2）阳离子交换膜法电解）阳离子交换膜法电解构造：构造：阳极：阳极：金属钛网金属钛网 (涂钛钌氧化物涂钛钌氧化物)阴极：阴极：碳钢网碳

8、钢网(有镍涂层有镍涂层)阳离子交换膜：阳离子交换膜：只允许只允许阳离子阳离子通过，把电解槽通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。隔成阴极室和阳极室。 只允许阳离子通过，只允许阳离子通过， 确保确保NaOHNaOH溶液纯度，溶液纯度， 防止副反应防止副反应 (？)添加原料添加原料阳极室：阳极室： 精制的饱和食盐水精制的饱和食盐水阴极室：阴极室： 稀稀NaOH溶液溶液(？)离子交换膜的作用离子交换膜的作用12阴离子阴离子交换膜交换膜阳离子阳离子交换膜交换膜Na2SO4O2H2SO2-4Na+H2SO4NaOH讨论讨论为什么电解前要对食盐水进行精制？为什么电解前要对食盐水进行精制？利用惰性电极对硫酸钠水

9、溶液进行电解可得利用惰性电极对硫酸钠水溶液进行电解可得产品氢气、氧气、氢氧化钠和硫酸四种纯净物，产品氢气、氧气、氢氧化钠和硫酸四种纯净物，试设计实验装置图。试设计实验装置图。食盐水中含有食盐水中含有CaCa2+2+ MgMg2+2+等杂质等杂质, , 会与电解过程中产会与电解过程中产生的生的NaOHNaOH反应生成的沉淀堵塞离子膜反应生成的沉淀堵塞离子膜, ,所以要除去所以要除去 13 （09年宁夏理综年宁夏理综37）化学）化学选修化学与技术选修化学与技术 请回答氯碱的如下问题：请回答氯碱的如下问题：（1）氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率）氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k （质量

10、比）生成的产品。理论上（质量比）生成的产品。理论上k （要求（要求 计算表达式和结果）；计算表达式和结果）；（2）原料粗盐中常含有泥沙和）原料粗盐中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、 SO42等杂质，必须精制后才能供电解使用。等杂质，必须精制后才能供电解使用。 精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂 分别为分别为Na2CO3、HCl（盐酸）（盐酸）BaCl2， 这这3种试剂添加的合理顺序是种试剂添加的合理顺序是 （填序号）（填序号）k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.8914（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃

11、料）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料 电池相组合的新工艺可以节（电）能电池相组合的新工艺可以节（电）能30以上。以上。 在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系 如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜 都只允许阳离子通过。都只允许阳离子通过。图中图中X、Y分别是分别是 、 （填化学式），分析（填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数大小比较图示中氢氧化钠质量分数大小:a b；分别写出燃料电池分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反中正极、负极上发生的电极反 应正极：应正极： ； 负极：负极：

12、 ；这样设计的主要节这样设计的主要节(电电)能之处在于能之处在于(写出写出2处处) 。Cl2 H2O O2 2+4e+4e- -+2H+2H2 2O O4OH4OH- - H H2 22e2e- -+2OH+2OH- -2H2H2 2O O 15燃料电池可以补充电解池消耗的电能；燃料电池可以补充电解池消耗的电能； 提高产出碱液的浓度；降低能耗提高产出碱液的浓度；降低能耗 （其他合理答案也给分）（其他合理答案也给分）16【例【例1】 氯碱工业中用离子交换膜法电解制碱的主要生产流氯碱工业中用离子交换膜法电解制碱的主要生产流程示意图如下程示意图如下: 依据上图完成下列填空依据上图完成下列填空:(1)

13、与电源正极相连的电极上所发生的反应的化学方程式为与电源正极相连的电极上所发生的反应的化学方程式为_,与电源负极相连的电极附近与电源负极相连的电极附近,溶液的溶液的pH_(填填“不变不变”“”“升高升高”或或“降低降低”) 2Cl-2e-=Cl2 升高升高 17 (2)(2)工业食盐中含工业食盐中含CaCa2+2+ MgMg2+2+ 等杂质等杂质, ,为有效除为有效除去它们去它们, ,加入试剂的合理顺序为加入试剂的合理顺序为_ a.a.先加先加NaOH,NaOH,后加后加NaNa2 2COCO3 3, ,再加钡试剂再加钡试剂b.b.先加先加NaOH,NaOH,后加钡试剂后加钡试剂, ,再加再加N

