第七篇 重要的工业产品

1、第七篇 重要的工業產品7.1 氮肥a.施肥的目的是為補充土壤中所含的礦物質(例如含磷、鉀和氮的鹽), 使土壤有均衡的養料供應植物生長, 增加農作物的收成, 以應付人口不斷增加的需要。b.不同種類的肥料:肥料的種類製造方法優點缺點堆肥由天然物質造成, 例如動物糞便、動植物的腐爛物較少污染環境成份難以控制化肥由化學方法合成, 例如硫酸銨、硝酸銨成份較易控制污染水源和土壤;製造化肥時引致污染問題c.硫酸銨和硝酸銨是兩種有用的氮肥。氮肥中氮的質量百份比計算方法如下: 1.硫酸銨中氮的質量百份比: 硫酸銨的化學式是: (NH4)2SO4 硫酸銨的摩爾質量 = (14 + 1*4)*2 + 32 + 16

2、*4 = 132 g mol-1 1摩爾氮肥中氮原子所佔的質量 =14*2 =28 gmol-1 氮肥中氮的質量百份比 = 28/132 *100% =21.21% 2.硝酸銨中氮的質量百份比: 硝酸銨的化學式是: NH4NO3 硝酸銨的摩爾質量 = 14 + 1*4 + 14 + 16*3 = 80 gmol-1 1摩爾氮肥中氮原子所佔的質量 =14*2 =28 gmol-1 氮肥中氮的質量百份比 = 28/80 *100% = 35%d.生產硫酸銨肥料的步驟:1.原料: 氨是由哈柏法生產; 硫酸是由接觸法生產的。2.氨通入稀硫酸中, 或把氨水加入稀硫酸中, NH3(g) + H2SO4(a

3、q) (NH4)2SO4(aq) 或 NH3(aq) + H2SO4(aq) (NH4)2SO4(aq)3.結晶法(把溶液加熱, 使過量的氨和水份蒸發, 生成濃硫酸銨溶液, 然後讓溶液冷卻, 便有硫酸銨結晶析出。)4.過濾法5.烘乾e.製氨(哈柏法) N2(g) + 3H2(g) Á 2NH3(g) 溫度:500 壓力: 200atm 催化劑: 鐵粉(Fe) Á代表此反應是可逆反應。1.原料: 用分餾法從液態空氣中取得氮, 氫則可從天然氣與水蒸氣的反應製得。2.把氮和氫純化, 除去氣體裡的雜質(例如塵埃、二氧化碳等)3.把氮和氫乾燥, 除去氣體裡的水份4.以1:3的比例把氮

4、和氫混合, 加壓至200大氣壓力5.鐵粉作為催化劑, 溫度約500時, 氮和氫反應產生氨。6.加壓和冷卻, 使氨液化並從混合氣體中分離出來。7.應的氣體則會與更多的氮和氫混合, 再循環反應。f. 亞佛加德羅定律1.亞佛加德羅定律: 相等摩爾數的任何氣體在相同氣溫和壓力的情況下, 它們所佔的體積也是相同的。2.在相同的溫度和壓力下, 氣體體積的比例等於氣體的摩爾數比。3.在室溫和一大氣壓力下, 一摩爾的任何氣體的體積均為24 dm3 mol-1(摩爾體積)。氣體摩爾質量(g mol-1)摩爾體積(dm3 mol-1)氫224氮2824氨17244.有關氣體體積和質量的計算 (i) 在鐵的催化下,

5、 氮氣與氫氣可結合生成氨氣。試計算可與203氮氣完全反應的氫氣的體積。" (ii)在室溫和一大氣壓力下, 把1.46g的鎂, 加入過量的氫氯酸中。試計算所生成的氫氣的體積。" (iii) 在室溫和一大氣壓力下, 把150cm3丙烯完全燃燒。試計算燃燒時所需氧氣的體積, 和所生成二氧化碳的體積。"g.氨的性質、測試和用途1.氨的物理性質 i.無色 ii.比空氣輕 iii.有毒 iv.具刺激性氣味(測試氨的方法之一) v.容易液化 vi.易溶於水, 溶解度高, 生成鹼性溶液(氨水)2.氨的化學性質 i.使石蕊試紙變藍色(氨是唯一的常見鹼性氣體) ii.與酸反應生成銨鹽

