化学与工农业生产

1、第三单元化学与工农业生产 考点一考点一 工业生产硫酸工业生产硫酸【核心知识通关【核心知识通关】1.1.三种原料三种原料: :三种原料分别是三种原料分别是_、_、_。硫黄硫黄( (或黄铁矿或黄铁矿) )空气空气水水2.2.三个反应阶段和三种设备：三个反应阶段和三种设备：化学方程式化学方程式设备设备造气造气或或_ _催化氧化催化氧化_SOSO3 3的吸收的吸收_点燃点燃=高温高温=S+OS+O2 2 SO SO2 24FeS4FeS2 2+11O+11O2 2 2Fe 2Fe2 2O O3 3+8SO+8SO2 2沸腾炉沸腾炉2SO2SO2 2+O+O2 2 2SO 2SO3 3接触室接触室SOS

2、O3 3+H+H2 2O=HO=H2 2SOSO4 4吸收塔吸收塔催化剂3.3.三废处理三废处理: :(1)(1)尾气吸收尾气吸收: :硫酸生产的尾气中含有少量硫酸生产的尾气中含有少量SOSO2 2, ,可用石可用石灰水吸收灰水吸收, ,反应方程式为反应方程式为_;_;_。这样得到的这样得到的SOSO2 2含量较高含量较高, ,可返回用作原料。可返回用作原料。Ca(OH)Ca(OH)2 2+SO+SO2 2 =CaSO=CaSO3 3+H+H2 2O OCaSOCaSO3 3+H+H2 2SOSO4 4 =CaSO=CaSO4 4+SO+SO2 2+H+H2 2O O(2)(2)废水的处理废水

3、的处理: :硫酸生产的污水中含有酸性杂质硫酸生产的污水中含有酸性杂质, ,可用可用石灰中和法处理石灰中和法处理, ,方程式为方程式为Ca(OH)Ca(OH)2 2+H+H2 2SOSO4 4=CaSO=CaSO4 4+2H+2H2 2O O。(3)(3)废渣的利用废渣的利用: :用来制造水泥或砖用来制造水泥或砖, ,回收有色金属。回收有色金属。【特别提醒【特别提醒】(1)(1)黄铁矿黄铁矿(FeS(FeS2 2) )中硫元素的化合价为中硫元素的化合价为-1-1价价, ,铁元素的铁元素的化合价为化合价为+2+2价价, ,煅烧黄铁矿的反应中煅烧黄铁矿的反应中, ,被氧化的是铁元被氧化的是铁元素和硫

4、元素素和硫元素, ,每有每有1 mol FeS1 mol FeS2 2完全反应完全反应, ,转移转移11 mol11 mol电电子。子。(2)(2)吸收吸收SOSO3 3不用水或稀硫酸不用水或稀硫酸, ,而是用而是用98%98%的的H H2 2SOSO4 4, ,是因为是因为用水或稀硫酸吸收用水或稀硫酸吸收SOSO3 3会产生酸雾会产生酸雾, ,影响吸收。影响吸收。(3)(3)煅烧黄铁矿制得的炉气需进行净化处理煅烧黄铁矿制得的炉气需进行净化处理, ,主要是主要是避免催化剂中毒、防止腐蚀设备等。避免催化剂中毒、防止腐蚀设备等。(4)(4)在硫酸的工业生产中在硫酸的工业生产中, ,要综合考虑原料来

5、源、动力、要综合考虑原料来源、动力、设备、环境污染等因素设备、环境污染等因素, ,控制适宜的反应条件控制适宜的反应条件, ,以取得以取得最佳经济效益。最佳经济效益。【高考模拟精练【高考模拟精练】1.(20161.(2016唐山模拟唐山模拟) )火山喷发所产生的硫黄可用于生火山喷发所产生的硫黄可用于生产重要的化工原料产重要的化工原料硫酸。某企业用下图所示的工硫酸。某企业用下图所示的工艺流程生产硫酸艺流程生产硫酸: :请回答下列问题请回答下列问题: :(1)(1)为使硫黄充分燃烧为使硫黄充分燃烧, ,经流量计经流量计1 1通入燃烧室的氧气通入燃烧室的氧气过量过量50%50%。为提高。为提高SOSO

6、2 2转化率转化率, ,经流量计经流量计2 2的氧气量为转的氧气量为转化器中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的化器中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.52.5倍倍, ,则生则生产过程中流经流量计产过程中流经流量计1 1和流量计和流量计2 2的空气体积比应为的空气体积比应为_。b b管排出的尾气的处理方法是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，该工艺的特点与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是是_(_(填字母序号填字母序号) )。A.A.耗氧量减少耗氧量减少B.B.二氧化硫的转化率提高二氧化硫的转化率提高C.C.产生的废气减少产生的废气减少D.D.不需要使用催化剂不需要

7、使用催化剂(2)(2)硫酸的用途非常广泛，其可应用于下列硫酸的用途非常广泛，其可应用于下列_方方面面( (填字母序号填字母序号) )。A.A.橡胶的硫化橡胶的硫化B.B.表面活性剂表面活性剂“烷基苯磺酸钠烷基苯磺酸钠”的合成的合成C.C.铅蓄电池的生产铅蓄电池的生产D.D.过磷酸钙的制备过磷酸钙的制备(3)(3)矿物燃料的燃烧是产生大气中矿物燃料的燃烧是产生大气中SOSO2 2的主要原因之的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃一。在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时烧时SOSO2 2的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式：程式

