新人教版高中化学选修2（全册知识点考点梳理、重点题型分类巩固练习）（基础版）（家教、补习、复习用）

1、人教版高中化学选修二知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习化工生产过程中的基本问题【学习目标】1、认识工业上生产硫酸的反应原理；2、以硫酸生产为例，了解化工生产过程中的一些基本问题；3、认识平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用。【要点梳理】【炔烃和气态烃燃烧#化学性质】要点一、接触法制硫酸1化学原理：造气S (s)+O2 (g)=SO2 (g)；H=279 kJmol14FeS2 (s)+11O2 (g)=2Fe2O3 (s)+8SO2 (g)；H=3412 kJmol1接触氧化2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3 (g)；H=196.6 kJmol1三氧化硫的吸收SO3 (

2、g)+H2O (l)=H2SO4 (l)；H=130.3 kJmol12原料：黄铁矿（主要成分是FeS2）（或者硫）、空气、98.3%的H2SO4。3主要设备：沸腾炉（制取SO2的设备，用硫作原料不用此设备，我国现在还主要用黄铁矿为原料制H2SO4）；接触室（制取SO3的设备）；吸收塔（制取H2SO4的设备）。沸腾炉粉碎的矿石空气炉气净化SO2、O2、N2接触室SO3、SO2、O2、N2吸收塔浓硫酸尾气SO2、O2、N2供稀释用硫酸4生产工艺流程：要点诠释：硫酸生产过程中三设备的两进两出；每套设备都有两进两出。（1）沸腾炉两进：黄铁矿进口和空气进口。两出：矿渣出口和炉气出口（炉气成分：SO2、

3、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，砷、硒等的化合物及矿尘等）。（2）接触室两进：冷反应混合气进口（主要成分：SO2、O2、N2等）和经过预热的热反应混合气进口（主要成分：SO2、O2、N2等）。两出：经过热交换器预热的热反应混合气出口（主要成分：SO2、O2、N2等）和反应后混合气出口（主要成分：SO3、SO2、O2、N2等）。（3）吸收塔两进：混合气进口（主要成分：SO3、SO2、O2、N2等）和98.3%的H2SO4进口。两出：供稀释用硫酸出口（主要成分：H2SO4、SO3）和尾气出口（主要成分：SO2、O2、N2等）。5SO2接触氧化适宜条件的选择（1）温度：SO2接触氧化是一个放热的可逆

4、反应，根据化学平衡理论判断可知，此反应在温度较低的条件下进行最为有利。但是，温度较低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益来考虑，对生产不利。在实际生产中，选定400500作为操作温度，因为在这个温度范围内，反应速率和SO2的平衡转化率（93.5%99.2%）都比较理想。（2）压强：SO2的接触氧化也是一个总体积缩小的气体反应。增大气体压强，能相应提高SO2的平衡转化率，但提高得并不多。考虑到加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，而且在常压下，400500时，SO2的平衡转化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压进行操作，并不加压。（3）催化剂：主要含五氧化二钒（V2O5），俗称矾触媒。接

5、触氧化适宜条件：温度：400500（反应速率快，催化剂活性高）；压强：常压（常压下，SO2转化率已很高，无需加压）；催化剂：五氧化二钒（V2O5）。要点诠释：催化剂在使用中会因各种因素而失去活性，其中重要的一个因素就是中毒。催化剂中毒的原因有几种可能，原料中所含的少量杂质，或是强吸附（多为化学吸附）在活性中心上，或是与活性中心起化学作用，变为别的物质，都能使活性中心中毒。另外，反应产物中也可能有这样的毒物；在催化剂的制备过程中，载体内所含的杂质与活性组分相互作用，也可能毒化活性中心。中毒不仅影响催化剂的活性，造成催化剂的活性下降，也影响催化剂的选择性。6硫酸的用途硫酸是化学工业中重要产品之一，

6、是许多工业生产所用的重要原料。硫酸常列为国家主要重工业产品之一。硫酸的用途十分广泛。主要有下列几方面：化肥工业：硫酸与氨反应生成硫酸铵（肥田粉），与磷矿粉反应生成过磷酸钙，每生产1 t硫酸铵要消耗750 kg硫酸；1 t过磷酸钙要消耗360 kg硫酸。近年来，已逐渐用其他氮肥如尿素、碳酸氢铵、氨水、硝酸铵等代替硫酸铵，使硫酸用于生产氮肥的用量有所减少，但硫酸用于磷肥仍在增长。目前化肥工业（主要是磷肥）仍然是硫酸的最大用户，国外化肥用酸约占硫酸总消费量的40，我国化肥用酸约占60。有机合成工业：在有机合成工业中要用硫酸生产各种磺化产品、硝化产品，如每生产1 t锦纶需发烟硫酸1.7 t；1 t T

