化学和工农业生产

第三单元 化学与工农业生产,考点一 工业生产硫酸 【核心知识通关】 1.三种原料: 三种原料分别是_、_、_。,硫黄(或黄铁矿),空气,水,2.三个反应阶段和三种设备：,S+O2 SO2,4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2,沸腾炉,2SO2+O2 2SO3,接触室,SO3+H2O=H2SO4,吸收塔,3.三废处理: (1)尾气吸收:硫酸生产的尾气中含有少量SO2,可用石灰水吸收,反应方程式为 _; _。 这样得到的SO2含量较高,可返回用作原料。,Ca(OH)2+SO2 =CaSO3+H2O,CaSO3+H2SO4 =CaSO4+SO2+H2O,(2)废水的处理:硫酸生产的污水中含有酸性杂质,可用石灰中和法处理,方程式为Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O。 (3)废渣的利用:用来制造水泥或砖,回收有色金属。,【特别提醒】 (1)黄铁矿(FeS2)中硫元素的化合价为-1价,铁元素的化合价为+2价,煅烧黄铁矿的反应中,被氧化的是铁元素和硫元素,每有1 mol FeS2完全反应,转移11 mol电子。 (2)吸收SO3不用水或稀硫酸,而是用98%的H2SO4,是因为用水或稀硫酸吸收SO3会产生酸雾,影响吸收。,(3)煅烧黄铁矿制得的炉气需进行净化处理,主要是 避免催化剂中毒、防止腐蚀设备等。 (4)在硫酸的工业生产中,要综合考虑原料来源、动力、设备、环境污染等因素,控制适宜的反应条件,以取得最佳经济效益。,【高考模拟精练】 1.(2016唐山模拟)火山喷发所产生的硫黄可用于生产重要的化工原料硫酸。某企业用下图所示的工艺流程生产硫酸:,请回答下列问题: (1)为使硫黄充分燃烧,经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%。为提高SO2转化率,经流量计2的氧气量为转化器中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍,则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为_。b管排出的尾气的处理方法是_ _。,与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是_(填字母序号)。 A.耗氧量减少 B.二氧化硫的转化率提高 C.产生的废气减少 D.不需要使用催化剂,(2)硫酸的用途非常广泛，其可应用于下列_方面(填字母序号)。 A.橡胶的硫化 B.表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成 C.铅蓄电池的生产 D.过磷酸钙的制备,(3)矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之 一。在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃 烧时SO2的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方 程式：_ _。,【解析】(1)燃烧室中的反应为S+O2 SO2，假设 SO2的体积为x，则流量计1中通入氧气的体积为1.5x， 转化器中的反应为2SO2+O2 2SO3，则流量计2中 通入氧气的体积为1.25x；故流经流量计1和流量计2的 空气体积比应为65；SO2为酸性氧化物，可以用碱液 (如氨水)吸收；,硫铁矿中铁的氧化需要消耗O2,A项正确;原料选择与SO2的转化率无关,B项错误;用硫铁矿为原料产生的废渣较多,但废气量相同,C项错误;用SO2制取SO3的过程中都需要使用催化剂,D项错误。,(2)橡胶硫化所用到的为单质硫,A项错误;烷基苯磺酸钠中含有磺酸基,制取过程中需要发生磺化反应,B项正确;铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅,C项正确;过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石,D项正确。 (3)CaCO3高温分解生成CO2和CaO,SO2为酸性氧化物,可以和碱性氧化物CaO反应生成CaSO3,而CaSO3易被氧化为CaSO4。,答案:(1)65 用氨水吸收 A (2)B、C、D (3)CaCO3 CaO+CO2,SO2+CaO=CaSO3, 2CaSO3+O2=2CaSO4,2.(2016湛江模拟)硫酸工业污染物排放标准中二氧化硫在尾气中的含量不得超过0.05 mgm-3,可见硫酸工业生产既要考虑经济效益,也要考虑社会效益。 (1)在用黄铁矿生产硫酸的过程中,与之无关的设备是_。 a.吸收塔 b.