8、：_。【解析【解析】(1)(1)燃烧室中的反应为燃烧室中的反应为S+OS+O2 2 SO SO2 2，假设，假设SOSO2 2的体积为的体积为x x，则流量计，则流量计1 1中通入氧气的体积为中通入氧气的体积为1.5x1.5x，转化器中的反应为转化器中的反应为2SO2SO2 2+O+O2 2 2SO 2SO3 3，则流量计，则流量计2 2中中通入氧气的体积为通入氧气的体积为1.25x1.25x；故流经流量计；故流经流量计1 1和流量计和流量计2 2的的空气体积比应为空气体积比应为6 65 5；SOSO2 2为酸性氧化物，可以用碱液为酸性氧化物，可以用碱液( (如氨水如氨水) )吸收；吸收； 点

9、燃点燃=催化剂催化剂硫铁矿中铁的氧化需要消耗硫铁矿中铁的氧化需要消耗O O2 2,A,A项正确项正确; ;原料选择与原料选择与SOSO2 2的转化率无关的转化率无关,B,B项错误项错误; ;用硫铁矿为原料产生的废用硫铁矿为原料产生的废渣较多渣较多, ,但废气量相同但废气量相同,C,C项错误项错误; ;用用SOSO2 2制取制取SOSO3 3的过程的过程中都需要使用催化剂中都需要使用催化剂,D,D项错误。项错误。(2)(2)橡胶硫化所用到的为单质硫橡胶硫化所用到的为单质硫,A,A项错误项错误; ;烷基苯磺酸烷基苯磺酸钠中含有磺酸基钠中含有磺酸基, ,制取过程中需要发生磺化反应制取过程中需要发生磺

10、化反应,B,B项正项正确确; ;铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅,C,C项正确项正确; ;过磷过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石,D,D项正确。项正确。(3)CaCO(3)CaCO3 3高温分解生成高温分解生成COCO2 2和和CaO,SOCaO,SO2 2为酸性氧化物为酸性氧化物, ,可可以和碱性氧化物以和碱性氧化物CaOCaO反应生成反应生成CaSOCaSO3 3, ,而而CaSOCaSO3 3易被氧化易被氧化为为CaSOCaSO4 4。答案答案: :(1)(1)6 65 5用氨水吸收用氨水吸收A A(2)B(2)B、C C

11、、D D(3)CaCO(3)CaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2,SO,SO2 2+CaO=CaSO+CaO=CaSO3 3, ,2CaSO2CaSO3 3+O+O2 2=2CaSO=2CaSO4 4 =2.(20162.(2016湛江模拟湛江模拟) )硫酸工业污染物排放标准中二氧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化硫在尾气中的含量不得超过0.05 mg0.05 mgm m-3-3, ,可见硫酸可见硫酸工业生产既要考虑经济效益工业生产既要考虑经济效益, ,也要考虑社会效益。也要考虑社会效益。(1)(1)在用黄铁矿生产硫酸的过程中在用黄铁矿生产硫酸的过程中, ,与

12、之无关的设备是与之无关的设备是_。a.a.吸收塔吸收塔b.b.接触室接触室c.c.沸腾炉沸腾炉d.d.氧化炉氧化炉(2)(2)为了提高为了提高SOSO2 2转化为转化为SOSO3 3的质量分数的质量分数, ,工业上常使用工业上常使用适当过量的空气适当过量的空气, ,这样从接触室导出的气体的成分是这样从接触室导出的气体的成分是_。(3)(3)在硫酸工业中在硫酸工业中, ,常用浓硫酸而不用水吸收常用浓硫酸而不用水吸收SOSO3 3是因为是因为_;_;为了消除硫酸厂尾气排放对环境污染为了消除硫酸厂尾气排放对环境污染, ,常用氨水吸收常用氨水吸收SOSO2 2, ,化学方程式为化学方程式为_。(4)(

13、4)催化氧化的原料气成分催化氧化的原料气成分( (体积分数体积分数) )为为SOSO2 28%,O8%,O2 211%,N11%,N2 281%81%。压强及温度对压强及温度对SOSO2 2转化率的影响如下转化率的影响如下: :工业上工业上, ,二氧化硫催化氧化过程采用的是常压而不是高二氧化硫催化氧化过程采用的是常压而不是高压压, ,主要原因是主要原因是_。分析上表数据可知分析上表数据可知, ,二氧化硫的催化氧化是放热反应二氧化硫的催化氧化是放热反应, ,理由是理由是_。(5)(5)接触法制硫酸的过程中接触法制硫酸的过程中, ,已知进入接触室的气体体已知进入接触室的气体体积组成是积组成是:SO

14、:SO2 2占占8%8%、N N2 2占占81%81%、O O2 2占占11%,11%,在一定温度下在一定温度下, ,反应达到平衡后总体积变为原来的反应达到平衡后总体积变为原来的96.5%,96.5%,则则SOSO2 2转化为转化为SOSO3 3的百分率为的百分率为_。【解析【解析】(1)(1)工业制硫酸的过程是黄铁矿石在沸腾炉中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燃烧生成二氧化硫, ,二氧化硫在接触室中氧化为三氧化二氧化硫在接触室中氧化为三氧化硫硫, ,三氧化硫在吸收塔中被浓硫酸吸收生成硫酸三氧化硫在吸收塔中被浓硫酸吸收生成硫酸, ,所用所用设备中没有氧化炉。设备中没有氧化炉