7、NT消耗360 kg硫酸。石油工业：石油产品精炼时要用硫酸除去产品中的不饱和烃等，例如每吨柴油要消耗31 kg硫酸。金属工业：金属铜、锌、镉、镍的精炼，其电解液需用硫酸配制；电镀、搪瓷工业需用酸洗去其表面的铁锈和氧化铁。无机盐工业：在无机盐工业中，硫酸作为一种最易大量获得、价格低廉的酸，用以生产各种硫酸盐、磷酸盐、铬酸盐等。原子能工业：大量硫酸用于离子交换法提取铀。要点二、化工生产过程中的基本问题1依据化学反应原理确定生产过程化工生产是以化学反应原理为依据，以实验室研究为基础的。任何生产的完成都要符合化学反应规律。对于某一具体的化工产品，研究生产过程要从产品的化学组成和性质考虑，来确定原料和生

8、产路线。案例：工业制硫酸的反应原理和生产路线。从H2SO4的组成看，原料应是自然界存在的硫黄或硫铁矿。反应过程为：S或FeS2SO2SO3H2SO4。由此可确定生产过程可分为：第一步：以硫黄或硫铁矿为原料制备SO2（造气）；第二步：利用催化氧化反应将SO2氧化为SO3（催化氧化）；第三步：三氧化硫转化为硫酸（吸收）。2生产中原料的选择在工业生产中，选择原料除依据化学反应原理以外，还有许多因素要考虑，如厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、存贮、运输、预处理成分及环境保护等。案例：虽然用硫黄制硫酸的装置优于黄铁矿制硫酸的装置，且硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短，设备简单，三废处理量小，劳动

9、生产率高，易于设备大型化等。但由于我国硫资源缺乏，黄铁矿储量比天然硫黄要大，所以我国主要是以黄铁矿为原料制硫酸。3生产中反应条件的控制在工业生产中，常常涉及可逆反应，因此要根据平衡移动原理和化学反应速率原理来选择合适的反应条件，使制备反应进行得尽可能地快，并且反应物的转化率尽可能的高。在实际生产中还要考虑控制某些化学反应条件的成本和实际可能性，因此转化率的高低不是唯一要考虑的因素。4生产中的三废的处理三废处理或将三废消灭于生产过程中，是近年来化工技术发展的方向之一。（1）尾气处理硫酸工业生产的尾气中含有少量的SO2，可用石灰水吸收，使其生成CaSO3，然后再用硫酸处理，生成SO2和CaSO4。

10、化学方程式为：SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O CaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2+H2O。作劣质硫酸直接使用制副产品石膏废液（2）污水处理Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O（3）废渣利用制水泥的辅料、制砖用作冶金原料（炼铁）废渣5能量的充分利用硫酸生产过程中要消耗大量的能量。例如，开动机器设备（矿石粉碎机、运输装置、鼓风机、泵等）需要电能，维持接触氧化适宜的温度（400500）需要热能。由于硫酸生产过程中三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能以降低生产成本。例如，在沸腾炉旁设置“废热”锅炉，产生的蒸气可用来发电；在催化反应室中设热交换装置，利

11、用SO2氧化为SO3时放出的热来预热即将参加反应的SO2和O2，使其达到适宜的反应温度。据测算，生产1 t硫酸约需消耗100 kWh的电能，而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相当于200 kWh的电能。以上资料显示：硫酸生产中如能充分利用“废热”，则不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量，而且还可以由硫酸厂向外界输送大量的能量。要点三、硫酸工业制备中的知识储备 1FeS2中硫元素的化合价从化合价定则推知，FeS2中铁为+2价，硫为1价。但在已知硫元素的各种价态中，只有2价、0价、+4价、+6价，并不存在1价。这里根据化合价定则求算出的硫元素的“化合价”，实际上是硫元素在该化合物中S S2的氧化数