6、: 例如: 2NH3(g) + H2SO4(aq) (NH4)2SO4(aq) 2NH3(g) + HNO3(aq) NH4NO3(aq) NH3(g) + HCl(aq) NH4Cl(aq)iii.與氯化氫反應生成氯化銨 NH3(g) + HCl(g) NH4Cl(s) iv.氨在純氧中燃燒, 產生氮氣和水" v. 在鉑銠合金催化下, 氨與氧反應生成一氧化氮"3.氨的測試方法i.氨具特殊氣味, 可憑氣味辨認氨ii.氨使石蕊試紙變藍色iii.氨與氯化氫反應, 產生白煙4. 氨的用途 i.製肥料 ii.用作清潔劑-抹玻璃水氨水是鹼性的, 能分解油脂, 生成皂性物質, 使油脂更

7、易被清洗。 iii.製造硝酸"h.硫酸1.製造硫酸的工業方法(接觸法) "i.原料: 二氧化硫-是從燃燒硫磺而得到二氧化硫:" 或從焙燒含硫礦物而得到二氧化硫:" 氧氣(空氣)ii.把二氧化硫和空氣淨化和乾燥, 除去氣體裡的雜質(例如塵埃、二氧化碳、水份等), 避免毒害催化劑。iii.把二氧化硫和過量的空氣混合, 通入催化反應室。iv.氧化釩(V)作為催化劑, 溫度約450時, 二氧化硫和氧反應產生三氧化硫。v.把三氧化硫通入吸收室, 被98%濃硫酸吸收, 生成發煙硫酸。(若把三氧化硫直接與水反應, 由於反應太劇烈, 會產生酸霧, 難以收集。)vi.將發

8、煙硫酸加入適量的水中, 產生更多的98%濃硫酸。2.二氧化硫的測試 i.二氧化硫具特殊刺鼻氣味, 可透過氣味辨認二氧化硫 ii.使石蕊試紙變紅色iii.使重鉻酸鉀溶液由橙色變綠色3.硫酸的用途 i.製肥料 ii.製造清潔劑iii.製造油漆添加劑, 例如硫酸鋇、硫酸鈣i.在本港設置工廠生產氨和硫酸的適當性1.資源是否容易得到 哈柏法製氨的原料是氮氣和氫氣, 氮氣可從液體空氣的分餾獲得, 而氫氣則需利用天然氣或石腦油與水蒸氣反應而製得。在香港, 無論是天然氣還是石腦油都須要從外地輸入。 除了空氣和水外, 接觸法製硫酸的原料是二氧化硫, 須從燃燒硫或焙燒含硫礦物得到, 這兩種物質香港都沒有出產, 要

9、倚靠外地輸入。2.產品的需求問題 氨的用途包括製肥料、用作清潔劑(抹玻璃水)及製造硝酸。硫酸的用途包括製肥料、製造清潔劑和製造油漆添加劑等。香港不是農產地區, 也不是高度工業化的城巿, 因此對氨和硫酸的需求不大。3.對環境的衝擊化工廠會產生大量的化學廢料, 造成環境污染。這些工廠應設置在遠離居且附近有廢料處理設施的地點。但是, 香港地少人多, 寸金尺土, 不適宜設置需要大片土地的化工廠。7.2 漂白劑A.漂白劑是一種用於洗衣的重要家用化學藥品。常用的漂白劑可分為兩類:1.氯漂白劑2.非氯漂白劑(二氧化硫或亞硫酸根離子是另一種重要的工業漂白劑)B.氯漂白劑的製備原料: 1.氯氣 2.鹼(氫氧化鈉

10、溶液)反應: 把氯氣溶於鹼性溶液中Cl2(g) + 2NaOH(aq) NaCl(aq) + NaOCl(aq) + H2O(l)Cl2(g) + 2OH-(aq) Cl-(aq) + OCl-(aq) + H2O(l)氯漂白劑的有效成份: 次氯酸鈉(NaOCl(aq) 或 次氯酸根離子(OCl-(aq)是強氧化劑, 具有良好的漂白和殺菌功效C.氯的製造 i.電解飽和鹽水在電解過程中, 氫離子和氯離子不斷被消耗, 氫氧根離子和鈉離子卻在溶液中積聚, 因此, 電解池中的溶液會逐漸變為氫氧化鈉水溶液。電解產生的氯氣與電解池中生成的氫氧化鈉水溶液反應, 便可製得氯漂白水。陽極陰極陽極反應陰極反應實驗