接触室 c.沸腾炉 d.氧化炉,(2)为了提高SO2转化为SO3的质量分数,工业上常使用适当过量的空气,这样从接触室导出的气体的成分是_。,(3)在硫酸工业中,常用浓硫酸而不用水吸收SO3是因为 _ _; 为了消除硫酸厂尾气排放对环境污染,常用氨水吸收SO2,化学方程式为_ _。,(4)催化氧化的原料气成分(体积分数)为SO28%,O211%,N281%。 压强及温度对SO2转化率的影响如下:,工业上,二氧化硫催化氧化过程采用的是常压而不是高压,主要原因是_。 分析上表数据可知,二氧化硫的催化氧化是放热反应,理由是_。,(5)接触法制硫酸的过程中,已知进入接触室的气体体积组成是:SO2占8%、N2占81%、O2占11%,在一定温度下,反应达到平衡后总体积变为原来的96.5%,则SO2转化为SO3的百分率为_。,【解析】(1)工业制硫酸的过程是黄铁矿石在沸腾炉中燃烧生成二氧化硫,二氧化硫在接触室中氧化为三氧化硫,三氧化硫在吸收塔中被浓硫酸吸收生成硫酸,所用设备中没有氧化炉。 (2)二氧化硫被空气氧化为三氧化硫是可逆反应,反应过程中使用的是空气,因此从接触室中导出的气体是SO3、O2、SO2、N2的混合气体。,(3)SO3与水反应为放热反应,直接用水吸收SO3,会形成酸雾,吸收速率慢,吸收不充分,因此用浓硫酸吸收SO3。 (4)观察表中数据,在温度400,常压下(0.1 MPa),SO2的转化率已经达到99.2%,增大压强,虽然可提高SO2的转化率,但增大程度很有限,而增大压强会增加动力成本和设备成本,因此二氧化硫催化氧化过程采用常压进行。,(5)假定反应前气体的体积为100,则SO2的体积为8、N2 的体积为81、O2的体积为11,经过催化氧化反应掉氧气 的体积为x,由反应2SO2+O2 2SO3,知反应平衡后 混合气体的体积为8-2x+11-x+2x+81=96.5,解得x=3.5。 SO2转化为SO3的百分率为 100%=87.5%。,答案:(1)d (2)SO3、O2、SO2、N2 (3)用水吸收易形成酸雾,阻碍SO3再吸收 SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3 (4)常压时SO2的转化率已经很大,增大压强会增加动力成本和设备成本 压强一定时,温度升高,SO2转化率下降 (5)87.5%,【加固训练】 1.硫酸制造业中采取以下几种措施: 改进煅烧黄铁矿的技术 氧化二氧化硫时使用催 化剂 在氧化二氧化硫的设备中安装热交换器 将二氧化硫进行多次循环氧化 回收利用尾气中 的二氧化硫。其中能减少酸雨产生的措施是 ( ) A. B. C. D.,【解析】选D。要减少酸雨就必须控制SO2的排放量,改 进煅烧黄铁矿的技术,只能使燃烧充分,不能使SO2的量 减少,错;使用催化剂只能加快反应速率,不会使SO2 的量减少,错;在氧化二氧化硫的设备中安装热交换 器,只能使热量充分利用,也不能减少SO2的排放量, 错。,2.在硫酸的工业制法中,下列生产操作与解释该生产操作的主要原因二者都正确的是 ( ) A.黄铁矿燃烧前要粉碎,因为大块的黄铁矿不能燃烧 B.SO3用98%的浓硫酸吸收,目的是防止形成酸雾,以便SO3吸收完全,C.SO2氧化为SO3时需使用催化剂,这样可以提高SO2的转化率 D.从沸腾炉出来的炉气需净化,因为炉气中SO2会与杂质反应,【解析】选B。本题考查化工生产中的技术处理问题。 可从化学反应速率、化学平衡移动及实际生产三个方 面考虑各种操作条件的原因。矿石粉碎是为了提高反 应速率,并不是因为大块的黄铁矿不能燃烧;用浓硫酸 吸收SO3是为了防止水与其形成酸雾;使用催化剂可以 提高反应速率,但不能提高SO2的转化率;从沸腾炉出来 的炉气需净化,因为炉气中的杂质会导致催化剂中毒。,3.工业上制硫酸的设备分为三大部分,一是沸腾炉、二是接触室、三是吸收塔。在沸腾炉内煅烧黄铁矿生成二氧化硫;在接触室内有催化剂存在下,二氧化硫进一步与氧气结合,生成三氧化硫;三氧化硫流经吸收塔时,采用98%的浓硫酸吸收,使三氧化硫最终与水化合形成硫酸。,下面的装置是仿照工业上制备硫酸的工艺流程设计出来的,用于探究工业上为何采用98%的浓硫酸吸收三氧化硫。,请回答下列问题: (1)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式:_ _。 (2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸设备中的_、_。,(3)丙中的现象为_, 丁中的现象为_。 (4)下表是压强和温度对SO2平衡转化率的影响:,对SO2转化为SO3的反应,增大压强可使转化率_, 通常采用常压操作的原因是_ _。