15、。(2)(2)二氧化硫被空气氧化为三氧化硫是可逆反应二氧化硫被空气氧化为三氧化硫是可逆反应, ,反应反应过程中使用的是空气过程中使用的是空气, ,因此从接触室中导出的气体是因此从接触室中导出的气体是SOSO3 3、O O2 2、SOSO2 2、N N2 2的混合气体。的混合气体。(3)SO(3)SO3 3与水反应为放热反应与水反应为放热反应, ,直接用水吸收直接用水吸收SOSO3 3, ,会形成会形成酸雾酸雾, ,吸收速率慢吸收速率慢, ,吸收不充分吸收不充分, ,因此用浓硫酸吸收因此用浓硫酸吸收SOSO3 3。(4)(4)观察表中数据观察表中数据, ,在温度在温度400,400,常压下常压下

16、(0.1 MPa),SO(0.1 MPa),SO2 2的转化率已经达到的转化率已经达到99.2%,99.2%,增大压强增大压强, ,虽然可提高虽然可提高SOSO2 2的的转化率转化率, ,但增大程度很有限但增大程度很有限, ,而增大压强会增加动力成而增大压强会增加动力成本和设备成本本和设备成本, ,因此二氧化硫催化氧化过程采用常压进因此二氧化硫催化氧化过程采用常压进行。行。(5)(5)假定反应前气体的体积为假定反应前气体的体积为100,100,则则SOSO2 2的体积为的体积为8 8、N N2 2的体积为的体积为8181、O O2 2的体积为的体积为11,11,经过催化氧化反应掉氧气经过催化氧

17、化反应掉氧气的体积为的体积为x,x,由反应由反应2SO2SO2 2+O+O2 2 2SO 2SO3 3, ,知反应平衡后知反应平衡后混合气体的体积为混合气体的体积为8-2x+11-x+2x+81=96.5,8-2x+11-x+2x+81=96.5,解得解得x=3.5x=3.5。SOSO2 2转化为转化为SOSO3 3的百分率为的百分率为 100%=87.5%100%=87.5%。催化剂78答案答案: :(1)d(1)d(2)SO(2)SO3 3、O O2 2、SOSO2 2、N N2 2(3)(3)用水吸收易形成酸雾用水吸收易形成酸雾, ,阻碍阻碍SOSO3 3再吸收再吸收SOSO2 2+2N

18、H+2NH3 3+H+H2 2O=(NHO=(NH4 4) )2 2SOSO3 3(4)(4)常压时常压时SOSO2 2的转化率已经很大的转化率已经很大, ,增大压强会增加动力增大压强会增加动力成本和设备成本压强一定时成本和设备成本压强一定时, ,温度升高温度升高,SO,SO2 2转化率下转化率下降降(5)87.5%(5)87.5%【加固训练【加固训练】1.1.硫酸制造业中采取以下几种措施硫酸制造业中采取以下几种措施: :改进煅烧黄铁矿的技术改进煅烧黄铁矿的技术氧化二氧化硫时使用催氧化二氧化硫时使用催化剂化剂在氧化二氧化硫的设备中安装热交换器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

19、循环氧化将二氧化硫进行多次循环氧化回收利用尾气中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的二氧化硫。其中能减少酸雨产生的措施是( () )A.A.B.B.C.C. D. D.【解析【解析】选选D D。要减少酸雨就必须控制。要减少酸雨就必须控制SOSO2 2的排放量的排放量, ,改改进煅烧黄铁矿的技术进煅烧黄铁矿的技术, ,只能使燃烧充分只能使燃烧充分, ,不能使不能使SOSO2 2的量的量减少减少, ,错错; ;使用催化剂只能加快反应速率使用催化剂只能加快反应速率, ,不会使不会使SOSO2 2的量减少的量减少, ,错错; ;在氧化二氧化硫的设备中安装热交换在氧化二氧化硫的设备中安

20、装热交换器器, ,只能使热量充分利用只能使热量充分利用, ,也不能减少也不能减少SOSO2 2的排放量的排放量, ,错。错。2.2.在硫酸的工业制法中在硫酸的工业制法中, ,下列生产操作与解释该生产操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作的主要原因二者都正确的是( () )A.A.黄铁矿燃烧前要粉碎黄铁矿燃烧前要粉碎, ,因为大块的黄铁矿不能燃烧因为大块的黄铁矿不能燃烧B.SOB.SO3 3用用98%98%的浓硫酸吸收的浓硫酸吸收, ,目的是防止形成酸雾目的是防止形成酸雾, ,以便以便SOSO3 3吸收完全吸收完全C.SOC.SO2 2氧化为氧化为SOSO3 3时需使用催化剂时

21、需使用催化剂, ,这样可以提高这样可以提高SOSO2 2的转的转化率化率D.D.从沸腾炉出来的炉气需净化从沸腾炉出来的炉气需净化, ,因为炉气中因为炉气中SOSO2 2会与杂会与杂质反应质反应【解析【解析】选选B B。本题考查化工生产中的技术处理问题。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应速率, ,并不是因为大块的黄铁矿不能燃烧并不是因为大块的黄铁矿不能燃烧; ;用浓硫酸用浓硫酸吸收吸收SOSO3 3是为了防

22、止水与其形成酸雾是为了防止水与其形成酸雾; ;使用催化剂可以使用催化剂可以提高反应速率提高反应速率, ,但不能提高但不能提高SOSO2 2的转化率的转化率; ;从沸腾炉出来从沸腾炉出来的炉气需净化的炉气需净化, ,因为炉气中的杂质会导致催化剂中毒。因为炉气中的杂质会导致催化剂中毒。3.3.工业上制硫酸的设备分为三大部分工业上制硫酸的设备分为三大部分, ,一是沸腾炉、二一是沸腾炉、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二氧化硫; ;在接触室内有催化剂存在下在接触室内有催化剂存在下, ,二氧化硫进一二氧化硫进一步与氧气结合步与氧气结合

