化学：第一单元《走进化学工业》学案ppt课件.ppt

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1、选修化学与技术走进化学工业,轻松学教材,化工生产过程中的基本问题,一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,2.化学原理在化工生产中的应用(1)增大反应速率的措施升高温度;使用催化剂;在沸腾炉中燃料燃烧时,将原料粉碎,增大与空气的接触面积(2)逆流原理的应用沸腾炉中原料从炉顶落下,热空气从炉底吹入,使原料与助燃气体充分接触,反应进行彻底;吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片),浓硫酸从塔顶喷下,三氧化硫气体从塔底吹入,提高吸收程度,(3)热交换原理的应用由于 是放热反应,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,达到节约能源,降低生产成本的目的(4)循环操作原

2、理的应用由于 是可逆反应,尾气中还有一定的SO2和O2,再通过一定措施将这部分气体送回接触室,提高原料利用率,同时减少废气排放,特别提醒:在生产中常用过量空气是为了增大O2的浓度,提高SO2的转化率常用浓H2SO4而不用水吸收SO3,是由于水与SO3反应易形成酸雾,吸收速度慢,且腐蚀设备3.生产中的“三废”处理(1)尾气吸收H2SO4工业的尾气主要是SO2SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2OCaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2+H2O,(2)污水处理不同化工生产过程产生的污水,杂质不同,要根据杂质的性质不同,采用不同的物理化学方法,如酸碱中和法重金属离子沉淀法等(3)废渣的处理根据

3、废渣的成分进行综合利用如硫酸工业的废渣可用来作为炼铁的原料提炼贵重的有色金属作水泥原料或用于建筑材料,二合成氨工业生产及适宜条件的选择1.反应原理2.基本生产过程(1)造气N2:来源于空气,(3)合成:使原料气进行化学反应合成氨及时分离出氨气,剩余气体再送回合成塔,循环利用(4)“三废”处理废渣:主要是煤渣和炭黑,可用作肥料的原料和建筑材料废气:主要是H2SSO2和CO等有害气体可用直接氧化法循环法等回收技术处理,CO2可作为生成尿素和碳铵的原料废液:主要是含氰化物和氨的污水处理氰化物主要有生化化学沉淀反吹回炉等方法处理含氨的废水可用蒸馏回收和离子交换等方法,3.适宜条件的选择要考虑实际生产中

4、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,(3)催化剂使用催化剂可加快化学反应速率,但不影响化学平衡采用以铁为主的催化剂(4)循环操作合成氨转化率较低,要采用循环操作混合气体通过冷凝器,使氨液化,将氨分离出来,并将没有完全反应的N2和H2经过循环压缩机,再送入合成塔,使其被充分利用合成氨工业发展的研究方向有两个方面:,特别提醒:合成氨原料中的氮气来源广泛,扩大氢气原料的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研究高效的新型催化剂,以改变反应条件,三氨碱法与联合制碱法的比较1.原料氨碱法:食盐氨气石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)联合制碱法:食盐氨气二氧化碳(

5、合成氨厂的废气)2.主要反应原理二者基本相同:,3.生产过程第一步:二者基本相同;将NH3通入饱和食盐水形成氨盐水,再通入CO2生成NaHCO3沉淀,经过滤洗涤得到NaHCO3微小晶体,再煅烧制得纯碱产品,其滤液是含有NH4Cl和NaCl的溶液第二步:氨碱法:NaHCO3分解放出的 滤液(含NH4Cl)与石灰乳混合加热产生的氨气回收循环利用CaO+H2OFY=Ca(OH)2,联合制碱法:在低温条件下,向滤液中加入细粉状的氯化钠,并通入氨气,可以使氯化铵单独结晶沉淀析出,经过滤洗涤和干燥即得氯化铵产品此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液,已基本上是氯化钠的饱和溶液,可循环使用,4.综合评价(1)氨碱法

6、:优点:原料(食盐和石灰石)便宜;产品纯碱的纯度高;副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用;制造步骤简单,适合于大规模生产缺点:原料食盐的利用率低,大约70%74%,其余的食盐随CaCl2溶液作为废液被抛弃;过程中产生了没多大用途且难以处理的CaCl2,(2)联合制碱法:使食盐的利用率提高到96%以上,应用同量的食盐比氨碱法生产的纯碱多另外它综合利用了合成氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子,同时生产出两种产品纯碱和氯化铵;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,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,四几种氮肥的比较,体验热身,1.与氨碱法比较,下列

7、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答案:D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是由合成氨厂提供,从滤出碳酸氢钠后所得的母液中可回收氯化铵,因此它提高了原料的原子利用率,降低了生产成本,因此AB正确由于不产生不能利用的氯化钙,所以减少了环境污染,C正确由于增加了物质的循环利用,所以会加重“对设备的腐蚀”,D错误,2.采用循环操作可提高原料利用率,下列工业生产中,没有采用循环操作的是()A.硫酸工业B.合成氨工业C.硝酸工业D.氯碱工业答案:C解析:硫酸工业及合成氨工业的反应中都有可逆反应,