,【解析】硫酸的工业生产分为三大步，其中第一步为 制气：4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2；乙、丙分别相当 于接触室、吸收塔；丙中无酸雾，丁中有酸雾；增大 压强，SO2转化率增大，但是因为常压下SO2的转化率 已很大，增大压强会增大成本和能量消耗，得不偿 失，所以采用常压操作。,答案：(1)4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 (2)接触室 吸收塔 (3)无酸雾 有酸雾 (4)增大 常压下SO2的转化率已很大，增大压强会增大成本和能量消耗，得不偿失,2.(2016鞍山模拟)目前，我国采用“接触法”制硫酸，设备如图所示：,(1)图中设备A的名称是_,该设备中主要反应的化学方程式为_。,(2)有关接触法制硫酸的下列说法中,不正确的是_。 A.二氧化硫的接触氧化在接触室中发生 B.吸收塔用浓度为98%浓硫酸吸收三氧化硫 C.煅烧含硫48%的黄铁矿时,若FeS2损失了2%,则S损失 2% D.B装置中反应的条件之一为较高温度,采用该温度是 为了提高SO2的转化率,E.硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量,(3)科研工作者开发了制备SO2再用电化学原理生产硫酸的方法,装置如图。为了稳定技术生产,硫酸的浓度应维持不变,则通入的SO2和水的质量比为_。,【解析】(1)“接触法”制硫酸的设备有沸腾炉、接 触室和吸收塔。沸腾炉中发生反应的化学方程式为 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2，接触室中发生反应的化 学方程式为2SO2+O2 2SO3，吸收塔中的化学方 程式为SO3+H2O=H2SO4。,(2)由于SO3与水反应时易形成酸雾,所以常用98%的浓硫酸作吸收剂。根据硫元素守恒,利用关系式可得S损失2%,由于SO2氧化成SO3为放热反应,升高温度有利于提高化学反应速率,但不利于提高SO2的转化率,接触室中的热交换器是用SO2氧化成SO3过程中放出的热量来预热SO2,实现能量的充分利用。,(3)发生反应的化学方程式为2SO2+O2+2H2O= 2H2SO4，设通入SO2与水的质量比为xy，则反应后 生成的H2SO4与H2O的质量比一定为11， 整理得,答案：(1)沸腾炉 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 (2)D、E (3)1629,考点二 工业合成氨 【核心知识通关】 1.反应原理: _(放热反应)。,N2+3H2 2NH3,2.基本生产过程： (1)造气。 N2来源于空气 方法一：将空气_ 方法二：空气 CO2、N2 _。,加压、降温,N2,H2来源于H2O和碳氢化合物，相关化学反应方程式 为_;_; CH4+2H2O CO2+4H2。,C+H2O CO+H2,CH4+H2O CO+3H2,(2)净化。 原料气中的主要杂质:H2S、CO、CO2、O2等。 杂质的主要危害:某些杂质会导致_。 净化方法。,催化剂中毒,a.用氨水吸收H2S: _。 b.CO转化为CO2:CO+H2O CO2+H2。 c.用K2CO3溶液吸收CO2: _。 d.用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理。,NH3H2O+H2S=NH4HS+H2O,K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3,(3)合成与分离。 设备:_。 氨的分离:通过_将氨液化,然后将液氨分离,分 离出来的混合气体经循环压缩机,再送到_中继续 合成。,合成塔,冷凝器,合成塔,合成,【特别提醒】 (1)合成氨反应的特点是可逆反应、放热反应、正反应是气体物质的量减小的反应。 (2)合成氨反应条件选择的标准是反应速率快、转化率高、催化剂的催化活性高。 (3)氨的工业合成常采用循环操作以降低工业成本。 (4)制得的N2、H2需要净化,清除杂质,以防止催化剂“中毒”。,【高考模拟精练】 1.(2016沧州模拟)将N2和H2在一定条件下反应,通过一定方法制得纯净的NH3,将所得NH3和足量的O2通过装置中的催化剂,发生氨的催化氧化反应。请根据你已学知识,回答下列问题:,增大压强有利于N2+3H2 2NH3这一反应平衡正 向移动,为何不采用更大的压强?_ _。,(2)如图所示是NH3和O2通入含催化剂的装置,发生反应,从A处导出的气体成分是_。 假设该实验制得纯净的NO气体,则应_, 使这些气体完全转化为HNO3。,(3)若该实验结束时,有剩余尾气NO和NO2,为防止污染空气,将其通入NaOH溶液,能恰好反应生成NaNO2,则尾气中NO和NO2的物质的量之比为_,该反应中氧化剂为_,还原产物为_。,【解析】(1)选用500这一条件要从反应速率、催化剂活性和原料的转化率的角度来考虑,该温度下,原料转化率较高,且催化剂活性最强,反应速率快;虽然增大压强有利于该反应平衡正向移动,但压强越大,对制备装置的要求越高,能耗也越大,会大幅度增加工业成本,因此不采用更大的压强。