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第2讲 从自然资源到化学品,1,一合成氨工业生产及适宜条件的选择 1.反应原理,来源于空气,煤、石油、天然气等与水反应,(防止催化剂中毒),2、工艺流程,（1）原料气的制备,H2：,N2：,（冷却）,降温分离或燃烧除氧,2,（2）.适宜条件的选择 要考虑实际生产中的动力材料设备等因素,以取得最佳经济效益 (1)压强 (2)温度,2050MPa,适当高压：,适当高温：,3,思考：合成氨是放热反 应，放出热量会使反应 体系温度升高，过高的 温度会降低平衡氨含量 (为什么?)，工业上是如 何降低反应体系温度并 充分利用反应所放出的 能量?,4,练习1：以天然气焦炭水空气为初始原料,可以制得若干化工产品:,请回答下列问题: (1)合成氨中原料气体N2来源于空气,可采用将空气_ 和_两种方法,H2可采用上述反应获得,其化学方 程式为_,降温分离,燃烧除氧,5,(2)对于合成氨N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);H0, 其中N2与H2体积比高于13的原因是_ _; 及时分离NH3的方法是_ (3)制取NH4NO3时,NH3的用途有两种,制HNO3的量大于 与HNO3反应的量的原因是_ _ _ ,制H2的成本高于制N2, 为了提高H2的转化率,可以提高N2的加入量,冷却使NH3液化,NH3转化为HNO3的过程中, 各步反应会有损失,故用于制HNO3的NH3量应较大,6,(4)发生反应的化学方程式为_ (5)发生反应生成C8H18的化学方程式为_,7,2.下列有关合成氨工业的说法中,正确的是( ) A.从合成塔出来的混合气体,氨气占15%,所以生产氨的工厂的效率都很低 B.由于氨易液化,N2和H2在实际生产中循环使用,所以总体来说,氨的产率很高 C.合成氨工业的反应温度控制在500 ,目的是使化学平衡向正反应方向移动 D.合成氨厂采用的压强是2050 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大,B,8,3.工业上制NH3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,在体积不变的条件下,下列措施能提高NH3产率的是( ) 升温 增大压强 使用铁触媒 降温 减小压强 充入一定体积的氩气 按N2与H2起始状态相同的投料比再充入N2与H2的混合气体 A. B. C. D.,高温高压 催化剂,C,9,1、原理,2H+ +2e = H2,2Cl +2e = Cl2,阴极：,阳极：,2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2,总反应式:,2、设备：,（1）石棉隔膜电解法P28,缺点：,存在副反应影响电流效率 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 和离子通过,思考：观察图2-9，分析为何存在以上缺点？,10,（2）阳离子交换膜法电解,构造：,阳极：金属钛网 (涂钛钌氧化物) 阴极：碳钢网(有镍涂层) 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽 隔成阴极室和阳极室。,只允许阳离子通过， 确保NaOH溶液纯度， 防止副反应 (？),添加原料,阳极室：,精制的饱和食盐水,阴极室：,稀NaOH溶液(？),离子交换膜的作用,11,阳离子交换膜,Na2SO4,O2,H2,SO2-4,Na+,H2SO4,NaOH,讨论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， 试设计实验装置图。,食盐水中含有Ca2+Mg2+等杂质, 会与电解过程中产 生的NaOH反应生成的沉淀堵塞离子膜,所以要除去,12,（09年宁夏理综37）化学选修化学与技术 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k （质量比）生成的产品。理论上k （要求 计算表达式和结果）； （2）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。 精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂 分别为Na2CO3、HCl（盐酸）BaCl2， 这3种试剂添加的合理顺序是 （填序号）,k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89,13,（3）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30以上。 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 都只允许阳离子通过。,图中X、Y分别是 、 （填化学式），分析 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B中正极、负极上发生的电极反 应正极： ； 负极： ； 这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处) 。