第13章·第41讲·走进化学工业

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,41,讲 走进化学工业,考点,1,硫酸工业与综合经济效益,例,1,(2011,常德市高考模拟,),以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：,(1),将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整。,4_,11O,2,=,2Fe,2,O,3,8SO,2,(2),炉气净化的作用是将含,SO,2,的炉气,_,、水洗及干燥，如果炉气不经过净化，对,SO,2,催化氧化的影响,_,_,。,FeS,2,除尘,矿尘,(,如砷、硒等化合物,),导致催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响,高温,(3),经净化的炉气,(,含,SO,2,体积分数为,7%,、,O,2,为,11%,、,N,2,为,82%),中,SO,2,平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，,SO,2,催化氧化反应的条件选择为常压、,450,左右,(,对应图中,A,点,),，而没有选择,SO,2,转化率更高的,C,点对应的反,应条件，其原因分别是,_,_,因为温度越低，,SO,2,转化率虽然更高，但催化剂的催化活性受到影响，,450,时，催化剂的催化效率最高，故选择,A,点，不选,C,点,(4),依据工艺流程图判断下列说法正确的是,(,填序号,)_,。,a,为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎,b,过量空气能提高,SO,2,的转化率,c,使用催化剂能提高,SO,2,的反应速率和转化率,d,沸腾炉排出的矿渣可供炼铁,abd,(5),每,160 g SO,3,气体与,H,2,O,化合放出,260.6 kJ,的热量，该反应的热化学方程式是,_,。,(6),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,SO,2,和铵盐。,SO,2,既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的,Br,2,。,SO,2,吸收潮湿空气中,Br,2,的离子方程式是,_,。,SO,3,(g),H,2,O(l)=H,2,SO,4,(l),H,130.3 kJ/mol,SO,2,Br,2,2H,2,O=4H,2Br,【,解析,】,本题主要考查硫酸工业，涉及反应原理、反应流程的分析、反应条件的选择、热化学方程式的书写，综合性强。,(1),由质量守恒定律可知反应为,4FeS,2,11O,2,=2Fe,2,O,3,8SO,2,。,(2),根据制备流程“矿石粉碎,造气,净化,催化氧化,吸收”可知，炉气净化目的是防止矿尘,(,如砷、硒等化合物,),导致催化剂中毒以及水蒸气对设备和生产有不良影响。,高温,(3),要根据反应速率、催化剂活性的影响、转化率的影响因素来分析，不选择,C,点，因为温度越低，,SO,2,转化率虽然更高，但催化剂的活性受到影响，,450,时，催化剂的催化效率最高，故选择,A,点，不选,C,点。,(4),根据反应速率和原料的转化率来分析，选择,a,、,b,、,d,项，催化剂只能提高反应速率，不能提高转化率。,(5),根据条件，热反应方程式为,SO,2,(g),H,2,O(l)=H,2,SO,4,(l) ,H,260.6 kJ/2 mol,130.3 kJ/mol,。,(6),由氧化还原性可得,SO,2,Br,2,2H,2,O=4H,2Br,。,【,点评,】,涉及化工实际生产流程题，首先要依据已掌握的化学反应原理弄清化工生产的流程和每一步的目的，只有了解流程，才能顺利地解答出相关问题，同时要注意在生产中原料的循环利用、尾气的净化处理以及催化剂的防中毒处理等。,考点,2,合成氨工业,例,2,现在普遍应用的工业合成氨的方法是哈伯于,1905,年发明的，但此法反应物的转化率不高。,(1),已知：,1 mol N,2,(g),与适量,H,2,(g),完全反应，生成,NH,3,(g),，放出,92.2 kJ,热量，写出反应的热化学方程式：,_,。,(2),若该反应在,298K,、,398K,时的化学平衡常数分别为,K,1,、,K,2,，则,K,1,_,K,2,(,填,“,”“,”,或,“,”,),。,(3),在一定温度下，向容积不变,(,始终为,10 L),的密闭容器中加入,2 mol N,2,、,8 mol H,2,及固体催化剂。,10,分钟后反应达到平衡状态，容器内气体压强变为起始的,80%,，此时氨气的体积分数为,_,，用氮气表示的反应速率为：,_,。若想提高氨气的产率，根据化学平衡移动原理，请提出合理的建议：,_(,任意写一条,),。