,(2)回答从A处导出的气体成分时,容易因考虑不全面, 错答为NH3、O2、NO,这是因为忽视NO和O2之间的反应, 而漏掉了NO2的存在,又因为只要有NO2,则一定存在2NO2 N2O4,故从A处导出的气体是NH3、O2、NO、NO2、 N2O4的混合气体。若想使NO完全转化为HNO3,则必须通 入足量O2,在水中使之发生反应生成HNO3。,(3)尾气和NaOH恰好反应生成NaNO2,由NO+NO2+2NaOH =2NaNO2+H2O可知,尾气中NO和NO2物质的量相同,NO2 作氧化剂,NaNO2既是氧化产物又是还原产物。,答案:(1)该温度下,原料转化率较高,且催化剂活性最强,反应速率快 压强越大对制备装置的要求越高,能耗也越大,会大幅度增加工业成本,因此不采用更大的压强 (2)NH3、O2、NO、NO2、N2O4的混合气体 将NO与足量的O2一起通入水中 (3)11 NO2 NaNO2,2.(2016保定模拟)合成氨的流程示意图如下:,回答下列问题: (1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的,通常使用的两种分离方法是_ _, _; 氢气的来源是水和碳氢化合物,写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式_,_;,(2)设备A中含有电加热器、触媒和热交换器,设备A的名称是_,其中发生的化学反应方程式为_; (3)设备B的名称是_,其中m和n是两个通水口,入水口是_(填“m”或“n”)。不宜从相反方向通水的原因是_;,(4)设备C的作用是_; (5)在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用,欲除去原料气中的CO,可通过如下反应来实现: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 已知1 000 K时该反应的平衡常数K=0.627,若要使CO的转化率超过90%,则起始物中c(H2O)c(CO)不低于_。,【解析】(1)提取空气中的氮气可用物理方法分离液态空气法,也可以用化学方法反应掉其中的氧气。 (3)冷凝分离产品设备为冷凝器,入水口应该在下面,因逆向冷凝效果好。 (4)分离器是气液分离专用设备。,(5)以转化率为90%为基准计算,用平衡常数求水与一氧化碳浓度比。 设CO、H2O起始浓度分别为x、y CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) c起 x y 0 0 c变 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x c平 0.1x y-0.9x 0.9x 0.9x,K= =0.627 yx=13.8。只要水更多一些,则转化率会超过90%。,答案:(1)液化、分馏 与碳反应后除去CO2 C+H2O CO+H2 CH4+H2O CO+3H2 (2)合成(氨)塔 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) (3)冷却塔(或冷凝器) n 高温气体由冷却塔的上端进入,冷却水从下端进入,逆向冷却效果好 (4)将液氨与未反应的原料气分离 (5)13.8,【加固训练】 1.利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下:,依据上述流程,完成下列填空: (1)天然气脱硫时的化学方程式是_ _。 (2)nmol CH4经一次转化后产生CO 0.9nmol,产生H2 _mol(用含n的代数式表示)。,(3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行,加压的理论依据是_。 A.相似相溶原理 B.勒夏特列原理 C.酸碱中和原理,(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于_ _(写出CO2的一种重要用途)。 (5)整个流程有三处循环,一是Fe(OH)3循环,二是K2CO3(aq)循环,请在上述流程图中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。,【解析】(1)流程图中已给出反应物是H2S和Fe(OH)3, 生成物是Fe2S3和H2O,CH4没有参与反应,写出方程式再 配平即可。 (2)写出此反应的方程式:CH4+H2O CO+3H2,可以 看出产生H2应为30.9nmol=2.7nmol。 (3)CO2为气体,加压有利于平衡右移,利用的是勒夏特 列原理。