高中化学人教版12　硫酸和硝酸的工业制备

培优微课硫酸和硝酸的工业制备一、硫酸的工业制备1.工业上接触法制硫酸的主要设备及生产流程如下图：填写下列各进口或出口物质的名称A__________________(如___________________________)；B_______________________________________________；C______________________________________________________________________________________________；D______________________________________________________________________________________________。提示含硫矿石FeS2炉渣二氧化硫、氧气、氮气尾气(SO2、O2、N2)2.接触法制硫酸分为三个阶段，如下表。三原料硫黄或含硫矿石(硫铁矿)空气98.3%的浓硫酸三阶段造气(生成SO2)接触氧化(生成SO3)SO3被吸收(生成H2SO4)三设备沸腾炉接触室吸收塔三反应(均放热)S＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))SO2；4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO22SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3SO3＋H2O=H2SO4二、硝酸的工业制备1.原料氨(由氢气和空气制得)、空气和水。2.流程注意在上述流程中，每一步反应均为氧化还原反应，氮元素的化合价均发生变化。相关化学方程式：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH34NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O2NO＋O2=2NO24NO2＋O2＋2H2O=4HNO33.尾气吸收2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2ONO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O1.在硫酸的工业制法中，下列措施以及采取这些措施的原因分析都正确的是()A.硫铁矿燃烧前需要粉碎，这样易于向沸腾炉中投料B.炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应C.SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可以使SO2全部转化为SO3D.SO3的吸收一般用98.3%的浓H2SO4，而不用水，因为用水吸收易形成酸雾，不利于SO3的吸收答案D解析将硫铁矿石粉碎，能增大矿粒与空气的接触面积，使燃烧更快、更充分，从而提高硫铁矿的利用率，故A错误；净化SO2的目的是防止杂质使催化剂中毒，干燥的目的是防止水蒸气与SO2、SO3反应生成的酸腐蚀设备，故B错误；SO2转化为SO3的反应是可逆的，不可能完全转化为SO3，故C错误。2.工业上制硫酸的设备分为三大部分：沸腾炉、接触室、吸收塔。下面的装置是仿照工业上制备硫酸工艺的流程设计出来的，用于探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。请回答下列问题：(1)写出沸腾炉内煅烧硫铁矿的反应方程式：__________________________________________________________________。(2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸装置中的________、________。(3)从乙装置中出来的气体有_____________________。(4)丙装置的作用为_______________________________________________，丁中的现象为_______________________________________________。(5)本实验设计还存在的较明显缺陷是______________________。答案(1)4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2(2)接触室吸收塔(3)SO2、O2、SO3(4)吸收SO3有酸雾产生(5)缺少尾气吸收装置解析乙装置相当于接触室，将SO2催化氧化为SO3，由于该反应是一个可逆反应，故从乙装置中出来的气体中含有SO2、O2、SO3；丙装置相当于吸收塔，用浓硫酸吸收SO3；丁装置是用水吸收SO3，SO3溶于水会放出大量的热，使水汽化为水蒸气，从而形成酸雾；本实验中缺少尾气吸收装置。3.NH3和HNO3是重要的工业产品，下图是合成氨和氨氧化制硝酸的工艺流程。(1)合成塔中发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________。(2)氨分离器中压强约为15MPa，温度约为－20℃，分离氨应用了氨________的性质，从氨分离器中又回到合成塔中的物质是________________________。(3)氧化炉中发生反应的化学方程式是____________________________________________________________________________。(4)尾气中的少量NO、NO2可以用NH3来处理，在催化剂作用下生成无污染的气体，写出NO2和NH3反应的化学方程式_________________________________________________________________________。当有标况下5.6LNO2被还原时，转移电子的物质的量为________mol。(5)氧化炉中出来的气体，先降温再进入吸收塔，吸收塔中通入空气的作用是______________________________________________________________________________________________。答案(1)N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3(2)易液化N2、H2(3)4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O(4)6NO2＋8NH3eq\o(=,\s\up7(催化剂))7N2＋12H2O1(5)使NO2和NO尽可能都转化为HNO3解析(1)合成塔中发生的反应是氮气和氢气的化合反应，反应的化学方程式是N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3。(2)氨分离器中压强约为15MPa，温度约为－20℃，分离氨应用了氨易液化的性质。由于是可逆反应，因此为了提高原料的利用率，从氨分离器中又回到合成塔中的物质是氮气和氢气。(3)氧化炉中发生的反应是氨气的催化氧化，则反应的化学方程式是4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O。(4)尾气中的少量NO、NO2可以用NH3来处理，在催化剂作用下生成无污染的气体，因此生成的气体是氮气，则NO2和NH3反应的化学方程式为6NO2＋8NH3eq\o(=,\s\up7(催