14、aNa2 2COCO3 3c.c.先加钡试剂先加钡试剂, ,后加后加NaOH,NaOH,再加再加NaNa2 2COCO3 324SObc (3)(3)如果粗盐中如果粗盐中SOSO4 42-2-含量较高含量较高, ,必须添加钡试剂除去必须添加钡试剂除去, ,该钡试剂是否添加过量的判断方法是该钡试剂是否添加过量的判断方法是_ 静置后取上层清液静置后取上层清液(或直接向上层清液或直接向上层清液)继续加入钡试剂继续加入钡试剂,若若溶液变浑浊则证明钡试剂不足溶液变浑浊则证明钡试剂不足,若溶液无明显变化则证明若溶液无明显变化则证明钡试剂已经过量钡试剂已经过量(4)脱盐工序中利用脱盐工序中利用NaOH和和N

15、aCl在溶解度上的差异在溶解度上的差异,通过通过蒸发蒸发 冷却冷却 _(填写操作名称填写操作名称)除去除去NaCl 过滤过滤 187.14 (5)由图示可知用离子交换膜法电解制碱工艺中由图示可知用离子交换膜法电解制碱工艺中,_产品可循环使用产品可循环使用 (6)已知已知NaCl在在60 时的溶解度为时的溶解度为37.1 g,现电解现电解60 时的粗时的粗制饱和食盐水制饱和食盐水1 371 g,经分析经分析,电解后溶液密度为电解后溶液密度为1.37 gcm-3,其中含有其中含有20 g NaCl,则电解后则电解后NaOH的物质的量浓度为的物质的量浓度为_molL-1 NaCl(或淡盐水或淡盐水)

16、 3法拉第电解定律法拉第电解定律 美国科学家法拉第在美国科学家法拉第在 1834 年提出了电解反应中通年提出了电解反应中通过的电量和析出的电解产物数量关系的定律：在电过的电量和析出的电解产物数量关系的定律：在电解时，电极上每通过解时，电极上每通过 96 500 C(即即 1 法拉第法拉第)的电量的电量就会有就会有 1 mol 电子发生转移， 而产生电子发生转移， 而产生1z mol(z 是电极是电极上放电离子得失电子数上放电离子得失电子数)电解产物。电解产物。 例如：电解饱和例如：电解饱和 NaCl 溶液时，若线路中通过溶液时，若线路中通过 1 mol电子时， 则阴极析出电子时， 则阴极析出1

17、2 mol H2， 阳极析出， 阳极析出12 mol Cl2，同时得到同时得到 1 mol NaOH。 迁移应用迁移应用 3 为了除去粗盐中为了除去粗盐中 Ca2、Mg2、Cu2、 Fe3、SO24及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作，正确的操作顺序是项操作，正确的操作顺序是 ( ) 过滤过滤 加过量加过量 NaOH 溶液溶液 加适量盐酸加适量盐酸 加加过量过量 Na2CO3溶液溶液 加入过量的加入过量的 BaCl2溶液溶液 A B C D D21三硫酸工业硫酸工业( (接触法制硫酸接触法制硫酸) )1.生产工艺：生产工艺：三阶段、三反应、三设备三

18、阶段、三反应、三设备4FeS211O2 2Fe2O38SO2高温高温2SO2(g)O2(g) 2SO3(g) V2O5 450SO3H2O = H2SO4写出三反应写出三反应 接触室接触室沸腾炉沸腾炉吸收塔吸收塔思考：思考：反应反应2条件选择条件选择450、常压常压依据？依据？ 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22进入接触室的二氧化硫气体为何要进入接触室的二氧化硫气体为何要 净化净化？净化净化？ 2.为什么不直接使用水来吸收三氧化硫？为什么不直接使用水来吸收三氧化硫？3.二氧化硫中含有三氧化硫如何除去？二氧化硫中含有三氧化硫如何除

19、去？4.为了提高吸收效率，吸收塔是如何设计的。为了提高吸收效率，吸收塔是如何设计的。思考思考:23思考思考5、观察描述接触室中气体流径如何？、观察描述接触室中气体流径如何？热交换器对生产起着怎样的作用热交换器对生产起着怎样的作用?降低已反应过体系过高的降低已反应过体系过高的温度温度,有利于平衡向正向进行有利于平衡向正向进行.利用反应放出的热量预热利用反应放出的热量预热将进行反应的气体将进行反应的气体,使达到适使达到适宜温度。宜温度。246、如何治理工业三废？、如何治理工业三废？废渣废渣可用作制可用作制_的原料的原料,或用于制或用于制_,还可以冶炼还可以冶炼_ 水泥水泥砖砖铁铁尾气尾气主要含主要