,(4)此题考查了学生对CO2用途的记忆,任写一种用途即可。 (5)合成氨反应是可逆反应,H2和N2的转化率低,必须循环利用。,答案:(1)3H2S+2Fe(OH)3=Fe2S3+6H2O (2)2.7n (3)B (4)生产纯碱(或作致冷剂等,其他合理答案也可以) (5),2.合成氨是“将空气变成面包”的反应,合成氨工业在国民经济中占有重要地位。下图是合成氨的简要流程图:,.原料气的制备 (1)合成氨所需氮气来自空气,方法之一是将空气液化后再加热分离;请另设计一种从空气中分离出氮气的方法:_ _。 (2)请写出工业上获得氢气的一种方法(用化学方程式表示):_。,.原料气的净化 为了防止催化剂“中毒”,原料气在进入压缩机之前必须经过净化、精制处理,“精制”过程通常是将含有少量CO、CO2、O2和H2S等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨(CH3COOCu(NH3)2)溶液,以获得纯净的原料气。其中,吸收CO的反应为 CO+CH3COOCu(NH3)2+NH3H2O CH3COOCu(NH3)3CO+H2O(l) H0。,(3)为提高CO的吸收率,可采取的有效措施是_ _。 (4)除去氧气时,氧气将CH3COOCu(NH3)2氧化为 (CH3COO)2Cu(NH3)4,则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是_。,.氨的合成 (5)合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是_(填序号)。 A.采用较高的压强(2050 MPa) B.采用500的高温 C.用铁触媒作催化剂 D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来,N2和H2循环到合成塔中并补充N2和H2,【解析】.空气的主要成分为氧气和氮气,设法除去氧气后即可得到氮气。 .该反应是一个气体体积减小的放热反应,根据平衡移动原理,增大压强、降低温度都有利于平衡正向移动,提高CO的转化率。氧气将CH3COOCu(NH3)2氧化为 (CH3COO)2Cu(NH3)4时,铜元素的化合价由+1价升高到+2价,CH3COOCu(NH3)2是还原剂,O2是氧化剂,根据电子得失守恒原理,可知二者的物质的量之比是41。,.合成氨反应是一个气体体积减小的放热反应,增大压强、降低温度、增大反应物浓度或减小生成物浓度等措施都可以使平衡正向移动。实际操作中,采用500的高温,是考虑催化剂的催化效率,兼顾平衡转化率和反应速率的结果。催化剂能同等程度改变反应速率,不能使平衡发生移动。,答案:(1)将空气与碳作用生成CO2,除去CO2即可得到氮 气(其他合理答案也可) (2)C+H2O CO+H2(或CO+H2O CO2+H2或其他合理 答案) (3)降低温度、增大压强 (4)41 (5)A、D,3.制取硝酸铵的流程图如下:,请回答下列问题： (1)合成氨原料的来源：_。 (2)已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.4 kJmol-1。 为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取的措施是 _。,(3)氨催化氧化的化学方程式为_ _； Pt-Rh合金网的作用为_， Pt-Rh合金网未预热也呈红热状态的原因是_ _。,(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物， 如何消除它们对大气的污染？_ _。 写出有关化学反应方程式：_ _。 (5)硝酸铵的两种主要用途是_ _。,(6)在一定温度和压强的密闭容器中，将平均相对分 子质量为8.5的H2和N2混合，当该反应达到平衡时， 测出平衡混合气的平均相对分子质量为10，试求此 时N2的转化率和平衡混合气体中NH3的体积分数 _、_。,【解析】(1)氮气的来源是空气，而氢气来源于燃料(煤、石油产品等)与水反应的产物。 (2)为提高合成氨的产率，可采取增压、及时分离出氨等措施。 (3)氨的催化氧化反应为放热反应，故Pt-Rh合金网虽未预热也呈红热状态。 (4)氮的氧化物可以用碱液吸收消除其危害。 (5)硝酸铵可以作化肥，也可以用于制炸药等。,(6)根据“十字交叉法”可得： 则 n(N2)n(H2)=6.519.5=13。设反应前混合气体 的总物质的量为4 mol，平均相对分子质量与气体的 总物质的量成反比，设反应后气体的总物质的量为 xmol，则有 x=3.4，反应前后气体的物质的 量差值为0.6 mol，设反应消耗N2的物质的量为ymol， 生成氨的物质的量为zmol，则有：,N2 + 3H2 2NH3 物质的量之差 1 2 2 ymol zmol 0.6 mol y=0.3，z=0.6，N2的转化率为 100%=30%； 氨的体积分数为 100%17.6%。