12、。所谓氧化数是指元素一个原子在外观或形式上所带的电荷。FeS2的电子式为 ，两个硫原子之间形成一对共用电子对，由于两个相同的硫原子吸收电子的能力相同，该电子对不发生偏移，而是居于两个硫原子的正中央，两个硫原子都不显电性。但每个硫原了和铁原子结合时，一个硫原子获得铁原子供给的一个电子，而带一个单位负电筒，故在FeS2中每个硫原子在外观或形式上带有一个单位负电荷，所以FeS2中硫元素的氧化数为1。由于中学化学里不要求氧化数的概念，可以通俗地认为FeS2中硫元素的“化合价”为1价。当然也可以把（S2）看做是一个整体，称为过硫团，可以认为过硫团（S2）显2价。 2煅烧硫铁矿的化学方程式中电子转移方向和

13、总数的标法44e单线桥法： 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 或4e40e4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 若用双箭号法标电子转移方向和总数，则为：失4e失40e得44e4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 还原剂为FeS2，氧化剂为O2，氧化产物为Fe2O3和SO2，还原产物为Fe2O3和SO2。本质是0价的O元素氧化了+2价的Fe和1价的S元素，参加反应的三种元素均参加了氧化还原反应。 3常见问题整理 A、工业上接触法制硫酸中为什么要先将黄铁矿粉碎？答：该做法是为了增大反应物之间的接触面积，因为反应物之间的接触面积越大，反应速率就越快，制H2SO4时把黄铁矿石粉碎

14、，并在沸腾炉中燃烧，从而加快反应的进行，燃烧也充分。 B、为什么把燃烧黄铁矿的炉子叫沸腾炉？为什么用这种炉子？ 答：这是因为矿粒燃烧的时候，从炉底通入强大的空气流，把矿粒吹得在炉内一定空间里剧烈翻腾，好像“沸腾着的液体”一样。因此，人们把这种炉子叫沸腾炉。矿粒在这种沸腾情况下，跟空气充分接触，燃烧快，反应完全，提高了原料的利用率。 C、黄铁矿在沸腾炉里燃烧时，为什么要向炉中鼓入过量的空气（氧气）？师答：生产上，常使其一反应物的用量（浓度）超过反应所需的量。过量的那种反应物往往是原料中比较易得且价钱比较便宜的。因而能使较贵重的原料更充分利用。在焙烧黄铁矿石制造硫酸时，采用过量的空气使黄铁矿充分燃

15、烧，就是一例。 D、逆流原理在接触法制硫酸过程中有哪些具体的作用？师答：在化工生产中，相互作用的物料，往往采用逆流的方法，如用质量分数为98.3的硫酸吸收三氧化硫，液体和气体的流向是相反的，液体由吸收塔顶部淋下，气体由下向上，使作用更完全。在热交换中，冷的和热的气体（或液体），都是采用逆流的方法进行热量交换的。硫酸工业中，接触室内使用热交换器，使未进入接触室的SO2和O2得以预热，有利于SO2的转化；从接触室里出来的SO3。得以降温，减少了SO3的分解。 E、为什么通入接触室的混合气体必须预先净化？如何净化？师答：从沸腾炉里出来的炉气中，除SO2、O2、N2外，还有水蒸气，有如含砷、硒等的化合

16、物杂质及矿尘，杂质和矿尘会使催化剂失去活性而中毒，水蒸气会跟SO2、SO3形成酸雾，腐蚀管道设备，因此通入接触室的混合气体预先净化。 F、什么是热交换过程？师答：通过热交换器把反应时生成的热，传递给进入接触室的需要预热的混合气体，并冷却反应后生成的气体。像这样传递热量的过程就是化学工业上常用的热交换过程。 G、吸收SO3为什么不直接用水或稀H2SO4，而是用98.3的硫酸？师答：这是因为用水或稀H2SO4作吸收剂时，容易形成酸雾，吸收速度慢且吸收不充分，而用98.3的硫酸作吸收剂，则在吸收过程中不形成酸雾，吸收速率快且吸收充分，有利于SO3的吸收。 4发烟硫酸、纯硫酸、浓硫酸、稀硫酸有何区别和