,Cl2 H2,O2+4e-+2H2O4OH- H22e-+2OH-2H2O,14,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 （其他合理答案也给分）,15,【例1】 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:,依据上图完成下列填空: (1)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,溶液的pH_(填“不变”“升高”或“降低”),2Cl-2e-=Cl2,升高,16,(2)工业食盐中含Ca2+Mg2+ 等杂质,为有效除去它们,加入试剂的合理顺序为_ a.先加NaOH,后加Na2CO3,再加钡试剂 b.先加NaOH,后加钡试剂,再加Na2CO3 c.先加钡试剂,后加NaOH,再加Na2CO3,bc,(3)如果粗盐中SO42-含量较高,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_,静置后取上层清液(或直接向上层清液)继续加入钡试剂,若 溶液变浑浊则证明钡试剂不足,若溶液无明显变化则证明 钡试剂已经过量,(4)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异,通过 蒸发冷却_(填写操作名称)除去NaCl,过滤,17,(5)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 (6)已知NaCl在60 时的溶解度为37.1 g,现电解60 时的粗 制饱和食盐水1 371 g,经分析,电解后溶液密度为1.37 gcm-3, 其中含有20 g NaCl,则电解后NaOH的物质的量浓度为_ molL-1,7.14,NaCl(或淡盐水),18,19,D,20,三硫酸工业(接触法制硫酸),1.生产工艺：三阶段、三反应、三设备,SO3H2O = H2SO4,写出三反应,接触室,沸腾炉,吸收塔,思考：反应2条件选择450、常压依据？,增大压强对提高SO2转化率无显著影响,反而会增加成本,21,进入接触室的二氧化硫气体为何要 净化净化？ 2.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？ 4.为了提高吸收效率，吸收塔是如何设计的。,思考:,22,思考 5、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?,降低已反应过体系过高的 温度,有利于平衡向正向进行.,利用反应放出的热量预热 将进行反应的气体,使达到适 宜温度。,23,6、如何治理工业三废？,废渣可用作制_的原料,或用于制_,还可以冶炼_,水泥,砖,铁,尾气主要含_,用 洗涤烟气法除去, 有关化学 方程式为 .,氨水,SO2,SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3,(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2+H2O,废水中含微量硫酸、铁离子等可以用_处理.,石灰乳,24,A,25,C,26,D,27,28,FeS2,abd,29,30,14.56,2.31g,31,【例2】 海水中含有丰富的化学元素, 下面是某化工厂从海水中 提取NaClMg(以MgCl2 形式存在)和Br2(以NaBr 的形式存在)及综合利用 的生产流程简图: 请回答:,(1)Mg(OH)2中加入盐酸后,要获得MgCl26H2O晶体,需要 进行的实验操作依次为_ a.蒸馏 b.灼烧 c.过滤 d.蒸发 e.冷却结晶 (2)利用MgCl26H2O可制得无水氯化镁,应采取的措施是_,ec,在HCl气流中加热脱水,32,(3)目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水,下列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 b.纯水(加一定量NaOH)进入阴极室 c.阴极产物为氢氧化钠和氢气 d.阳极的电极反应为:Cl2+2e-=2Cl-,d,33,(4)母液中常含有MgCl2NaClMgSO4KCl等(其溶解度与温度的关系如图所示),可进一步加工制得一些重要的产品若将母液加热升温到80 以上,随着水分的蒸发,会逐渐析出晶体,此晶体的主要成分是_ _;过滤上述晶体后,将滤液降温到30 以下,又逐渐析出晶体,用一定量的冷水洗涤该晶体,最后可得到比较纯净的_晶体,MgSO4NaCl,KCl,34,1.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Mg 答案:D,35,2.