,(4),在上述相同条件下，若起始时加入,4 mol NH,3,、,2 mol H,2,及固体催化剂，反应达到平衡时,NH,3,的体积分数比,(3),中,_(,填,“,大,”,、,“,小,”,或,“,相等,”,),。,(5),氨被氧化生成一氧化氮的化学方程式为：,_,。,(6),随着对合成氨研究的发展，,2001,年两位希腊化学家提出了电解合成氨的方法，即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,的电解池中，采用高质子导电性的,SCY,陶瓷,(,能传递,H,),为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现了常压、,570,条件下高转化率的电解法合成氨,(,装置如图,),。,请回答：在电解法合成氨的电解池中,_(,填“能”或“不能”,),用水作电解质溶液的溶剂，原因是,_,。,钯电极,A,是电解池的,_,极,(,填“阳”或“阴”,),，该极上的电极反应式是,_,。,【,答案,】,(1)N,2,(g),3H,2,(g)=2NH,3,(g),H,92.2,kJ,mol,1,(2),(3)25%,0.01 mol/(,Lmin,),增大氢气浓度或增大氮气浓度或增大反应物浓度或降温或增大压强或及时转移走生成的氨等,(4),相等,(5)4NH,3,5O,2,=,4NO,6H,2,O,(6),不能新法合成氨电解池的反应温度是,570,时，水为水蒸气阴,N,2,6e,6H,=2NH,3,催化剂,【,点评,】,合成氨的习题多与化学平衡和热化学联系在一起，重点是原理分析。运用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的条件是解答此题的关键。,考点,3,纯碱工业,例,3,(2011,湖南省三十二校联考,),纯碱,(Na,2,CO,3,),在工业生产和生活中有重要应用，其实验室制法和工业制法如下：,【,实验室制备纯碱,】,将饱和,NaCl,溶液倒入烧杯中加热，控制温度为,30,35,；,搅拌下分批加入研细的,NH,4,HCO,3,固体，加料完毕，保温,30,分钟；,静置、过滤得,NaHCO,3,晶体；,用少量蒸馏水洗涤、抽干；,将所得固体转入蒸发皿中灼烧得,Na,2,CO,3,固体。,问题：,(1),反应将温度控制在,30,35,，通常采取的加热方法为,_,；控制该温度的原因是,_,。,(2),静置后只析出,NaHCO,3,晶体的原因是,_,。,【,工业制备纯碱,】,水浴加热,防止,NH,4,HCO,3,分解而影响,NaHCO,3,晶体的生成,碳酸氢钠溶解度最小,(3),沉淀池中反应的离子方程式为,_,。,(4),循环,(),、循环,(),中物质的化学式分别为,_,、,_,；两种制备纯碱的方法中，共同涉及的化学反应方程式为,_,。,Na,NH,3,H,2,O,CO,2,=NaHCO,3,NaCl,CO,2,2NaHCO,3,=,Na,2,CO,3,H,2,O,CO,2,【,解析,】,本题主要考查纯碱的制备中所涉及的元素化合物知识。,(1),只要加热的温度低于,100,，且需控制一定温度范围，均可采用水浴加热的方式。因,NH,4,HCO,3,受热易分解，导致溶液中不能析出,NaHCO,3,晶体，因此加热温度不能过高。,(2),因,NaHCO,3,的溶解度比,NH,4,HCO,3,、,NaCl,的溶解度均小，故溶液静置析出的物质只有,NaHCO,3,。,(3),工业制备,Na,2,CO,3,时沉淀池发生的反应：,Na,NH,3,H,2,O,CO,2,=NaHCO,3,，书写离子方程式时应注意,NaHCO,3,必须写化学式且加沉淀符号“”。,(4),将沉淀过滤后得到的母液中主要含有,NaCl,和,NH,4,Cl,，因此循环,(,),中的物质为,NaCl,；煅烧炉中发生的反应为,2NaHCO,3,=Na,2,CO,3,H,2,O,CO,2,，因此循环,(,),中的物质为,CO,2,。由两种制备纯碱的方法可知，共同涉及,NaHCO,3,的分解反应。,【,点评,】,无机化工题实际上是考查学生运用化学反应原理及元素化合物知识来解决相关问题的能力。解答此类问题的基本思路：,(1),首先阅读题干信息，了解生产的产品。,(2),分析工业操作流程中的每一个环节、步骤：反应物是什么；加入了什么试剂；作用是什么；对后序操作起了什么作用；将整个流程分析透彻，理清关系，然后针对提问进行解答。,重要的几种化学工业生产是,化学与技术,模块的核心，所有高考中的考查都以这些生产过程中的原理、生产工艺与设计新思路为依据。所以在备考过程中，要熟练掌握相关的思想、知识细节、生产原理、工艺设计原理，还有新时期对化学工业原理的新要求，如循环经济、原子经济、节能环保等方面的要求在工业中的运用。平时的学习中要抓住原料和生产工艺作为学习的重点，要对教材中常见的知识内容了如指掌。,1.,煅烧硫铁矿产生,SO,2,，为了提高生成,SO,2,的速率。