17、联系？ 将SO3气体溶解在浓硫酸中所成的溶液称为发烟硫酸。发烟硫酸暴露在空气中时，挥发出的SO3气体和空气中的水蒸气形成硫酸的小液滴而发烟。发烟硫酸的脱水性、吸水性和氧化性都比浓硫酸更强。在硫酸工业上常用98.3的硫酸来吸收SO3得到发烟硫酸，再用92.3的硫酸来稀释发烟硫酸，得到市售的98.3的硫酸。 纯硫酸是无色油状液体，100的纯硫酸几乎不导电。加热纯硫酸放出SO3直至酸的浓度降低至98.3，此时沸点为338，再继续加热，硫酸的浓度不变，所以不能用蒸发的方法得到无水硫酸。 市售的浓硫酸一般含有H2SO4为9698，比重为1.84gmL1，相当于18 molL1。具有强烈的吸水性、氧化性、

18、脱水性。能把铁、铝钝化。通常用来制取氢气的稀硫酸其浓度约为34 molL1，且具有酸的通性，无吸水性、脱水性，能和铁、铝剧烈反应放出H2。【典型例题】类型一：硫酸的制备原理及生产工艺例1 有关接触法制硫酸的叙述，其中正确的是（ ）A用硫黄或硫铁矿均可作为原料B尾气含二氧化硫，不需处理即可排入空气C送进沸腾炉的矿石不需粉碎，燃烧黄铁矿应不断添加燃料D接触室中的热交换器的作用是冷却沸腾炉出来的炉气【思路点拨】净化过程：炉气除尘（除矿尘）洗涤（除砷、硒等的化合物）干燥（除水蒸气）SO2、O2、N2。【答案】A【解析】接触法制硫酸，关键是将SO2与O2通过催化剂（V2O5）的作用，接触氧化为SO3，至

19、于获得SO2，可以将硫燃烧而得，也可以煅烧硫铁矿（主要成分是FeS2）而得，所以A说法正确。尾气中是含有SO2，会污染大气。块状矿石不易燃烧，故必须粉碎。从化工生产原理上讲叫做增大反应物接触面积，有利于加快化学反应速率。另外硫铁矿燃烧过程是放热的，所以点燃以后不需添加燃料。接触室中的热交换器的作用是加热进入接触室的SO2和O2混合气体，同时冷却反应后生成SO3等气体，而沸腾炉出来的炉气在进入接触室前因净化等处理早已冷却。【总结升华】明确工业制硫酸的原料、反应设备及原理、尾气处理方法。注意总结工业制备类要点，横向总结，纵向对比。 例2 固体A、B都由两种相同的元素组成，在A、B中两元素的原子个数

20、比分别为11和12，将A、B在高温时煅烧，产物都是C（s）和D（g）。由D最终可制得E，E是非金属元素显+6价的含氧酸，该非金属元素形成的单质通常是一种淡黄色晶体，E的稀溶液和A反应时生成G（g）和F（aq），G通入D的水溶液，有淡黄色沉淀生成。在F中滴入溴水后，加入KOH溶液有红褐色沉淀生成，加热时又能转变为G。根据上述事实回答： （1）A的化学式是_，B的化学式是_。（2）写出下列反应的化学方程式：B煅烧生成C和D_。G通入D溶液中_。向F中滴入溴水_。【思路点拨】审题时，注意题目中的“非金属元素显+6价的含氧酸”、“该非金属元素形成的单质通常是一种淡黄色晶体”均可做为本题中的突破口。【答

21、案】（1）A为FeS，B为FeS2（2）4FeS2+11O22Fe2O3+8SO22H2S+H2SO3=3S+3H2O6FeSO4+3Br2=2Fe2(SO4)3+2FeBr3【解析】解答这道题的关键在于推出组成固体A和B的两种元素。第一步：根据E是非金属元素显+6价的含氧酸且该非金属元素形成的单质，通常是一种淡黄色固体，所以E是H2SO4。第二步：A（或B）C+D，D最终制得E，E+AG+F，G+D淡黄色沉淀。该淡黄色沉淀必为S，进一步验证E为H2SO4，A和B中均含S元素。第三步：F红褐色沉淀C，该红褐色沉淀必为Fe(OH)3，因此C为Fe2O3，F为含Fe2+的溶液，A和B中均含Fe元素

22、。【总结升华】注意总结常见元素及其化合物的特征现象及特征反应，以此做为推断题的突破口，迅速有效的解答题目。举一反三：【变式1】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化为SO3：2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)；H=196.6 kJmol1（1）该反应在_（设备）中进行，这种生产硫酸的方法叫做_。（2）在实际生产中，操作温度选定400500，是因为_。（3）硫酸工业选定压强通常采用_，作出这种选择的依据是_。【答案】（1）接触室；接触法。（2）温度较低时催化剂活性不高，反应速率慢，温度过高，SO2转化率会降低。（3）常压；在常压及400500时，SO2转化率已经很高，若加压则会增加设