23、, ,生成三氧化硫生成三氧化硫; ;三氧化硫流经吸收塔时三氧化硫流经吸收塔时, ,采用采用98%98%的浓硫酸吸收的浓硫酸吸收, ,使三氧化硫最终与水化合形成使三氧化硫最终与水化合形成硫酸。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来的, ,用于探究工业上为何采用用于探究工业上为何采用98%98%的浓硫酸吸收三氧的浓硫酸吸收三氧化硫。化硫。请回答下列问题请回答下列问题: :(1)(1)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式:_:_。(2)(2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸设备中上图中的乙、丙分别

24、相当于工业上制取硫酸设备中的的_、_。(3)(3)丙中的现象为丙中的现象为_,_,丁中的现象为丁中的现象为_。(4)(4)下表是压强和温度对下表是压强和温度对SOSO2 2平衡转化率的影响平衡转化率的影响: :对对SOSO2 2转化为转化为SOSO3 3的反应的反应, ,增大压强可使转化率增大压强可使转化率_,_,通常采用常压操作的原因是通常采用常压操作的原因是_。【解析【解析】硫酸的工业生产分为三大步，其中第一步为硫酸的工业生产分为三大步，其中第一步为制气：制气：4FeS4FeS2 2+11O+11O2 2 2Fe 2Fe2 2O O3 3+8SO+8SO2 2；乙、丙分别相当；乙、丙分别相

25、当于接触室、吸收塔；丙中无酸雾，丁中有酸雾；增大于接触室、吸收塔；丙中无酸雾，丁中有酸雾；增大压强，压强，SOSO2 2转化率增大，但是因为常压下转化率增大，但是因为常压下SOSO2 2的转化率的转化率已很大，增大压强会增大成本和能量消耗，得不偿已很大，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。失，所以采用常压操作。高温高温=答案答案：(1)4FeS(1)4FeS2 2+11O+11O2 2 2Fe 2Fe2 2O O3 3+8SO+8SO2 2(2)(2)接触室吸收塔接触室吸收塔(3)(3)无酸雾有酸雾无酸雾有酸雾(4)(4)增大常压下增大常压下SOSO2 2的转化率已很大，

26、增大压强会增的转化率已很大，增大压强会增大成本和能量消耗，得不偿失大成本和能量消耗，得不偿失高温高温=2.(20162.(2016鞍山模拟鞍山模拟) )目前，我国采用目前，我国采用“接触法接触法”制硫制硫酸，设备如图所示：酸，设备如图所示：(1)(1)图中设备图中设备A A的名称是的名称是_,_,该设备中主要反应该设备中主要反应的化学方程式为的化学方程式为_。(2)(2)有关接触法制硫酸的下列说法中有关接触法制硫酸的下列说法中, ,不正确的是不正确的是_。A.A.二氧化硫的接触氧化在接触室中发生二氧化硫的接触氧化在接触室中发生B.B.吸收塔用浓度为吸收塔用浓度为98%98%浓硫酸吸收三氧化硫浓

27、硫酸吸收三氧化硫C.C.煅烧含硫煅烧含硫48%48%的黄铁矿时的黄铁矿时, ,若若FeSFeS2 2损失了损失了2%,2%,则则S S损失损失2%2%D.BD.B装置中反应的条件之一为较高温度装置中反应的条件之一为较高温度, ,采用该温度是采用该温度是为了提高为了提高SOSO2 2的转化率的转化率E.E.硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SOSO3 3转转化为化为H H2 2SOSO4 4时放出的热量时放出的热量(3)(3)科研工作者开发了制备科研工作者开发了制备SOSO2 2再用电化学原理生产硫再用电化学原理生产硫酸的方法酸的方法, ,装置如图。

28、为了稳定技术生产装置如图。为了稳定技术生产, ,硫酸的浓度硫酸的浓度应维持不变应维持不变, ,则通入的则通入的SOSO2 2和水的质量比为和水的质量比为_。【解析【解析】(1)(1)“接触法接触法”制硫酸的设备有沸腾炉、接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触室和吸收塔。沸腾炉中发生反应的化学方程式为4FeS4FeS2 2+11O+11O2 2 2Fe 2Fe2 2O O3 3+8SO+8SO2 2，接触室中发生反应的化，接触室中发生反应的化学方程式为学方程式为2SO2SO2 2+O+O2 2 2SO 2SO3 3，吸收塔中的化学方，吸收塔中的化学方程式为程式为

29、SOSO3 3+H+H2 2O=HO=H2 2SOSO4 4。高温高温=催化剂催化剂(2)(2)由于由于SOSO3 3与水反应时易形成酸雾与水反应时易形成酸雾, ,所以常用所以常用98%98%的浓的浓硫酸作吸收剂。根据硫元素守恒硫酸作吸收剂。根据硫元素守恒, ,利用关系式可得利用关系式可得S S损损失失2%,2%,由于由于SOSO2 2氧化成氧化成SOSO3 3为放热反应为放热反应, ,升高温度有利于升高温度有利于提高化学反应速率提高化学反应速率, ,但不利于提高但不利于提高SOSO2 2的转化率的转化率, ,接触室接触室中的热交换器是用中的热交换器是用SOSO2 2氧化成氧化成SOSO3 3