20、含_,用用 洗涤烟气法除去洗涤烟气法除去, 有关化学有关化学方程式为方程式为 .氨水氨水SO2 SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2+H2O废水废水中含微量硫酸、铁离子等可以用中含微量硫酸、铁离子等可以用_处理处理.石灰乳石灰乳 【典例导析 3】导致下列现象的主要原因与排放导致下列现象的主要原因与排放 SO2有关的是有关的是 ( ) A酸雨酸雨 B光化学烟雾光化学烟雾 C臭氧层空洞臭氧层空洞 D温室效应温室效应 解析解析 酸雨的形成主要与酸雨的形成主要与 SO2的排放有关；的排放有关；光化学化学烟雾的形成，主要与烟雾的形成，主

21、要与烃类、氮氧化物有关；温室效应类、氮氧化物有关；温室效应主要与主要与 CO2有关。有关。 A3】导致下列现象的主要原因与排放导致下列现象的主要原因与排放 SO2有关的是有关的是 ( ) A酸雨酸雨 B光化学烟雾光化学烟雾 C臭氧层空洞臭氧层空洞 D温室效应温室效应 解析解析 酸雨的形成主要与酸雨的形成主要与 SO2的排放有关；的排放有关；光化学化学烟雾的形成，主要与烟雾的形成，主要与烃类、氮氧化物有关；温室效应类、氮氧化物有关；温室效应主要与主要与 CO2有关。有关。 2你认为减少酸雨产生可采取的措施是你认为减少酸雨产生可采取的措施是 ( ) 少用煤做燃料少用煤做燃料 把工厂烟囱造高把工厂烟

22、囱造高 燃料脱硫燃料脱硫 在已酸化的土壤中加石灰在已酸化的土壤中加石灰 开发新能源开发新能源 A B C D C3在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是作的主要原因二者都正确的是 ( ) A硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能在空气中燃烧能在空气中燃烧 B 从沸腾炉出来的炉气需净化， 因为炉气中的 从沸腾炉出来的炉气需净化， 因为炉气中的 SO2会与杂质反应会与杂质反应 CSO2氧化为氧化为 SO3时需使用催化剂，这样可以提时需使用催化剂，这样可以提高高 SO2的转化率的转

23、化率 DSO3用用 98.3%的浓的浓 H2SO4吸收，目的是防止形吸收，目的是防止形成酸雾，成酸雾，以便使以便使 SO3吸收完全吸收完全 D8(2009北京理综，28)以黄铁矿为原料生产硫酸的工以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：艺流程图如下： (1)将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整 4 11O2=高温高温2Fe2O38SO2 (2)接触室中发生反应的化学方程式是接触室中发生反应的化学方程式是 。 (3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是依据工艺流程图判断下列说法正确的是(选填序号字选填序号字母母) 。 a为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎为使黄铁矿充分燃烧，

24、需将其粉碎 b过量空气能提高过量空气能提高 SO2的转化率的转化率 c使用催化剂能提高使用催化剂能提高 SO2的反应速率和转化率的反应速率和转化率 d沸腾炉排出的矿渣可供炼铁沸腾炉排出的矿渣可供炼铁 FeS2 abd(4)每每 160 g SO3气体与气体与 H2O 化合放出化合放出 260.6 kJ 的热量，的热量，该反应的热化学方程式是该反应的热化学方程式是 。 (5)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的得到较高浓度的 SO2和铵盐。和铵盐。 SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用， 也可用于既可作为生产硫酸的原料循环再

25、利用， 也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的工业制溴过程中吸收潮湿空气中的 Br2。SO2吸收吸收 Br2的离子方程式是的离子方程式是 。 为测定该铵盐中氮元素的质量分数， 将不同质量的铵为测定该铵盐中氮元素的质量分数， 将不同质量的铵盐分别加入到盐分别加入到 50.00 mL 相同浓度的相同浓度的 NaOH 溶液中， 沸溶液中， 沸水浴加热至气体全部逸出水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵盐不分解此温度下铵盐不分解)。该气。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。量。 部分测定结果：部分测定结果： 铵盐质量为铵盐质量为 10.00