下列各工业生产中,石灰石生石灰熟石灰都不能作为原料的是( ) 炼铁 用生铁炼钢 从海水中提取镁 铝的冶炼 制水泥 制玻璃 制漂白粉 制硫酸 A. B. C. D.,36,答案:A 解析:炼铁中加石灰石造渣,炼钢中加生石灰除硅锰,提取镁用熟石灰沉淀Mg2+,制水泥的主要原料是石灰石和黏土,制玻璃的主要原料是碳酸钠石灰石和二氧化硅,制漂白粉用熟石灰和Cl2反应故选A,37,11.工业上的“三酸两碱”是指硫酸硝酸盐酸纯碱和烧碱,氨气与这些工业原料的生产有着密切的关系如氨气是生成硝酸纯碱的原料,其水溶液是硫酸工业中尾气的吸收剂下面是部分生产工艺流程图或装置图,材料一 侯氏制纯碱工艺流程图:,38,材料二 阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图:,39,材料三 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(NH4)2SO4的工艺流程:,40,请回答下列问题: (1)材料一中第步操作名称为_,为什么先通入A气体再通B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,透过阳离子交换膜的离子a是_,b入口通入的溶液是_,电解饱和食盐水的离子方程式是_,加热分解,A为氨气,先通入氨气,一方面提供反应物, 另一方面使溶液呈碱性有利于CO2的吸收,Na+,精制的饱和食盐水,41,(3)工业上除用电解法制烧碱外,还可用熟石灰纯碱法来生产,写出有关反应方程式:_ (4)材料三中沉淀池内发生的主要反应方程式是_ _,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_,Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3+2NaOH,CaSO4+CO2+2NH3+H2O=CaCO3+(NH4)2SO4,该流程中,产生的CO2可循环使用,得到的产品和副产品都是有用的物质,不会造成环境污染,42,(3)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Ca2+Mg2+等离子,以防破坏离子交换膜 (4)产品 阳极室产品:氯气,补充饱和食盐水流出淡盐水 阴极室产品:氢气和NaOH,补充纯水(加入一定NaOH溶液)流出NaOH溶液,43,3.粗盐的精制 (1)目的:除去泥沙,使Ca2+Mg2+Fe3+ 等离子的含量达到要求 (2)原因:Ca2+Mg2+等会在碱溶液中形成沉淀,破坏离子交换膜,泥沙及 会引起杂质 (3)试剂:BaCl2Ca(OH)2Na2CO3稀盐酸 用BaCl2除去 ,用Ca(OH)2除去Mg2+Fe3+,用Na2CO3除去Ba2+及Ca2+,所加沉淀剂需过量 试剂的加入顺序:纯碱须加在钡试剂后,稀盐酸加在过滤后,44,(4)有关反应方程式:,45,聚焦1 接触法生产硫酸的原理 【例1】 工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤,压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为:SO27%,O211%,N282%):,46,压 强 / M P a,转化率/%,温度/,47,(1)已知SO2的氧化是放热反应,如何利用表中数据推断此结论? _; (2)在400500 时,SO2的催化氧化采用常压而不是高压,主要原因是_; (3)选择适宜的催化剂,是否可以提高SO2的转化率?_(填“是”或“否”),是否可以增大该反应所放出的热量?_(填“是”或“否”);,压强一定时,温度升高,SO2的转化率下降,说明升温有利于逆反应的进行,所以正反应为放热反应,增大压强对提高SO2转化率无显著影响,反而会增加成本,否,否,48,(4)为提高SO3吸收率,实际生产中用_吸收SO3; (5)已知:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g);H=-196.6 kJmol-1,计算每生产1万吨98%硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量,49,(4)为提高SO3吸收率,实际生产中用_吸收SO3; (5)已知:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g);H=-196.6 kJmol-1,计算每生产1万吨98%硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量,98.3%的硫酸,8.0103 t 9.83109 kJ,50,解析:(1)据表中的数据可知:当压强一定时,升高温度,SO2的转化率下降,说明升温有利于逆反应的进行,则逆反应是吸热反应,正反应为放热反应 (2)由表中0.1 MPa下,400500 时,SO2的转化率已高达93.5%99.2%,故加压使SO2的转化率提高不大,但会增加成本及动力设备要求,得不偿失 (3)催化剂只能改变化学反应速率,但对平衡状态无影响,故对SO2的转化率及反应放出的热量无影响 (4)为防止形成酸雾,用浓H2SO4吸收SO2可提高吸收效率,51,52,聚焦2 氨的合成以及氮肥工业中的化学 【例2】 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,设计了如下实验:,53,连接好装置并检查实验装置的气密性后,制备少量氢气并检验氢气纯度; 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; 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,54,.