30、过程中放出的热量来过程中放出的热量来预热预热SOSO2 2, ,实现能量的充分利用。实现能量的充分利用。(3)(3)发生反应的化学方程式为发生反应的化学方程式为2SO2SO2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O=O=2H2H2 2SOSO4 4，设通入，设通入SOSO2 2与水的质量比为与水的质量比为xyxy，则反应后，则反应后生成的生成的H H2 2SOSO4 4与与H H2 2O O的质量比一定为的质量比一定为1111， 整理得整理得 x98164x1y1864，x16y29。答案：答案：(1)(1)沸腾炉沸腾炉4FeS4FeS2 2+11O+11O2 2 2Fe 2Fe2 2O O3

31、3+8SO+8SO2 2(2)D(2)D、E E(3)1629(3)1629高温高温=考点二考点二 工业合成氨工业合成氨【核心知识通关【核心知识通关】1.1.反应原理反应原理: :_(_(放热反应放热反应) )。高温、高压催化剂N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 32.2.基本生产过程：基本生产过程：(1)(1)造气。造气。N N2 2来源于空气来源于空气方法一：将空气方法一：将空气_方法二：空气方法二：空气 COCO2 2、N N2 2 _ _。 蒸发氮气液氧 碳 碱液吸收加压、降温加压、降温N N2 2H H2 2来源于来源于H H2 2O O和碳氢化合物，相关化学反应方程式

32、和碳氢化合物，相关化学反应方程式为为_;_;_;_;CHCH4 4+2H+2H2 2O COO CO2 2+4H+4H2 2。高温高温=C+HC+H2 2O CO+HO CO+H2 2高温高温催化剂催化剂=CHCH4 4+H+H2 2O CO+3HO CO+3H2 2高温高温催化剂催化剂=(2)(2)净化。净化。原料气中的主要杂质原料气中的主要杂质:H:H2 2S S、COCO、COCO2 2、O O2 2等。等。杂质的主要危害杂质的主要危害: :某些杂质会导致某些杂质会导致_。净化方法。净化方法。催化剂中毒催化剂中毒a.a.用氨水吸收用氨水吸收H H2 2S: _S: _。b.COb.CO转

33、化为转化为COCO2 2:CO+H:CO+H2 2O COO CO2 2+H+H2 2。c.c.用用K K2 2COCO3 3溶液吸收溶液吸收COCO2 2: _: _。d.d.用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理。用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理。FeFe2 2O O3 3高温高温=NHNH3 3H H2 2O+HO+H2 2S=NHS=NH4 4HS+HHS+H2 2O OK K2 2COCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=2KHCOO=2KHCO3 3(3)(3)合成与分离。合成与分离。设备设备:_:_。氨的分离氨的分离: :通过通过_将氨液化将氨液化, ,然后将液氨分离然后将

34、液氨分离, ,分分离出来的混合气体经循环压缩机离出来的混合气体经循环压缩机, ,再送到再送到_中继续中继续合成。合成。合成塔合成塔冷凝器冷凝器合成塔合成塔合成合成【特别提醒【特别提醒】(1)(1)合成氨反应的特点是可逆反应、放热反应、正反应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。是气体物质的量减小的反应。(2)(2)合成氨反应条件选择的标准是反应速率快、转化率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。高、催化剂的催化活性高。(3)(3)氨的工业合成常采用循环操作以降低工业成本。氨的工业合成常采用循环操作以降低工业成本。(4)(4)制得的制

35、得的N N2 2、H H2 2需要净化需要净化, ,清除杂质清除杂质, ,以防止催化剂以防止催化剂“中毒中毒”。【高考模拟精练【高考模拟精练】1.(20161.(2016沧州模拟沧州模拟) )将将N N2 2和和H H2 2在一定条件下反应在一定条件下反应, ,通过通过一定方法制得纯净的一定方法制得纯净的NHNH3 3, ,将所得将所得NHNH3 3和足量的和足量的O O2 2通过装通过装置中的催化剂置中的催化剂, ,发生氨的催化氧化反应。请根据你已学发生氨的催化氧化反应。请根据你已学知识知识, ,回答下列问题回答下列问题: :增大压强有利于增大压强有利于N N2 2+3H+3H2 2 2NH

36、 2NH3 3这一反应平衡正这一反应平衡正向移动向移动, ,为何不采用更大的压强为何不采用更大的压强?_?_。高温、高压催化剂(2)(2)如图所示是如图所示是NHNH3 3和和O O2 2通入含催化剂的装置通入含催化剂的装置, ,发生反应发生反应, ,从从A A处导出的气体成分是处导出的气体成分是_。假设该实验制得纯净的假设该实验制得纯净的NONO气体气体, ,则应则应_,_,使这些气体完全转化为使这些气体完全转化为HNOHNO3 3。(3)(3)若该实验结束时若该实验结束时, ,有剩余尾气有剩余尾气NONO和和NONO2 2, ,为防止污染为防止污染空气空气, ,将其通入将其通入NaOHNa

37、OH溶液溶液, ,能恰好反应生成能恰好反应生成NaNONaNO2 2, ,则尾则尾气中气中NONO和和NONO2 2的物质的量之比为的物质的量之比为_,_,该反应中该反应中氧化剂为氧化剂为_,_,还原产物为还原产物为_。【解析【解析】(1)(1)选用选用500500这一条件要从反应速率、催化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剂活性和原料的转化率的角度来考虑, ,该温度下该温度下, ,原料原料转化率较高转化率较高, ,且催化剂活性最强且催化剂活性最强, ,反应速率快反应速率快; ;虽然增大虽然增大压强有利于该反应平衡正向移动压强有利于该反应平衡正向移动, ,但压强越大但压