23、备、增加投资和能量消耗。例3 在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都是正确的是（ ）A硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧B从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应CSO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率DSO3用98.3%的H2SO4吸收，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全【答案】D 【解析】选项A中操作正确，但解释不对，将矿石粉碎是使矿石与空气的接触面积增大，可以燃烧得更充分、更快。B项的说明不对，净化的目的是防止炉气中的杂质和矿尘使催化剂中毒、失效。选项C的说明是错误的，催化剂的作用是缩短反应完成的时间。选项D正

24、确。类型二：工业制硫酸的有关计算 例4 在一定条件下可发生反应：2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)。现取3 L SO2和6 L O2混合，当反应达到平衡后，测得混合气体的体积减小10%。求： （1）SO2的转化率。（2）平衡混合气体中SO3的体积分数。【思路点拨】解答有关计算时，注意气体摩尔体积及阿伏加德罗定律的应用：同温同压下，相同体积的任何气体必然含有相同数目的分子。【答案】（1）60% （2）22.2%【解析】（1）2SO2 + O2 2SO3 n 2 1 2 1 n (SO2) (3+6)10%n (SO2)=1.8SO2转化率（2）。【总结升华】在涉及工业制备的计算时，经

25、常涉及到多步反应，注意此类习题转化率、产率等问题。举一反三：【变式1】反应2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)（正反应为放热反应）在不同温度或不同压强（p1p2）下达到平衡时，混合气体中SO2的体积分数a%随温度和压强的变化曲线正确的是（ ） 【答案】D （点拨：正反应是放热反应，且是体积减小的反应，随温度升高，a%增大，随压强增大，a%减小。）【巩固练习】一、选择题1接触法制硫酸中，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（ ）ASO3、O2 BSO3、O2、SO2

26、、N2 CSO3、N2 DSO3、O2、N23把1 g含脉石（SiO2）的黄铁矿样品在氧气流中灼烧，反应完全得残渣0.78 g，则此黄铁矿中含FeS2的质量分数为（ ）A33% B66% C78% D88%41 mol FeS2经过SO2的制取、转化和SO3的吸收，如果硫元素全部进入硫酸中，则下列说法正确的是（ ）A整个过程中硫元素一共“失去”14 mol电子B最终生成2 molL1的硫酸溶液C最终生成196 g硫酸溶液D最终生96 g硫酸5用硫铁矿生产硫酸的过程中，对提高效率不利的因素是（ ）A矿石粉碎后送入沸腾炉 B使用热交换器预热气体C用水吸收三氧化硫 D使用催化剂6接触法制硫酸时由沸腾

27、炉产生的炉气中能使催化剂中毒的成分是（ ）A水蒸气 B砷、硒的化合物 C氧气 D氮气7在硫酸工业中，常用浓H2SO4而不用水吸收SO3是因为（ ）ASO3易溶于H2SO4而不溶于水B用浓H2SO4吸收速度慢，损失SO3少C用水吸收易形成酸雾，阻碍SO3再吸收D用水吸收得不到纯净的硫酸8在实际生产中，反应2SO3(g)O2(g)2SO3(g) H0，应选择的适宜条件是()A、高温、高压、催化剂B、低温、高压、催化剂C、高温、低压、催化剂D、适当温度、常压、催化剂9“绿色化学”是人们最近提出的一个新概念，主要内容之一是指从技术、经济上设计一种可行的化学反应，尽可能减少对环境的负面作用，下列化学反应

28、符合绿色化学概念的是()A、制CuSO4：Cu2H2SO4（浓）CuSO4SO22H2OB、制CuSO4：2CuO22CuO；CuOH2SO4（稀）CuSO4H2OC、制Cu(NO3)2：3Cu8HNO3（稀）3Cu(NO3)22NO24H2OD、制Cu(NO3)2：Cu4HNO3（浓）Cu(NO3)22NO22H2O10对于反应4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，下列叙述正确的是（ ）A铁和硫两种元素被还原BFe2O3和SO2都既是氧化产物，又是还原产物C1 mol FeS2在反应中失去11 mol eD如果O2过量，SO2会被氧化成SO3二、填空题12SO2 (g)+O2 (g)2