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_; .操作时,弹簧夹abc的开关情况为_,如何判断氧气已经完全被消耗掉_; .在步骤中,先加热铁触媒,后通混合气体的原因是_,反应管D中发生反应的化学方程式是_;,防止因为氢气不纯而发生爆炸,关闭弹簧夹bc,打开a,氢气在C瓶内燃烧,火焰熄灭时,证明氧气完全被消耗掉,铁触媒在较高温度时活性增大,加快氨合成的反应速率,55,.若有氨气生成,现象为_; .该装置_(填“有”或“无”)缺点,若填有,改进措施为_,E中溶液变红,有,氢气与氮气的混合气体应该先通过干燥装置,再发生反应,后应连接一个吸收氨气的装置,56,解析:点燃易燃气体时,若气体中混有空气(氧气),点燃会发生爆炸,故点燃之前一定要检验纯度;根据实验步骤的先后,可确定各装置的接口顺序为;用氢气将空气中的氧气消耗掉时,应该关闭弹簧夹bc,打开a;点燃氢气,当火焰熄灭时,则氧气被消耗掉;由于铁触媒有一定的活性温度要求,故先加热铁触媒,再通混合气体;若产生氨气,溶于水显碱性,会使E中溶液变红;为防止催化剂发生中毒,应该在反应前把氢气与氮气的混合气体干燥,另外氨气是一种污染性气体,不能直接排入大气中,应该设有尾气处理装置,57,方法归纳:(1)装置连接顺序加热先后顺序一般都可以根据实验步骤来确定;(2)所有可燃性气体在点燃或加热前一定要慎重,一般要先验纯后,符合要求再点燃或加热;(3)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,58,2.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,硫铁矿要在“沸腾”状态下燃烧 B.为防止催化剂中毒,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反应后的气体 D.吸收塔中SO3从下而上,水从上而下喷,剩余气体从上部出来循环利用,59,答案:D 解析:本题对考生进行工业上制硫酸有关问题的考查为防止形成酸雾及加快吸收速率,三氧化硫是被浓硫酸吸收的,而不是被水吸收,60,4.某纯碱厂技术科的人员对该厂纯碱样品的质量进行检验其中能够说明纯碱样品中可能含有杂质(NaHCO3)的实验是( ) 样品溶于水,并加入足量的澄清石灰水,变浑浊; 样品溶于水,并加入足量的BaCl2溶液,变浑浊; 样品在硬质试管中加强热,排出的气体通入澄清石灰水,变浑浊; 向样品中滴加稀盐酸,排出的气体通入澄清石灰水,变浑浊 A.B. C.D.只有,答案:D,61,解析:依据纯碱(Na2CO3)与NaHCO3的性质不同进行区别,Na2CO3NaHCO3都能与Ca(OH)2反应产生沉淀,即Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH,2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3+2H2O+Na2CO3;Na2CO3NaHCO3都能与盐酸反应放出气体,即Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2,NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2,所以不能说明样品中是否含有NaHCO3由于BaCl2+Na2CO3=BaCO3+2NaCl,而NaHCO3不能与BaCl2反应,所以中浑浊现象只能说明Na2CO3一定存在,不能确定是否有NaHCO3,而2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2,Na2CO3受热不分解,所以中现象一定能说明有NaHCO3存在,62,7.工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2O2外,还含有SO2微量的SO3和酸雾为了保护环境,同时提高硫酸工业的综合经济效益,应尽可能将尾气中的SO2转化为有用的副产品请按要求回答下列问题:,63,(1)将尾气通入氨水中,能发生多个反应,写出其中可能发生的两个氧化还原反应的化学方程式:_ (2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中,按一定比例加入氨水或碳酸氢铵,此时溶液的温度会自行降低,并析出晶体导致溶液温度降低的原因可能是_;析出的晶体可用于造纸工业,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134,则其化学式为_;生产中往往需要向溶液中加入适量的对苯二酚或对苯二胺等物质,其目的是_,2H2SO3+O2=2H2SO4,2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4,反应吸热,(NH4)2SO3H2O,防止亚硫酸铵被氧化,64,(3)能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是_(填字母) A.NaOH溶液酚酞试液 B.KMnO4溶液稀 H2SO4 C.