38、强越大, ,对制备对制备装置的要求越高装置的要求越高, ,能耗也越大能耗也越大, ,会大幅度增加工业成本会大幅度增加工业成本, ,因此不采用更大的压强。因此不采用更大的压强。(2)(2)回答从回答从A A处导出的气体成分时处导出的气体成分时, ,容易因考虑不全面容易因考虑不全面, ,错答为错答为NHNH3 3、O O2 2、NO,NO,这是因为忽视这是因为忽视NONO和和O O2 2之间的反应之间的反应, ,而漏掉了而漏掉了NONO2 2的存在的存在, ,又因为只要有又因为只要有NONO2 2, ,则一定存在则一定存在2NO2NO2 2 N N2 2O O4 4, ,故从故从A A处导出的气体

39、是处导出的气体是NHNH3 3、O O2 2、NONO、NONO2 2、N N2 2O O4 4的混合气体。若想使的混合气体。若想使NONO完全转化为完全转化为HNOHNO3 3, ,则必须通则必须通入足量入足量O O2 2, ,在水中使之发生反应生成在水中使之发生反应生成HNOHNO3 3。(3)(3)尾气和尾气和NaOHNaOH恰好反应生成恰好反应生成NaNONaNO2 2, ,由由NO+NONO+NO2 2+2NaOH+2NaOH=2NaNO=2NaNO2 2+H+H2 2O O可知可知, ,尾气中尾气中NONO和和NONO2 2物质的量相同物质的量相同,NO,NO2 2作氧化剂作氧化剂

40、,NaNO,NaNO2 2既是氧化产物又是还原产物。既是氧化产物又是还原产物。答案答案: :(1)(1)该温度下该温度下, ,原料转化率较高原料转化率较高, ,且催化剂活性最且催化剂活性最强强, ,反应速率快压强越大对制备装置的要求越高反应速率快压强越大对制备装置的要求越高, ,能能耗也越大耗也越大, ,会大幅度增加工业成本会大幅度增加工业成本, ,因此不采用更大的因此不采用更大的压强压强(2)NH(2)NH3 3、O O2 2、NONO、NONO2 2、N N2 2O O4 4的混合气体将的混合气体将NONO与足量与足量的的O O2 2一起通入水中一起通入水中(3)11(3)11NONO2

41、2NaNONaNO2 22.(20162.(2016保定模拟保定模拟) )合成氨的流程示意图如下合成氨的流程示意图如下: :回答下列问题回答下列问题: :(1)(1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中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分离出来的, ,通常使用的两种分离方法是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氢气的来源是水和碳氢化合物, ,写出分别采用煤和天然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气为原料制取氢气的化学反应方程式_,_;_,_;(2)(2)设备设备A A中含有电加热器、触媒和热交换器中含有电加热器、触媒和

42、热交换器, ,设备设备A A的的名称是名称是_,_,其中发生的化学反应方程式为其中发生的化学反应方程式为_;_;(3)(3)设备设备B B的名称是的名称是_,_,其中其中m m和和n n是两个通水口是两个通水口, ,入水口是入水口是_(_(填填“m”m”或或“n”)n”)。不宜。不宜从相反方向通水的原因是从相反方向通水的原因是_;_;(4)(4)设备设备C C的作用是的作用是_;_;(5)(5)在原料气制备过程中混有的在原料气制备过程中混有的COCO对催化剂有毒害作用对催化剂有毒害作用, ,欲除去原料气中的欲除去原料气中的CO,CO,可通过如下反应来实现可通过如下反应来实现: :CO(g)+H

43、CO(g)+H2 2O(g) COO(g) CO2 2(g)+H(g)+H2 2(g)(g)已知已知1 000 K1 000 K时该反应的平衡常数时该反应的平衡常数K=0.627,=0.627,若要使若要使COCO的转化率超过的转化率超过90%,90%,则起始物中则起始物中c(Hc(H2 2O)c(CO)O)c(CO)不低于不低于_。【解析【解析】(1)(1)提取空气中的氮气可用物理方法分离液态提取空气中的氮气可用物理方法分离液态空气法空气法, ,也可以用化学方法反应掉其中的氧气。也可以用化学方法反应掉其中的氧气。(3)(3)冷凝分离产品设备为冷凝器冷凝分离产品设备为冷凝器, ,入水口应该在下

44、面入水口应该在下面, ,因因逆向冷凝效果好。逆向冷凝效果好。(4)(4)分离器是气分离器是气液分离专用设备。液分离专用设备。(5)(5)以转化率为以转化率为90%90%为基准计算为基准计算, ,用平衡常数求水与一氧用平衡常数求水与一氧化碳浓度比。化碳浓度比。设设COCO、H H2 2O O起始浓度分别为起始浓度分别为x x、y y CO(g)+HCO(g)+H2 2O(g) COO(g) CO2 2(g)+H(g)+H2 2(g)(g)c c起起x x y y 0 0 0 0c c变变0.9x0.9x 0.9x 0.9x0.9x0.9x 0.9x 0.9xc c平平0.1x0.1x y-0.9