26、g 和和 20.00 g 时，浓硫酸增加的质量时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为相同；铵盐质量为 30.00 g 时，浓硫酸增加的质量为时，浓硫酸增加的质量为 0.68 g；铵盐质量为；铵盐质量为 40.00 g 时，浓硫酸的质量不变。时，浓硫酸的质量不变。 计算： 该铵盐中氮元素的质量分数是计算： 该铵盐中氮元素的质量分数是 %; 若铵盐若铵盐质量为质量为 15.00 g。 浓硫酸增加的质量为浓硫酸增加的质量为 。(计算计算结果保留两位小数结果保留两位小数) 14.5614.562.31g2.31g【例【例2】 海水中含有丰富的化学元素海水中含有丰富的化学元素,下面是某化工厂从海水中下面是

27、某化工厂从海水中提取提取NaCl Mg(以以MgCl2形式存在形式存在)和和Br2(以以NaBr的形式存在的形式存在)及综合利用及综合利用的生产流程简图的生产流程简图:请回答请回答:(1)Mg(OH)(1)Mg(OH)2 2中加入盐酸后中加入盐酸后, ,要获得要获得MgClMgCl2 26H6H2 2O O晶体晶体, ,需要需要 进行的实验操作依次为进行的实验操作依次为_ a.a.蒸馏蒸馏 b.b.灼烧灼烧 c.c.过滤过滤 d.d.蒸发蒸发 e.e.冷却结晶冷却结晶(2)(2)利用利用MgClMgCl2 26H6H2 2O O可制得无水氯化镁可制得无水氯化镁, ,应采取的措施是应采取的措施是

28、_ ec 在在HClHCl气流中加热脱水气流中加热脱水 (3)目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水,下列下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是_ a.精制饱和食盐水进入阳极室精制饱和食盐水进入阳极室b.纯水纯水(加一定量加一定量NaOH)进入阴极室进入阴极室c.阴极产物为氢氧化钠和氢气阴极产物为氢氧化钠和氢气d.阳极的电极反应为阳极的电极反应为:Cl2+2e-=2Cl-d (4)母液中常含有母液中常含有MgCl2 NaCl MgSO4 KCl等等(其溶解度其溶解度与温度的关系如图所示与温度的关系如图所示),可

29、进一步加工制得一些重要的产可进一步加工制得一些重要的产品品 若将母液加热升温到若将母液加热升温到80 以上以上,随着水分的蒸发随着水分的蒸发,会逐会逐渐析出晶体渐析出晶体,此晶体的主要成分是此晶体的主要成分是_ _;过滤上述过滤上述晶体后晶体后,将滤液降温到将滤液降温到30 以下以下,又逐渐析出晶体又逐渐析出晶体,用一定用一定量的冷水洗涤该晶体量的冷水洗涤该晶体,最后可得到比较纯净的最后可得到比较纯净的_晶晶体体 MgSO4 NaCl KCl 1.目前下列工艺过程没有直接使用离子交换技术的是目前下列工艺过程没有直接使用离子交换技术的是( )A.硬水的软化硬水的软化B.电解饱和食盐水制造电解饱和

30、食盐水制造NaOHC.电渗析淡化海水电渗析淡化海水D.海水中提取金属海水中提取金属Mg答案答案:D2.下列各工业生产中下列各工业生产中,石灰石石灰石 生石灰生石灰 熟石灰都不能作为原熟石灰都不能作为原料的是料的是( )炼铁炼铁 用生铁炼钢用生铁炼钢 从海水中提取镁从海水中提取镁 铝的冶炼铝的冶炼 制制水泥水泥 制玻璃制玻璃 制漂白粉制漂白粉 制硫酸制硫酸A.B.C.D.答案答案:A解析解析:炼铁中加石灰石造渣炼铁中加石灰石造渣,炼钢中加生石灰除硅炼钢中加生石灰除硅 锰锰,提取镁用熟石灰沉淀提取镁用熟石灰沉淀Mg2+,制水泥的主要原料是石灰石制水泥的主要原料是石灰石和黏土和黏土,制玻璃的主要原料

31、是碳酸钠制玻璃的主要原料是碳酸钠 石灰石和二氧化石灰石和二氧化硅硅,制漂白粉用熟石灰和制漂白粉用熟石灰和Cl2反应反应 故选故选A 11.工业上的工业上的“三酸两碱三酸两碱”是指硫酸是指硫酸 硝酸硝酸 盐酸盐酸 纯碱和纯碱和烧碱烧碱,氨气与这些工业原料的生产有着密切的关系氨气与这些工业原料的生产有着密切的关系 如氨如氨气是生成硝酸气是生成硝酸 纯碱的原料纯碱的原料,其水溶液是硫酸工业中尾气其水溶液是硫酸工业中尾气的吸收剂的吸收剂 下面是部分生产工艺流程图或装置图下面是部分生产工艺流程图或装置图 材料一材料一 侯氏制纯碱工艺流程图侯氏制纯碱工艺流程图:材料二材料二 阳离子交换膜法电解饱和食盐水原