8、采用循环操作将尾气中原料气分离再重新进行反应氯碱工业中,电解饱和食盐水后,从阳极室流出的淡盐水等也可循环应用硝酸工业中,采用通入过量O2,使NO全部被氧化,所以不采用循环操作,3.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,氧燃烧,(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_(4)

9、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_,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,发生3NO2+H2O=2HNO3+NO反应及各步反应有损失,用于制HNO3的NH3量应较大,解析:(1)由空气中获得N2,去掉O2,可采用降温分离空气或氧燃烧法制取H2的反应为(2)由于原料气H2制取比N2成本高,为了使H2的转化率提高,可提高N2的加入量,故N2与H2加入体积比高于13;及时分离NH3,使化学平衡向右进行,可以使NH3冷却液化分离,(3)由于NH3转化为HNO3的过程中发生了反应:3NO2+H

10、2O=2HNO3+NO及各步反应有损失,一般应为制HNO3时NH3用量较大(4)根据反应条件信息及元素守恒,反应应为:(5)根据反应条件信息及元素守恒,反应应为:,4.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作物及花草树木的生长(1)月季花适宜在酸性土壤中生长,若提供下列氮肥品种,最好选用_,其原因是_A.尿素 B.碳酸氢铵 C.硫酸铵 D.氨水(2)小明家责任田里的庄稼生长不茂盛,叶色淡绿茎叶细小,同时还出现了不同程度的倒伏现象请问:小明家的庄稼缺两种营养元素,它们是_(填“N”“P”“K”或“微量元素”),C,硫酸铵水解显酸性,NK,某公司的化肥价格如下表:,在考虑既经济实用又

11、解决问题的条件下,你认为小明应购买的化肥是_(填化学式),NH4HCO3KCl,解析:(1)四种肥料中,尿素显中性,NH4HCO3接近中性,氨水显碱性,(NH4)2SO4为强酸弱碱盐,显酸性(2)根据NPK营养元素对农作物的生长作用,可判断庄稼缺NK元素,从该公司提供的化肥价格看,花同样的钱购买化肥,碳酸氢铵中N元素的质量高于尿素的,KCl中K元素的质量高于K2SO4的,重点探究,化学原理在H2SO4生产中的应用1.化学反应速率和化学平衡原理(1)增大化学反应速率措施:升高温度;使用催化剂;在沸腾炉中燃料燃烧时,使原料粉碎,增大空气的接触面积(2)促进SO2的催化氧化正向移动措施:通入过量空气

12、,增大O2浓度,促进平衡正移2.逆流原理沸腾炉中原料从炉顶落下,热空气中炉底吹入,使原料与可燃气体充分接触,反应进行彻底充分;吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片),浓硫酸从塔顶喷下,三氧化硫气体从塔底吹入,提高吸收程度,3.热交换原理由于2SO2+O2 2SO3是放热反应,在接触室内使用热交换器,用反应后的气体预热接触室的原料气,达到节约能源,降低生成成本的目的4.循环操作原理由于2SO2+O2 2SO3是可逆反应,尾气中还有一定的SO2和O2,再通过一定措施将这部分气体送回接触室,提高原料利用率,同时减少废气排放,侯氏制碱法1.反应原理侯氏联合制碱法,是将合成氨工业和制碱工业联合起来,以煤为原料制

13、得碳铵,碳铵再与氯化钠进行复分解反应,生成碳酸氢钠和氯化铵根据氯化铵在常温时的溶解度比氯化钠大,而在低温时却比氯化钠溶解度小的原理,在278283K(510)时,向母液中加入磨细的食盐粉末,使氯化铵单独析出,2.有关反应方程式NH3+CO2+H2O=NH4HCO3NaCl+NH4HCO3=NH4Cl+NaHCO3,3.该法的优点保留了氨碱法的优点,消除了它的缺点,使食盐的利用率提高到96%;NH4Cl可作氮肥;可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气CO转化为CO2,消除了CaCO3制CO2这一工序,命题聚焦,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

14、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%):,压 强/M P a,转化率/%,温度/,(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,(4)为提

15、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,(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,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

16、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,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:,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

17、气与氮气反应生成氨气;检验氨气的生成,.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,.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,解析

18、: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,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

19、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,聚焦3 纯碱的工业制取【例3】纯碱是一种重要的化工原料目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺请按要求回答问题:(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物,请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式:_,2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O,(2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式:_(3)CO2是制碱工业的重要原料,“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同?_(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率根据“联合制碱法”总反应,列出计算原子利用率的表达式:原子利用