45、x y-0.9x0.9x0.9x 0.9x 0.9xK= =0.627= =0.627yxyx=13.8=13.8。只要水更多一些。只要水更多一些, ,则转化率会超过则转化率会超过90%90%。20.9x0.1x y0.9x答案答案: :(1)(1)液化、分馏与碳反应后除去液化、分馏与碳反应后除去COCO2 2C+HC+H2 2O CO+HO CO+H2 2 CHCH4 4+H+H2 2O CO+3HO CO+3H2 2(2)(2)合成合成( (氨氨) )塔塔N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g) 2NH(g) 2NH3 3(g)(g)(3)(3)冷却塔冷却塔( (或冷凝器或冷凝器)

46、 )n n高温气体由冷却塔的上端进入高温气体由冷却塔的上端进入, ,冷却水从下端进入冷却水从下端进入, ,逆逆向冷却效果好向冷却效果好(4)(4)将液氨与未反应的原料气分离将液氨与未反应的原料气分离(5)13.8(5)13.8高温高温= 高温高温催化剂催化剂高温、高压催化剂【加固训练【加固训练】1.1.利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下: :依据上述流程依据上述流程, ,完成下列填空完成下列填空: :(1)(1)天然气脱硫时的化学方程式是天然气脱硫时的化学方程式是_。(2)nmol CH(2)nmol CH4 4经一次转化后产生经一次转化后产生CO 0.9

47、nmol,CO 0.9nmol,产生产生H H2 2_mol(_mol(用含用含n n的代数式表示的代数式表示) )。(3)K(3)K2 2COCO3 3(aq)(aq)和和COCO2 2反应在加压下进行反应在加压下进行, ,加压的理论依据加压的理论依据是是_。A.A.相似相溶原理相似相溶原理B.B.勒夏特列原理勒夏特列原理C.C.酸碱中和原理酸碱中和原理(4)(4)由由KHCOKHCO3 3分解得到的分解得到的COCO2 2可以用于可以用于_(_(写出写出COCO2 2的一种重要用途的一种重要用途) )。(5)(5)整个流程有三处循环整个流程有三处循环, ,一是一是Fe(OH)Fe(OH)3

48、 3循环循环, ,二是二是K K2 2COCO3 3(aq)(aq)循环循环, ,请在上述流程图中标出第三处循环请在上述流程图中标出第三处循环( (循循环方向、循环物质环方向、循环物质) )。【解析【解析】(1)(1)流程图中已给出反应物是流程图中已给出反应物是H H2 2S S和和Fe(OH)Fe(OH)3 3, ,生成物是生成物是FeFe2 2S S3 3和和H H2 2O,CHO,CH4 4没有参与反应没有参与反应, ,写出方程式再写出方程式再配平即可。配平即可。(2)(2)写出此反应的方程式写出此反应的方程式:CH:CH4 4+H+H2 2O CO+3HO CO+3H2 2, ,可以可

49、以看出产生看出产生H H2 2应为应为3 30.9nmol=2.7nmol0.9nmol=2.7nmol。(3)CO(3)CO2 2为气体为气体, ,加压有利于平衡右移加压有利于平衡右移, ,利用的是勒夏特利用的是勒夏特列原理。列原理。 高温高温催化剂催化剂(4)(4)此题考查了学生对此题考查了学生对COCO2 2用途的记忆用途的记忆, ,任写一种用途即任写一种用途即可。可。(5)(5)合成氨反应是可逆反应合成氨反应是可逆反应,H,H2 2和和N N2 2的转化率低的转化率低, ,必须循必须循环利用。环利用。答案答案: :(1)3H(1)3H2 2S+2Fe(OH)S+2Fe(OH)3 3=F

50、e=Fe2 2S S3 3+6H+6H2 2O O(2)2.7n(2)2.7n(3)B(3)B(4)(4)生产纯碱生产纯碱( (或作致冷剂等或作致冷剂等, ,其他合理答案也可以其他合理答案也可以) )(5) (5) 2.2.合成氨是合成氨是“将空气变成面包将空气变成面包”的反应的反应, ,合成氨工业在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国民经济中占有重要地位。下图是合成氨的简要流程图图: :.原料气的制备原料气的制备(1)(1)合成氨所需氮气来自空气合成氨所需氮气来自空气, ,方法之一是将空气液化方法之一是将空气液化后再加热分离后再加热分离; ;请另设计一种从空气中分离出

51、氮气的方请另设计一种从空气中分离出氮气的方法法:_:_。(2)(2)请写出工业上获得氢气的一种方法请写出工业上获得氢气的一种方法( (用化学方程式用化学方程式表示表示):_):_。.原料气的净化原料气的净化为了防止催化剂为了防止催化剂“中毒中毒”, ,原料气在进入压缩机之前必原料气在进入压缩机之前必须经过净化、精制处理须经过净化、精制处理,“,“精制精制”过程通常是将含有少过程通常是将含有少量量COCO、COCO2 2、O O2 2和和H H2 2S S等杂质的原料气体通入含有氨水的等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨醋酸亚铜二氨(CH(CH3 3COOCu(NHCOOCu(NH3 3)

52、 )2 2)溶液溶液, ,以获得纯净的以获得纯净的原料气。其中原料气。其中, ,吸收吸收COCO的反应为的反应为CO+CHCO+CH3 3COOCu(NHCOOCu(NH3 3) )2 2+NH+NH3 3H H2 2O O CHCH3 3COOCu(NHCOOCu(NH3 3) )3 3CO+HCO+H2 2O(l)O(l)H00。(3)(3)为提高为提高COCO的吸收率的吸收率, ,可采取的有效措施是可采取的有效措施是_。(4)(4)除去氧气时除去氧气时, ,氧气将氧气将CHCH3 3COOCu(NHCOOCu(NH3 3) )2 2 氧化为氧化为(CH(CH3 3COO)COO)2 2C