11、室裝置石墨石墨2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e-2H+(aq) + 2e- H2(g)汞電解池石墨汞2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e-Na+(aq) + e- + Hg(l) Na/Hg(l)2Na/Hg(l) + 2H2O H2 + 2NaOH + Hg(l)天廚味精化工廠鈦合金鋼2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e-2H+(aq) + 2e- H2(g)ii.將氯漂白劑酸化產生氯Cl-(aq) + OCl-(aq) + 2H+(aq) Cl2(g) + H2O(l)D.氯的性質 i.氯氣的物理性質 1.黃綠色氣體 2.有毒, 破壞人體呼吸系統 3.酸性, 使濕潤的石蕊試

12、紙變紅色, 然後變白 4.具特殊氣味(辨認氯氣的方法之一) 5.比空氣重(2.5倍) 6.可溶於水, 產生氯水 7.在有機溶劑中溶解度較大(e.g. 1,1,1-三氯乙烷, 己烷)ii.氯氣的化學性質 氯氣是強氧化劑, 因此氯氣的腐蝕性頗高。 1.氯氣與金屬反應 反應速率隨金屬活潑序遞減: 2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(s) Cu(s) + Cl2(g) CuCl2(s) 2.氯氣與非金屬反應 P4(s) + 6Cl2(g) 4PCl3(l) P4(s) + 10Cl2(g) 4PCl5(s) H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) 3.氯氣與還原劑反應 2Fe2+(aq)

13、 + Cl2(g) 2Fe3+(aq) + 2Cl-(aq)iii.氯水的化學性質 氯氣溶於水中形成黃綠色的水溶液, 稱為氯水。氯水內含有氯、氫氯酸和次氯酸(或氯、氫離子、氯離子和次氯酸根離子)。因此, 氯水的氧化性比氯氣更強: Cl2(g) + H2O(l) HCl(aq) + HOCl(aq) 1.氯水與溴化鉀溶液(碘化鉀溶液)反應: Cl2(g) + 2Br-(aq) 2Cl-(aq) + Br2(aq) Cl2(g) + 2I-(aq) 2Cl-(aq) + I2(aq) 2.氯水與有色物質反應(漂白作用) 氯水(或氯漂白水)的漂白作用是由於次氯酸根離子的氧化作用: OCl-(aq)

14、+ 有色染料 Cl-(aq) + (染料+O) 無色化合物E.氯的用途 1.漂白作用 2.消毒食水 3.消毒泳池水 4.製造氫氯酸 5.製造有機溶劑, 例如: 三氯甲烷, 1,1,1-三氯乙烷F.二氧化硫的性質 i.二氧化硫的物理性質1.無色2.具特殊刺激性氣味(辨認二氧化硫的方法之一)3.有毒4.易溶於水5.比空氣重6.容易液化7.酸性氣體, 使濕潤的石蕊變紅色 ii.二氧化硫的還原性質(漂白作用) 二氧化硫溶於水時, 生成亞硫酸: _ 亞硫酸根離子具還原性, 可被氧化為硫酸根離子, 同時把有色的物質還原為無色的化合物。 _ 1.二氧化硫(或亞硫酸根離子)與溴水反應: _ 2.二氧化硫(或亞硫酸根離子)與酸化高錳酸鉀溶液反應: _ 3.二氧化硫(或亞硫酸根離子)與酸化重鉻酸鉀溶液反應: _ 4.二氧化硫(或亞硫酸根離子)把有色物質漂白的作用: _G.二氧化硫的用途1.作為漂白劑2.生產硫酸(接觸法)3.作為防腐劑(葡萄酒、果汁、果醬、一些生果)4.消毒劑H.比較二氧化硫和氯漂白劑二氧化硫(亞硫酸根離子)次氯酸根離子漂白物質的反應還原作用漂白過程較為緩慢和溫和漂白效果效果不是永久性, 物料會逐漸回復原來顏色應用例子較脆弱物質: 羊毛、絲、稻草、紙張、麵粉、芝士較強韌物質: 棉、麻I.本港設置工廠生產氯漂白劑的適當性1.資源