,答案：(1)N2来源于空气，H2可来源于水煤气 (2)增压、及时分离出氨等 (3)4NH3+5O2 4NO+6H2O 作催化剂 氨的催化氧 化反应是放热反应，可使Pt-Rh合金网达到一定温度呈 红热状态,(4)可用碱溶液吸收氮的氧化物 NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O (5)可用于制造化肥和炸药 (6)30% 17.6%,考点三 纯碱的生产 【核心知识通关】 1.氨碱法(索尔维制碱法): (1)原料:_。,食盐、氨、二氧化碳,(2)反应原理。 第一步：生成碳酸氢钠和氯化铵 _。 _。 第二步：制取碳酸钠 _。,NH3+CO2+H2O=NH4HCO3,NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl,2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O,2.联合制碱法(侯氏制碱法)： 联合制碱法即将_和_联合生产的改进工艺。 反应原理： 第一步：_。 第二步：_。,氨碱法,合成氨,NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3+NH4Cl,2NaHCO3 Na2CO3+ CO2+H2O,【特别提醒】 向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳的顺序容易记反。应先通氨气再通二氧化碳,因为氨气在水中的溶解度大,先通氨气会吸收更多的二氧化碳,有利于生成较多的碳酸氢钠而析出。,【高考模拟精练】 1.(2015山东高考)工业上利用氨氧化获得的高浓度 NOx气体(含NO、NO2)制备NaNO2、NaNO3,工艺流程如下:,已知:Na2CO3+NO+NO2=2NaNO2+CO2 (1)中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外,还有_(填化学式)。 (2)中和液进行蒸发操作时,应控制水的蒸发量,避免浓度过大,目的是_。 蒸发产生的蒸气中含有少量的NaNO2等有毒物质,不能直接排放,将其冷凝后用于流程中的_(填操作名称)最合理。,(3)母液进行转化时加入稀HNO3的目的是_。 母液需回收利用,下列处理方法合理的是_。 a.转入中和液 b.转入结晶操作 c.转入转化液 d.转入结晶操作 (4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为21,则生产1.38吨NaNO2时,Na2CO3的理论用量为_吨(假定Na2CO3恰好完全反应)。,【解析】(1)NO2与碱液反应可生成NaNO3。 (2)浓度过大时,NaNO3可能会析出;NaNO2有毒,不能直接排放,回收后可用于流程中的溶碱。 (3)NaNO2在酸性条件下易被氧化,加入稀硝酸可提供酸性环境;母液的溶质主要是NaNO3,所以回收利用时应转入转化液,或转入结晶操作,故c、d合理。,(4)1.38吨NaNO2的物质的量为1.3810669 gmol-1 =2104mol,则生成NaNO3的物质的量为1104mol,根据钠原子守恒可知,Na2CO3的理论用量为1/2(2104+1104)mol106 gmol-1=1.59106g =1.59吨。,答案:(1)NaNO3 (2)防止NaNO3的析出 溶碱 (3)将NaNO2转化为NaNO3 c、d (4)1.59,2.(2016莆田模拟)长效碳酸氢铵是我国自主开发的一种新型化肥,工业生产碳酸氢铵的工艺流程如图:,根据题意回答下列问题: (1)操作由多步组成,包括冷却、过滤、洗涤、干燥;实验室进行过滤操作用到的玻璃仪器有_,实验室进行该洗涤操作时宜用酒精代替水洗涤,理由是_ _。,(2)分离工序是将氨从反应混合物中分离出来,其分离原理利用了氨的_性质,设计循环的目的是 _。 (3)造气工序包括脱硫过程,目的是除去气体中的SO2等气体,实验室进行此操作可选用的试剂是_(填写编号)。 A.NaHCO3溶液 B.NaOH溶液 C.Ca(OH)2溶液 D.Na2SO3溶液,(4)实验室实现吸氨过程可以是下列装置中的_(填写编号)。,(5)索尔维创建氨碱法不久后的1898年,施莱信(Schlosing)就提出用碳酸氢铵固体与氯化钠饱和溶液作用生成碳酸氢钠再加热制纯碱的方法。写出生成碳酸氢钠的化学方程式:_; 为了进一步提纯碳酸氢钠晶体,可采用的方法有_(填写编号)。 A.加热灼烧法 B.重结晶法 C.酸中和法 D.碱沉淀法,【解析】(1)操作由多步组成,包括冷却、过滤、洗涤、干燥;实验室进行过滤操作用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒;实验室进行该洗涤操作时宜用酒精代替水洗涤,理由是减少洗涤时固体碳酸氢铵的损失。