29、SO3 (g)；H=196.6 kJmol1，相同条件下混合1 mol SO2、0.5 mol O2反应，测得反应放出的热量总是小于98.3 kJ，其原因是_。2在一体积可变的密闭容器中，对可逆反应A (g)+B (g)2C (g)；H0进行5次实验，数据如下表，根据下表中提供的数据判断当反应达到平衡时：（1）第_次实验结果，A的转化率最大；（2）第_次实验结果，A的浓度最大；（3）第_次实验结果，正反应速率最大。实验次数起始浓度（molL1）反应条件ABC温度压强Pa催化剂1502001.01106有1502001.01105有1102001.01106有150201.01105无11020

30、1.01105无3针对硫酸工业，回答问题：(1)在进行接触氧化前，为什么要对炉气进行净化和干燥？(2)根据化学平衡理论，考虑综合经济效益，SO2的接触氧化应在什么条件下进行最为有利？4（1）硫铁矿因其外表像金，故又称愚人金，在无任何试剂的情况下，你如何用化学实验证明：一块硫铁矿不是真金。 （2）下图是几种进行热量交换或物质交换的装置，其中流向AB的是_。 【参考答案与解析】一、选择题1D 【解析】二氧化硫氧化为三氧化硫的设备叫做接触室2B 【解析】SO2氧化为SO3的反应为可逆反应，空气中的N2不参加反应3B 【解析】用差量法计算4A 【解析】FeS22H2SO4，1个1价的S变为1个+6价的

31、S共失去7e，1 mol FeS2完全转化为硫酸共“失去”14 mol电子；最终生成硫酸为196 g，至于硫酸溶液的质量和浓度是无法确定的5C 【解析】用水吸收三氧化硫会形成酸雾，影响吸收效率6B7C 【解析】用浓H2SO4而不用水吸收SO3是防止形成酸雾8D9B10BC 【解析】铁和硫的价态均升高被氧化，A项错；SO2被氧化成SO3要在催化剂和高温条件下才能实现，D项错二、填空题1如果1 mol SO2与0.5 mol O2完全反应全部转化为1 mol SO3，则放出热量为98.3 kJ。此反应为可逆反应，1 mol SO2不可能与0.5 mol O2完全反应，则放出热量小于98.3 kJ。

32、2（1） （2） （3）3(1) 防止催化剂中毒。(2) 400500，常压并在催化剂作用下。4（1）取一小块样品，在火上煅烧，若有刺激性气味气体产生，则不是真金。 （2）合成氨 纯碱的生产【学习目标】1、了解合成氨的反应原理、基本生产过程和合成氨工业发展中需要解决的问题；2、通过纯碱的两种典型生产过程及其演变的学习，了解化学工艺改进的原因、思路、条件以及由此带来的社会和经济效益。【要点梳理】要点一、合成氨的反应原理【走进化学工业#合成氨】1合成氨适宜条件选择的依据合成氨的反应原理：3H2 (g)+N2 (g)2NH3 (g)；H=92.4 kJmol1；特点：这是一个放热的、气体总体积缩小的

33、可逆反应。工业上合成氨，既要使反应进行得快，又要使平衡混合物中氨的含量高，还要考虑生产中的动力、材料、设备等因素，以取得最佳效益。因此必须根据化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，对合成氨的条件进行选择。要点诠释：勒夏特列原理主要解决的是平衡问题，主要包括平衡移动、平衡转化率、产率等问题。但以下几方面问题，则不能用勒夏特列原理解释：是否需要催化剂及催化剂的催化效率问题；反应速率进行的快慢、达到平衡时间长短问题；与勒夏特列原理相矛盾的实际应用问题。2合成氨适宜条件选择的思路选择项目选择的思想适宜条件（填写表格）压强合成氨反应是一个气体体积缩小的反应，增大压强既能增大反应速率，又能提高平衡混合物氨

34、的含量。理论上讲，压强越大越好。但压强越大，需要的动力就越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，这将会大大增加投资并可能降低综合经济效益。因此压强不宜过高2050 MPa温度降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量，但温度过低，反应速率很小，需要很长时间才能达到平衡状态，这在工业上是很不经济的。综合考虑上述问题结合考虑催化剂的活性最大，选择_的温度500左右催化剂使用催化剂能降低反应所需的能量，加快化学反应速率。合成氨反应即使在高温高压下仍然进行得十分缓慢。选择合适的催化剂，可以使反应能够在较低温下较快地进行以铁为主体的多成分催化剂（铁触煤）浓度增大反应物的浓度可以增大反应速率并使平衡向生成氨