下列措施可行的是,( ),把块状矿石碾成粉末,向炉内喷吹氧气,使用,Fe,2,O,3,做催化剂,降低体系的温度,A,只有,B,只有,C,D,C,2.,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是,( ),A,提高了原料的原子利用率,B,降低了生产成本,C,减少了环境污染,D,减轻了对设备的腐蚀,【,解析,】,联合制碱法把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境污染。,D,3.,下列有关工业生产的叙述正确的是,( ),A,合成氨生产中将,NH,3,液化分离，可加快正反应速率，提高,N,2,和,H,2,的转化率,B,硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用,SO,3,转化为,H,2,SO,4,时放出的热量,C,电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的,Cl,2,进入阳极室,D,电解精炼铜时,(,粗铜中含有,Fe,、,Zn,、,Ag,等,),，溶液中铜离子浓度减小,D,4.,(2011,海南卷,),工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题：,(1),卢布兰芳是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取，结晶而制得纯碱。,食盐和浓硫酸反应的化学方程式为,_,；,硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为,_,(,已知产物之一为,CaS,),；,2NaCl,H,2,SO,4,(,浓,)=Na,2,SO,4,2HCl,Na,2,SO,4,4C,CaCO,3,=,CaS,Na,2,CO,3,4CO,或,Na,2,SO,4,2C,CaCO,3,=,CaS,Na,2,CO,3,2CO,2,(2),氨碱法的工艺如下图所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。,图中的中间产物,C,是,_,，,D_,。,(,写化学式,),装置乙中发生反应的化学方程式为,_,；,(3),联合制碱法对氨碱法的改进，其优点是,_,；,Ca(OH),2,NH,3,NH,3,CO,2,NaCl,H,2,O=NaHCO,3,NH,4,Cl,保留了氨碱法的优点，使食盐的利用率提高到,96%,；,NH,4,Cl,可做氮肥；可与合成氨厂联合，原料气氨气和一氧化碳都由氨厂提供，减少,CaCO,3,制,CO,2,这一工序，降低了能耗与污染,(4),有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石为原料制碳酸钾。请结合下图的溶解度,(S),随温度变化曲线，分析说明是否可行？,_,。,不可行，因为碳酸氢钾溶解度较大，且在常温下与氯化钾的溶解度差别小，在氨盐水碳酸化时无法大量析出,【,解析,】,(1),是考查工业生产中的基本原理；,(2),是生产过程中工艺的考查，在细读生产工艺图中各物质的变化后，可得出；,(3),考查对教材知识的掌握情况；,(4),分析图可看出,NaHCO,3,与新信息,KHCO,3,在溶解度图中的差别，可推测溶解度的差别是判断的依据。,1.(2011,丹东四校联考,),下列有关工业生产的叙述中，错误的是,( ),A,制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英,B,氨是制作氮肥、硝酸、铵盐的重要原料,C,将二氧化硫催化氧化生成三氧化硫后，在吸收塔内用水吸收制得浓硫酸,D,炼铁的主要原理是在高温下，用还原剂从铁矿石中把铁还原出来,C,备选题,2.,工业上用黄铜矿,(CuFeS,2,),炼铜的后期主要发生如下两个反应,(,假设两反应进行得很完全,),：,2Cu,2,S,3O,2,=2Cu,2,O,2SO,2,2Cu,2,O,Cu,2,S=6Cu,SO,2,根据以上两个化学反应，判断下列说法不正确的是,( ),A,氧化剂与还原剂的质量之比为,17,15,B,工业炼铜时应注意控制向炉内通入氧气的量,C,若制取,3 mol Cu,，转移电子物质的量为,8 mol,D,工业炼铜可以和硫酸工业联合建厂,C,3.,(2011,海南卷,),下列叙述正确的是,(,双选,)( ),A,“接触法”制,H,2,SO,4,时，催化氧化阶段的反应原理为,2SO,2,(g),O,2,(g),2SO,3,(g),H,0,B,海水提镁的主要步骤为,海水,Mg(OH),2,(s) MgCl,2,(aq),Mg(l,),Cl,2,(g),C,普通水泥的主要成分是硅酸钙,D,黏土的主要成分是三氧化二铝,AC,催化剂,CaCO,3,(s),盐酸,电解,【,解析,】,A,为接触法制硫酸的基本原理；,B,镁工业先期加入的是石灰不是石灰石，后期电解的也不是氯化镁溶液；,C,普通水泥的成分为硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙，说主要成分是硅酸钙正确；黏土的主要成分是二氧化硅，还有氧化镁、碳酸钙和三氧化二铝。,