碘水淀粉溶液 D.氨水酚酞试液,BC,65,解析:本题是以工业制硫酸尾气处理为主线,主要考查设计实验方案,并对实验现象进行分析和解答的能力(1)因尾气中含有SO2,所以通入氨水易生成H2SO3(NH4)2SO3或NH4HSO3,它们易被O2氧化涉及的氧化还原反应有:2H2SO3+O2=2H2SO4,2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4,2NH4HSO3+O2=2NH4HSO4,66,(2)温度自行降低,自然联想到是反应吸收了热量所致结合SO2与氯水可能的产物与结晶水合物的相对分子质量为134,可知该物质为(NH4)2SO3H2O酚类胺类为还原性强的物质,加入的目的是为了防止亚硫酸铵被氧化(3)尾气中含SO3和酸雾,可消耗NaOH溶液和氨水,从而影响测定SO2的含量,故AD选项错误,67,9.氨在国民经济中占有重要地位现在约有80%的氨用来制造化肥,其余的用作生产其他化工产品的原料 材料一 图示为工业合成氨简易流程图:,68,材料二 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:,69,材料三 我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,生产流程可简要表示如下:,70,(1)材料一合成氨所需的原料气制备中,其中氮气的制备可以用(填一种方法)_,氢气的制备可以用甲烷与水蒸气在一定条件下反应,生成二氧化碳和氢气,则1 m3甲烷理论上能生成氢气_L原料气要进行彻底的净化,其主要目的是_ (2)材料二沉淀池内发生的反应为_,沉淀池中通入足量氨气的目的是_,液化空气法(合理均可),4 000,防止催化剂中毒,CaSO4+CO2+2NH3+H2O=CaCO3+(NH4)2SO4,一方面提供反应物,另一方面使溶液呈碱性有利于CO2的吸收,71,(3)材料三沉淀池内发生的反应为_,侯德榜主要是设计了上述流程中的循环_(填“”或“”),使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上从沉淀池中提取出沉淀的操作是_,NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3,过滤,72,解析:本题考查合成氨工业纯碱工业等合成氨中氮气可以通过分离空气得到无论在材料二还是材料三中,沉淀池通入氨气主要是为了使溶液呈碱性,有利于CO2的吸收,73,10.分析下面两个案例并回答有关问题 (1)某城镇生产生活的分布情况如图所示,河流中WXYZ处某次水样抽测结果如表所示,74,75,导致XY处水样pH变化的原因可能是_; Z处鱼类大量减少,产生这种现象的原因可能是_,造纸厂排放的碱性污水使X处河水pH升高,火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未达标就排放,造成Y处的河水pH降低(或火力发电厂燃煤产生的SO2会导致酸雨,飘落后使Y处的河水pH降低),化肥厂农田及生活污水使Z处河水富营养化,水温较高,适于藻类等水生植物生长,河水中溶解氧被大量消耗,导致鱼类缺氧死亡,76,(2)某地区已探明蕴藏有丰富的赤铁矿(主要成分为Fe2O3,还含有SiO2等杂质)煤矿石灰石和黏土拟在该地区建设大型炼铁厂,77,随着铁矿的开发和炼铁厂的建立,需要在该地区相应建立焦化厂发电厂水泥厂等,形成有规模的工业体系据此确定上图中相应工厂的名称A_B_C_D_; 以赤铁矿为原料,写出高炉炼铁中得到生铁和产生炉渣的化学方程式:_ 从“三废”利用环境保护等角度考虑,该地区和企业在生产中应采取的一些措施有(举出2种措施即可)_,发电厂,焦化厂,炼铁厂,水泥厂,用炼铁厂的炉渣(或CaSiO3)作为水泥厂的原料;用发电厂的煤矸石和粉煤灰作为水泥厂的原料;将石灰石煅烧成生石灰,用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO2,减少对空气的污染;建立污水处理系统(只要合理,写出任意两种即可),78,解析:本题考查化学与环境保护“三废”的处理厂址的选择等化学与技术知识 (1)XY处水样pH由碱性到酸性,由于X靠近造纸厂,该厂一定是排出碱性废水,Y靠近火力发电厂,pH降低,则火力发电厂排出的废水一定为酸性废水围绕排出废水的酸碱性来回答XY处的pH变化 鱼类的大量减少,与溶解氧量有密切关系,围绕溶解氧量减少来回答,79,(2)联系各厂生产需要的原料来解答发电厂焦化厂需要煤,炼铁厂需要铁矿石焦炭石灰石;水泥厂需要的原料为黏土和石灰石首先推知:D为水泥厂,C为炼铁厂,由A与另外三厂都有关系,可知A为发电厂,则B为焦化厂 炉渣是由石灰石与脉石(SiO2)反应产生的注意反应条件都是高温,80,11.