20、率(%)=_,NH3+CO2+H2O=NH4HCO3,NaCl+NH4HCO3=NaHCO3+NH4Cl,“联合制碱法”中的CO2来源于合成氨厂,“氨碱法”中的CO2来源于大理石,解析:对比“氨碱法”工艺流程及“联合制碱法”的工艺流程,从原料反应方法的优缺点进行对比归纳“氨碱法”的原料:氯化钠碳酸钙及NH3,产生CaCl2的反应:Ca(OH)2+2NH4Cl=CaCl2+2NH3+2H2O,该反应的CaCl2中的Cl-来源于NaCl,Ca2+来源于CaCO3,产生无用的CaCl2,降低了NaCl的利用率“联合制碱法”的原料:NH3和CO2来源于合成氨厂,方法归纳:索尔维制碱法的工艺流程:盐水精

21、制盐水氨化氨盐水碳酸化碳酸氢钠分解氨的回收侯氏制碱法的优点:提高食盐利用率,无氯化钙废料,缩短生产流程,节省投资,高效作业,1.构建和谐社会的内容之一是人类与环境的和谐发展,而“绿色化学”的内容是指从技术经济上设计可行的化学反应,尽可能减少对环境的副作用,下列化学反应不符合“绿色化学”概念的是()A.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:NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2OC.制CuSO4:D.制,答案:C解析:选项中给出的4个反应均符合化学反应规律,从技术上原理上均是可行的,但C项会产生污染环境的SO2气体,不符

22、合“绿色化学”的主旨,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,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,3.为同时施用分别含NPK三种元素的化肥,对于给定的化肥K2CO3;KCl Ca(H2PO4)2;(NH4)2SO4;氨水最适宜的组合是()A.B.C.D.答案:C解析

23、:分析几种化肥中营养元素及性质,Ca(H2PO4)2提供P元素,而Ca(H2PO4)2的水溶液显酸性,遇到碱性物质会转化为难溶的Ca3(PO4)2,不易被植物吸收,故选含KN元素的肥料,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,解析:依据纯碱(Na2CO3)与N

24、aHCO3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

25、+CO2,Na2CO3受热不分解,所以中现象一定能说明有NaHCO3存在,5.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,答案:B解析:虽然从合成塔出来的气体中NH3只占15%,但由于N2和H2循环使用和不断分离出液氨,所以生产NH3的工厂的效率还是很高,故A项不正确,B正确控制反应温度,一是为了使反应速率加快,二

26、是为了使催化剂活性最大,故C项不正确增大压强有利于NH3的合成,但压强越大,需要的动力越大,对材料的强度和设备的制造要求越高,故采用2050 MPa,但与催化剂的活性无关,故D项也不正确,6.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.,答案:C解析:依据合成氨反应的特点N2+3H2 2NH3,正反应是一个体积减小放热的反应,故增大压

27、强降低温度增大反应物浓度都能使平衡正向移动,提高NH3的产率而使用催化剂只能加快反应速率,不能使平衡发生移动,在体积不变的条件下,充入不反应的稀有气体,不会改变平衡混合气体中各成分的浓度,故平衡也不移动,选项C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:,(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

28、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,(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 H2SO4C.碘水淀粉溶液D.氨水酚酞试液,BC,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

29、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,(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,8.精细化工在生产和生活中有广

30、泛的应用(1)精细化学品往往有特定的功能而被广泛地应用于日常生活中下列洗涤方法原理各不相同,请分析:沾有油脂的器皿可用汽油擦洗,其原理是_,汽油与油脂互溶,利用相似相溶原理除去,也可用洗洁精和水洗涤,原理是_还可以用纯碱或稀NaOH溶液洗涤,原理是_若水的硬度大,用肥皂和合成洗涤剂哪个效果更好?为什么?_(2)某公司生产的不粘锅体内涂层CF2CF2的单体是_,洗洁精属于合成洗涤剂,含有亲水基和憎水基,可将油污除去,油脂在碱性条件下发生水解,从而可用纯碱或稀NaOH溶液除去,用合成洗涤剂较好,因为在硬水中肥皂会形成硬脂酸钙(或镁)沉淀而失去去污能力,CF2=CF2,解析:本题以肥皂合成洗涤剂塑料

31、为背景,综合考查了精细化学品的应用前景及其在生产生活中的应用(1)油脂的洗涤方法很多,根据洗涤剂的性质进行分析比较(2)是一种高分子聚合物,从聚乙烯的单体迁移可得出单体,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:,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:,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:,(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

32、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,(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,解析:

33、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,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,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,

34、河水中溶解氧被大量消耗,导致鱼类缺氧死亡,(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,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

35、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),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,(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,

36、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,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:,(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

37、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,(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,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

38、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,(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,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

39、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,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,(3)甲烷在高温下与水蒸气反应的方程式

40、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-12CO(g)+O2(g)=2CO2(l);H=-566 kJmol-1CH4(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,(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:_,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,(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,