32、理示意图阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图:材料三材料三 某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品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制备与相邻的合成氨厂联合设计了制备(NH4)2SO4的工艺流程的工艺流程:请回答下列问题请回答下列问题:(1)材料一中第材料一中第步操作名称为步操作名称为_,为什么先通入为什么先通入A气体再通气体再通B气体气体?_ (2)材料二中精制的食盐水通过离子交换膜电解槽电解材料二中精制的食盐水通过离子交换膜电解槽电解,透过透过阳离子交换膜的离子阳离子交换膜的离子a是是_,b入口通入的溶液是入口通入的溶液是_ _ _ _ _ _

33、_ _ _ _ , 电 解 饱 和 食 盐 水 的 离 子 方 程 式 是电 解 饱 和 食 盐 水 的 离 子 方 程 式 是_ 加热分解加热分解 A为氨气为氨气,先通入氨气先通入氨气,一方面提供反应物一方面提供反应物,另一方面使溶液呈碱性有利于另一方面使溶液呈碱性有利于CO2的吸收的吸收Na+ 精制的饱和食盐水精制的饱和食盐水2222Cl2H OClH2OH 电解 (3)工业上除用电解法制烧碱外工业上除用电解法制烧碱外,还可用熟石灰还可用熟石灰纯碱法来生纯碱法来生产产,写出有关反应方程写出有关反应方程式式:_ (4)材料三中沉淀池内发生的主要反应方程式是材料三中沉淀池内发生的主要反应方程式

34、是_,从绿色化学和从绿色化学和资源综合利用的角度资源综合利用的角度,说明上述流程的主要优点是说明上述流程的主要优点是_ Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3+2NaOHCaSO4+CO2+2NH3+H2O=CaCO3+(NH4)2SO4 该流程中该流程中,产生的产生的CO2可循环使用可循环使用,得到的产品和副产品都是得到的产品和副产品都是有用的物质有用的物质,不会造成环境污染不会造成环境污染(3)工艺流程工艺流程在进入电解槽前需通过离子交换树脂进一步除去在进入电解槽前需通过离子交换树脂进一步除去Ca2+ Mg2+等离子等离子,以防破坏离子交换膜以防破坏离子交换膜 (4)产品产品阳极室产品阳

35、极室产品:氯气氯气,补充饱和食盐水流出淡盐水补充饱和食盐水流出淡盐水 阴极室产品阴极室产品:氢气和氢气和NaOH,补充纯水补充纯水(加入一定加入一定NaOH溶液溶液)流流出出NaOH溶液溶液 沉淀剂加适量稀盐酸粗盐水过滤离子交换树脂精盐水3.粗盐的精制粗盐的精制(1)目的目的:除去泥沙除去泥沙,使使Ca2+ Mg2+ Fe3+ 等离子的含量等离子的含量达到要求达到要求 (2)原因原因:Ca2+ Mg2+等会在碱溶液中形成沉淀等会在碱溶液中形成沉淀,破坏离子交换破坏离子交换膜膜,泥沙及泥沙及 会引起杂质会引起杂质 (3)试剂试剂:BaCl2 Ca(OH)2 Na2CO3 稀盐酸稀盐酸 用用BaC

36、l2除去除去 ,用用Ca(OH)2除去除去Mg2+ Fe3+,用用Na2CO3除除去去Ba2+及及Ca2+,所加沉淀剂需过量所加沉淀剂需过量 试剂的加入顺序试剂的加入顺序:纯碱须加在钡试剂后纯碱须加在钡试剂后,稀盐酸加在过滤后稀盐酸加在过滤后 24SO24SO24SO (4)有关反应方程式有关反应方程式:43322243232222322BaSOBaSO,Mg2OHMg OH,Fe3OHFe OH,CaCO FYCaCO,BaCOH OCO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】 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S

37、O3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400500 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

38、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:2SO

39、2(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的热量 98.3%的硫酸的硫酸 8.0103 t 9.83109 kJ 解析解析:(1)据

40、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

41、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;

42、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 作操 作 时时 , 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_;.在步骤在步骤中中,先加热铁触媒先加热铁触媒,后通混合气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

43、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

44、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

45、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

46、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 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

47、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 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,

48、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)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+Na2C

49、O3;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,所以所以不能说明样品中是否含有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,所所以以中浑浊现象只能说明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N

50、aHCO3存在存在 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