53、u(NHCu(NH3 3) )4 4,则反应中还原剂与氧化剂的物质则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是的量之比是_。.氨的合成氨的合成(5)(5)合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解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释的是_(_(填序号填序号) )。A.A.采用较高的压强采用较高的压强(20(2050 MPa50 MPa) )B.B.采用采用500500的高温的高温C.C.用铁触媒作催化剂用铁触媒作催化剂D.D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来将生成的氨液化并及时从体系中分离出来,N,N2 2和和H H2 2循循环到合成塔中并补充环到合成塔中并补充N N2 2和和

54、H H2 2【解析【解析】. .空气的主要成分为氧气和氮气空气的主要成分为氧气和氮气, ,设法除去设法除去氧气后即可得到氮气。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该反应是一个气体体积减小的放热反应, ,根据平衡根据平衡移动原理移动原理, ,增大压强、降低温度都有利于平衡正向移动增大压强、降低温度都有利于平衡正向移动, ,提高提高COCO的转化率。氧气将的转化率。氧气将CHCH3 3COOCu(NHCOOCu(NH3 3) )2 2 氧化为氧化为(CH(CH3 3COO)COO)2 2Cu(NHCu(NH3 3) )4 4 时时, ,铜元素的化合价由铜元素的化合价由+1+1价

55、升高到价升高到+2+2价价,CH,CH3 3COOCu(NHCOOCu(NH3 3) )2 2 是还原剂是还原剂,O,O2 2是氧化剂是氧化剂, ,根据电根据电子得失守恒原理子得失守恒原理, ,可知二者的物质的量之比是可知二者的物质的量之比是4141。.合成氨反应是一个气体体积减小的放热反应合成氨反应是一个气体体积减小的放热反应, ,增大增大压强、降低温度、增大反应物浓度或减小生成物浓度压强、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。实际操作中等措施都可以使平衡正向移动。实际操作中, ,采用采用500500的高温的高温, ,是考虑催化剂的催化效率是考虑催化剂的催化效率

56、, ,兼顾平衡转化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和反应速率的结果。催化剂能同等程度改变反应速率率, ,不能使平衡发生移动。不能使平衡发生移动。答案答案: :(1)(1)将空气与碳作用生成将空气与碳作用生成COCO2 2, ,除去除去COCO2 2即可得到氮即可得到氮气气( (其他合理答案也可其他合理答案也可) )(2)C+H(2)C+H2 2O CO+HO CO+H2 2( (或或CO+HCO+H2 2O COO CO2 2+H+H2 2或其他合理或其他合理答案答案) )(3)(3)降低温度、增大压强降低温度、增大压强(4)41(4)41(5)A(5)A、D D高

57、温高温= 高温高温催化剂催化剂3.3.制取硝酸铵的流程图如下制取硝酸铵的流程图如下: :请回答下列问题：请回答下列问题：(1)(1)合成氨原料的来源：合成氨原料的来源：_。(2)(2)已知已知N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g) 2NH(g) 2NH3 3(g)(g) H=-92.4 kJ=-92.4 kJmolmol-1-1。为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取的措施是为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取的措施是_。(3)(3)氨催化氧化的化学方程式为氨催化氧化的化学方程式为_；Pt-RhPt-Rh合金网的作用为合金网的作用为_，Pt-RhPt-Rh合金网未预热也呈红热状态的原因

58、是合金网未预热也呈红热状态的原因是_。(4)(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，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？如何消除它们对大气的污染？_。写出有关化学反应方程式：写出有关化学反应方程式：_。(5)(5)硝酸铵的两种主要用途是硝酸铵的两种主要用途是_。(6)(6)在一定温度和压强的密闭容器中，将平均相对分在一定温度和压强的密闭容器中，将平均相对分子质量为子质量为8.58.5的的H H2 2和和N N2 2混合，当该反应达到平衡时，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测出平衡混合气的平均相对分子质量为1010，试求此，试求此时

59、时N N2 2的转化率和平衡混合气体中的转化率和平衡混合气体中NHNH3 3的体积分数的体积分数_、_。【解析【解析】(1)(1)氮气的来源是空气，而氢气来源于燃料氮气的来源是空气，而氢气来源于燃料( (煤、石油产品等煤、石油产品等) )与水反应的产物。与水反应的产物。(2)(2)为提高合成氨的产率，可采取增压、及时分离出氨为提高合成氨的产率，可采取增压、及时分离出氨等措施。等措施。(3)(3)氨的催化氧化反应为放热反应，故氨的催化氧化反应为放热反应，故Pt-RhPt-Rh合金网虽合金网虽未预热也呈红热状态。未预热也呈红热状态。(4)(4)氮的氧化物可以用碱液吸收消除其危害。氮的氧化物可以用碱

60、液吸收消除其危害。(5)(5)硝酸铵可以作化肥，也可以用于制炸药等。硝酸铵可以作化肥，也可以用于制炸药等。(6)(6)根据根据“十字交叉法十字交叉法”可得：可得： 则则n(Nn(N2 2)n(H)n(H2 2)=6.519.5=13)=6.519.5=13。设反应前混合气体。设反应前混合气体的总物质的量为的总物质的量为4 mol4 mol，平均相对分子质量与气体的，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总物质的量成反比，设反应后气体的总物质的量为xmolxmol，则有，则有 x=3.4x=3.4，反应前后气体的物质的，反应前后气体的物质的量差值为量差值为0.6 m