,(2)分离过程是将氨从反应混合物中分离出来,其分离原理利用了氨加压易液化变为液体,反应是可逆反应,把原料气氮气和氢气循环使用,提高原料利用率。 (3)生成过程中需要造气通入二氧化碳酸性气体,所以除去二氧化硫不能选用强碱,B、C不符合,碳酸氢钠、亚硫酸钠溶液可以吸收二氧化硫,不与二氧化碳反应,A、D正确。,(4)氨气极易溶于水,用水吸收需要防止倒吸。A、B装置水直接吸收氨气易发生倒吸;C装置吸收完全,不易发生倒吸;D装置氨气不溶于四氯化碳,上升过程中被水完全吸收防止了倒吸,D符合。,(5)用碳酸氢铵固体与氯化钠饱和溶液作用生成碳酸氢 钠,反应的化学方程式为NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+ NH4Cl,为了进一步提纯碳酸氢钠晶体,可采用的方法是 重结晶。,答案:(1)烧杯、漏斗、玻璃棒 减少洗涤时固体碳酸氢铵的损失 (2)易液化 提高原料气的利用率 (3)A、D (4)C、D (5)NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl B,【加固训练】 1.联碱法(侯氏制碱法)和氨碱法的生产流程简要表示如下图:,(1)沉淀池中发生反应的化学方程式为_。 (2)X是_,Y是_。(填化学式) (3)Z中除了溶解的氨气、食盐外,其他溶质还有_; 排出液W中的溶质除了氢氧化钙外,还有_。 (4)从理论上分析,在氨碱法生产过程中_(填“需要”“不需要”)补充氨气,从原料到产品,氨碱法总反应过程用化学方程式可表示为_。,(5)根据联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程推测,所得结论正确的是_。 a.常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小 b.通入氨气的目的是使氯化铵更多析出 c.加入食盐细粉的目的是提高Na+的浓度,促进碳酸氢钠结晶析出,(6)联碱法中,每当通入44.8 L NH3(已折合成标准状况下)时可以得到纯碱100.0 g,则NH3的利用率为_。 相比于氨碱法,联碱法的一项优点是_。,【解析】(1)在沉淀池里氯化钠、氨气、二氧化碳和水反应生成碳酸氢钠和氯化铵,化学方程式为NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl。 (2)X是碳酸氢钠分解产生的二氧化碳;Y是氯化铵溶液中加入生石灰反应生成的氨气。,(3)联碱法在沉淀池所得母液中主要成分为氯化铵和少量碳酸氢钠,加入氯化钠粉末会使氯化铵部分析出,通入氨气使碳酸氢钠转化为碳酸钠,故在Z溶液中含有氨气、食盐、碳酸钠、氯化铵等。氨碱法在沉淀池所得母液中主要成分也为氯化铵和少量碳酸氢钠,加入氧化钙后会生成氯化钙和氯化钠并生成氨气,故排出液中的主要成分为氯化钙、氯化钠,以及过量的氢氧化钙。,(4)理论上氨碱法不消耗氨气,由化学方程式 CaCO3 CaO+CO2 CaO+H2O=Ca(OH)2 NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O 2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O 可得:CaCO3+2NaCl=Na2CO3+CaCl2,(5)联碱法中从母液中提取氯化铵晶体,往往要向母液 中加入氯化钠细小粉末,并通入氨气,其目的就是使氯 化铵更多析出。 (6)根据NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl, 2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O 得关系式2NH3Na2CO3,标准状况下,44.8 L NH3即 2 mol,生成1 mol Na2CO3,即106 g Na2CO3。故NH3的利 用率(与碳酸钠的产率相等)= 100%=94.3%。,答案:(1)NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl (2)CO2 NH3 (3)Na2CO3、NH4Cl CaCl2、NaCl (4)不需要 CaCO3+2NaCl=Na2CO3+CaCl2 (5)b (6)94.3% 不产生无用的CaCl2(或提高了食盐的转化率等),2.工业生产纯碱的工艺流程示意图如下:,完成下列填空: (1)实验室提纯粗盐的实验操作依次为取样、_、 沉淀、_、_、冷却结晶、_、烘干。,(2)工业生产纯碱工艺流程中,碳酸化时产生的现象是 _。 碳酸化时没有析出碳酸钠晶体,其原因是_ _。