35、的方向移动，减小生成物的浓度可以使平衡向正反应方向移动及时补充N2、H2，使其保持一定浓度，及时将氨液化使其从反应体系中分离出来要点诠释：合成氨的几个常见问题 （1）合成氨时，压强是否越大越好，为什么使用了高温、高压还要用催化剂？ 选择合成氨的条件时，应以提高综合经济效益为选择生产条件的目的。目前，合成塔的耐压钢板厚度已达10 cm，如压强过大，H2还是会穿透钢板。由于N2十分稳定。即使用了高温、高压，反应速率仍然十分缓慢，需要很长时间才能达到平衡，这在工业生产上是很不经济的，目前，我国合成氨厂通常采用2050 MPa。综合考虑上述因素，在实际生产中，合成氨反应一般选择在500左右，为加快反应

36、速率，仍需使用催化剂。 （2）合成氨时，为什么选择500的高温，为什么不采用过量的N2以提高H2的转化率？500的高温，可以加快反应速率，此温度时，催化剂铁触媒的活性最高。由于氮气的特殊稳定性，即使增大氮气的浓度，对反应速率及氨的产率都影响不大。采用c (N2)c (H2)=13的比例，更便于合成氨生产的循环操作。在选择时，既要考虑提高温度有利于提高合成氨的速率，又要考虑适当控制温度以利于提高氨的产率，同时还兼顾考虑催化剂的活性范围，并有利于提高整体反应物的转化率。合成氨中的原料气只能有一部分转化为氨，分离出氨后，未反应的原料气需循环使用，c (N2)c (H2)=13的比例始终保持不变，只需

37、补充一部分N2、H2使反应保持一定的浓度即可，便于合成氨生产的循环操作。要点二、合成氨的基本生产过程1主要生产过程（1）造气：制备合成氨的原料气制取N2：将空气液化，蒸发分离出氧气获得N2，或将空气与碳作用使氧气生成二氧化碳，除去二氧化碳即得N2。制取H2：用水和碳氢化合物（煤、焦炭、石油、天然气等）在高温下制取。如用焦炭和水制取H2的反应如下：C+H2O (g)CO+H2；CO+H2O (g)CO2+H2。石油、天然气、焦炉气、炼厂气等都含有大量的碳氢化合物，这些碳氢化合物在一定条件下，可以与氧气或水蒸气反应生成一氧化碳、二氧化碳和氢气。CH4+H2OCO+3H2；CH4+2H2OCO2+4

38、H2。除去二氧化碳即可得到氢气，常用K2CO3溶液吸收；K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3。（2）净化：原料气的净化原料气在制备过程中，有O2、CO、CO2、H2S、水蒸气存在，分离时，不可能将它们完全分离掉，因此，原料气中往往混有少量的O2、CO、CO2、H2S、水蒸气和粉尘，这些物质都能使催化剂的活性减弱或丧失，这就是催化剂中毒。用稀氨水吸收H2S杂质：NH3H2O+H2S=NH4HS+H2O。最后，原料气还需经过精制处理，如用醋酸、铜和氨配制成的溶液来吸收O2、CO、CO2、H2S等少量有害气体。（3）合成：氨的合成与分离净化后的原料气经过压缩机压缩至高压。在适宜条件下进行氨的合成

39、反应。设备：合成塔。从合成塔出来的气体，通常约含15%（体积分数）的氨。为了使氨没有起反应的氮气和氢气里分离出来，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐。由气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。合成塔主要由接触室和热交换器两部分构成。热交换器使合成氨和氨冷凝放出的热来加热原料气体。2生产流程图原料气净化、压缩合成塔分离液氨循环操作 N2、H2（1）循环操作过程是将没有转化为生成物的反应物又重新回到反应设备中参加反应的过程，显然循环操作过程可以提高反应物的利用率，使反应物尽可能地转化为生成物。（2）由于存在循环操作过程，从理论上讲，