氨在国民经济中占有重要的地位现在约有80%的氨用来制造化肥,其余的用作生产其他化工产品的原料例如,农业上使用的氮肥如尿素硝酸铵磷酸铵硫酸铵氯化铵氨水以及各种含氮混合肥料和复合肥料,都是以氨为原料制成的;氨氧化法制硝酸是工业上制硝酸的主要方法下图是合成氨和利用氨制取硝酸纯碱的简要流程示意图:,81,82,(1)设备A的名称是_,设备B的名称是_ (2)硝酸厂的尾气含有NO和NO2等污染物,为了防止污染大气可以用纯碱溶液吸收从吸收塔中放出的尾气,发生的反应如下:Na2CO3+2NO2=NaNO2+NaNO3+CO2但在实际生产中这种方法处理后尾气中的氮的氧化物含量仍难以降到排放标准,因此,也常利用各种燃料气中的甲烷等将氮的氧化物还原为空气主要成分而除去写出甲烷与NO2反应的化学方程式:_,冷凝器,循环压缩机,CH4+2NO2=N2+CO2+2H2O,83,(3)常压法生产的硝酸浓度低,尾气中氮的氧化物含量高,对环境会有严重污染可采用_法和_法进行改进 (4)在纯碱制造过程中,过程与过程的顺序能否颠倒?为什么?_,全压,综合,84,解析:(1)N2和H2在合成塔中生成氨,由于反应可逆,合成塔中为N2H2NH3三者的混合物,由于NH3易液化,则在A处进行冷凝,使NH3变成液态与N2H2分离,而N2和H2再次经过压缩循环进入合成塔 (3)采用全压法和综合法生产HNO3,不仅可以提高HNO3的浓度,而且尾气也经循环使用,减少了对环境的污染,提高了原料的利用率,85,(4)在制纯碱时,应先向饱和NaCl溶液中通入足量的NH3,再通入CO2,这样可使 的浓度较大,能析出NaHCO3而若先通入CO2,由于CO2的溶解度小,再通NH3后生成的 浓度较小,不能析出NaHCO3,也就无法制纯碱,86,12.合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径,对化学工业技术也产生了重大影响合成氨反应的化学方程式为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);H=-92.2 kJmol-1合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到,H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得我国合成氨工业目前的生产条件为: 催化剂:铁触媒,温度:400500 ,压强:2050 MPa,87,回答下列问题: (1)合成氨工业中原料气压缩到2050 MPa的原因是_;从平衡移动原理分析,低温有利于原料气的转化,实际生产中采用400500 的高温,原因是_ _ (2)500 50 MPa时,在容积为1 L的容器中加入n mol N23n mol H2,反应达平衡后测得平衡常数为K,此时N2的转化率为x则K和x的关系满足K=_,加压既有利于增大反应速率,又有利于平衡正向移动,提高原料气的转化率,催化剂在该温度条件下活性最高,反应速率大,达到平衡所需的时间短,88,(3)甲烷在高温下与水蒸气反应的方程式为: 已知部分物质燃烧的热化学方程式如下: 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);H=-571.6 kJmol-1 2CO(g)+O2(g)=2CO2(l);H=-566 kJmol-1 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);H=-890.3 kJmol-1 又知1 molH2O(g)转变为1 molH2O(l)时放出44.0 kJ热量写出CH4和H2O在高温下反应的热化学方程式_,CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g);H=+206.1 kJmol-1,89,(4)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,以N2H2为电极反应物,以HClNH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池请写出该电池的正极反应式:_,90,解析:(1)合成氨反应是气体体积减小的反应,增大压强既有利于增大反应速率,又有利于平衡正向移动,提高原料气的转化率;生产中采用400500 的高温,目的是增大反应速率,提高催化剂活性,91,92,(3)此题考查盖斯定律的运用,要注意反应方程式的化学计量数与焓变的对应 (4)N2在正极得电子后要与H+结合成NH+4,93,聚焦2 材料的生产 【例2】 氯碱工业中,通过电解饱和食盐水获取重要的化工原料其中氯气用途十分广泛,除用于净水环境消毒外,还可用于合成多种化工原料 (1)电解食盐水的化学方程式为_,94,(2)氯气可用于生产半导体材料硅,其生产流程如下: 石英砂的主要成分是_,在制备粗硅时,焦炭的作用是_ 由四氯化硅得到高纯硅的化学方程式是_,SiO2,作还原剂,95,96,
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