,(3)碳酸化后过滤,滤液D最主要的成分是_ _(填写化学式),检验这一成分的阴离子的具体方法是_ _。,(4)氨碱法流程中氨是循环使用的,为此,滤液D加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生反应的离子方程式为 _, 滤液D加石灰水前先要加热,原因是_。,【解析】在粗盐的提纯过程中,操作依次为取样、溶解、 沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶后再过滤,最后烘干,在 生产工艺中碳酸化就是将 全部转变成 ,由于 NaHCO3的溶解度小而从溶液中首先析出,所以碳酸化时 产生的现象是出现浑浊。溶液析出NaHCO3固体后,滤液 D中有NH4Cl和少量的NaHCO3,要检验NH4Cl中的Cl-,先用 HNO3酸化,再加入AgNO3溶液有AgCl白色沉淀产生,在滤,液D中加石灰水,目的是生成氨,若不先加热,会使OH-先 与 反应有CaCO3沉淀产生,故加石灰水前先加热然 后用OH-与 反应放出NH3。,答案:(1)溶解 过滤 蒸发 过滤 (2)有晶体析出(或出现浑浊) 碳酸钠溶解度比碳酸氢 钠大 (3)NH4Cl 取样,加硝酸酸化,加硝酸银,有白色沉淀, 该阴离子是氯离子 (4) +OH-=NH3+H2O 防止加石灰水时产生碳酸 钙沉淀,3.纯碱是重要的化工产品,可用来制玻璃、制皂、造纸、 纺织、印染等。其合成及其他综合利用过程如图所示:,(1)图中制取的原料气体是_。原料气中的一种气体来源于碳氢化合物和水。请写出甲烷和水在催化剂和高温条件下反应的方程式:_ _。,(2)工业生产中,设备A中发生的化学反应方程式是_ _, 母液中可提取的副产品是_。 (3)尿素CO(NH2)2适用于各种土壤,在土壤中尿素发生水解,生成两种气体,其水解的化学方程式是_ _。 (4)纯碱的水溶液可用来洗涤油污,理由是_ _(结合相关离子方程式解释)。,(5)上述流程中,可循环使用的物质是_。 (6)图中所示工业制碱法获得的纯碱中常含有NaCl杂质,用下述方法可以测定样品中NaCl的质量分数。,样品中NaCl质量分数的表达式为_。,【解析】(1)根据题中的流程图可知,原料气为N2、H2, 用于合成氨;甲烷和水在催化剂和高温条件下反应生成 二氧化碳和氢气或一氧化碳和氢气,注意标明反应条件。 (2)根据侯氏制碱法工业生产原理,设备A中为二氧化碳 气体通入氨饱和的食盐水中,得到碳酸氢钠晶体和副产 品氯化铵。 (3)尿素水解生成的两种气体分别为二氧化碳和氨气。,(4)纯碱的水溶液呈碱性：C +H2O HC +OH-， 能促使油脂发生皂化反应。 (5)因氨的合成为可逆反应，N2、H2需循环利用，再结 合图中工艺流程，CO2和NaCl也循环利用。 (6)根据Na2CO3BaCO3，样品中碳酸钠的质量为 所以样品中氯化钠的质量分数为(1- )100%。,答案：(1)N2、H2 CH4+2H2O CO2+4H2或 CH4+H2O CO+3H2 (2)NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3 NH4Cl (3)CO(NH2)2+H2O=2NH3+CO2 (4)C +H2O HC +OH-，溶液显碱性，促进油脂发 生皂化反应 (5)N2、H2、CO2、NaCl (6)(1- )100%,考点四 精细化工与农药、化肥、合成洗涤剂 【核心知识通关】 1.精细化学品的种类和生产特点: (1)种类:医药、农药、染料和颜料、涂料、黏合剂、表面活性剂、催化剂、食品和饲料添加剂、塑料、合成纤维和橡胶用添加剂等。,(2)生产特点。 品种多、批量小; 生产流程和设备复杂、综合性和功能性强; 技术密集、附加值高。,2.常见化肥的种类、作用和施用注意事项:,CO(NH2)2,草木灰,3.农药农作物的保护神: (1)分类。,石硫合剂,波尔多液,(2)农药对土壤和环境造成的不良影响。 对农产品造成污染,危及食品安全; 对环境造成严重污染,危及人类身体健康和生命安全; 破坏生物链,影响生态平衡。,4.洗涤剂工业: (1)肥皂的生产。 原理:油脂在_条件下水解生成高级脂肪酸盐(肥 皂的主要成分)。 工艺流程。,碱性,(2)合成洗涤剂。 表面活性剂。 如十二烷基苯磺酸钠:,憎水基团 亲水基团,洗涤剂:主要成分是表面活性剂,是能够发挥去污作用的主要物质,还含有助剂、杀菌剂、织物柔顺剂等辅助成分。,【高考模拟精练】 1.(2014全国卷)磷矿石主要以磷酸钙Ca3(PO4)2H2O和磷灰石Ca5F(PO4)3、Ca5(OH)(PO4)3等形式存在。图(a)为目前国际上磷矿石利用的大致情况,其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。图(b)是热法磷酸生产过程中由磷灰石制单质磷的流程。,部分物质的相关性质如下:,回答下列问题： (1)世界