40、即使是可逆反应，反应物也是全部转化为生成物。如合成氨反应，理论上1 mol N2最终可制得2 mol NH3，即关系式为：N22NH3。要点三、合成氨工业的发展1原料及原料气的净化氮气来自取之不尽用之不竭的空气，氢气的制备工艺和技术的变化：早期主要源于焦炭和水的反应，现在已经可以使用各种不同的固态（煤和焦炭）、液态（石油中提炼的石脑油和重油等）和气态（天然气和焦炉气等）可燃物作为制氢的原料。2催化剂的选择催化反应过程的工艺条件常常决定于催化剂的性能。合成氨时，使用磁铁矿催化剂已经80多年，其间各国一直在进行研究和改进。3环境保护合成氨的废渣主要来自造气阶段，特别是以煤为原料而产生的煤渣，用重油

41、为原料产生的炭黑等，现在大都将它们用作建材和肥料的原料。合成氨的废气主要是H2S和CO2等有害气体。对H2S的处理可采用直接氧化法、循环法等回收技术，CO2可作为尿素和碳铵的原料。合成氨的废液主要是含氰化物和含氨的污水。目前，处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法，处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的。要点四、氨碱法生产纯碱【走进化学工业#氨碱洗的生产原理】 1原料：食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气。 2生成过程：先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。经过滤、洗涤得到

42、NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品。放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳Ca(OH)2混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。 3化学反应方程式是：NaCl+NH3+H2O+CO2=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2CaO+H2O=Ca(OH)2 2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O4工业生产的简单流程如下图所示。 5氨碱法的优缺点：氨碱法的优点是：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。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分里都只利

43、用了一半食盐成分里的钠离子（Na+）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO32）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（Cl）和石灰石的另一成分钙离子（Ca2+）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有7274，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃，这是一个很大的损失。要点五、联合制碱法【走进化学工业#联合制碱法】 该方法是我国化学工程专家侯德榜（18901974）于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。 1原料：食盐、氨和二氧化碳合成氨厂用水煤气制取氢气

44、时的废气。 合成氨生成二氧化碳的方程式为：C+H2OCO+H2 CO+H2OCO2+H2。 2生产过程：联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通人饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，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

45、燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。3其工业生产的简单流程如下图所示。4联合制碱法与氨碱法的比较：联合制碱法与氨碱法比较，其最大的优点是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更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品一一纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（Cl）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，

46、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。要点诠释：1、碳酸氢盐的不稳定性所有碳酸氢盐都不稳定，不论干态还是湿态，受热都容易发生分解反应。如：Ca(HCO3)2 (aq)及Ca(HCO3)2 (s)受热都能发生分解反应：Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2，Ba(HCO3)2BaCO3+H2O+CO2，2KHCO3K2CO3+H2O+CO2。要点诠释：2、某些碳酸的正盐和酸式盐的溶解度（S）的比较（1）S (Na2CO3)S (NaHCO3)：相同的温度条件下，Na2CO3的溶解度大于其酸式盐NaHCO3的溶解度。一般说来，向饱和Na2CO3（aq）中通CO2会

47、有NaHCO3沉淀析出：Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3，同理：S (Li2CO3)S (LiHCO3)、S (K2CO3)S (KHCO3)。（2）S (CaCO3)S Ca(HCO3)：CaCO3不溶于水，Ca(HCO3)2能溶于水，故相同温度条件下，CaCO3的溶解度小于其酸式盐Ca(HCO3)2的溶解度。一般说来，向CaCO3悬浊液中通入CO2会使溶液变得澄清：CaCO3+H2O+ CO2=Ca(HCO3)2。同理：S (MgCO3)S Mg(HCO3)2、S (BaCO3)S Ba(HCO3)2。【典型例题】类型一：工业合成氨的原理例1 下列事实不能用勒夏特列原理解释的是

48、（ ） A使用催化剂有利于合成氨的反应 B高压有利于合成氨的反应 C500时比室温更有利于合成氨的反应 D将混合气体中的氨气液化有利于合成氨反应【思路点拨】本题考查勒夏特列原理的应用。在分析时，需要综合考虑外界条件对速率的影响以及对平衡的影响。【答案】AC【解析】合成氨的反应是一个气体体积缩小的放热反应，加压能使平衡向生成氨的方向移动；升温虽不利于提高平衡时氨的含量，但能使催化剂活性大，提高反应速率，综合各种因素看，适当的高温对合成氨反应是有利的；将氨液化降低平衡混合物中的氨气浓度，平衡向生成氨气方向移动；催化剂只能提高反应速率，缩短达到平衡的时间。【总结升华】本题最易出现的思维障碍是漏选C。

49、原因是这部分同学简单运用了所学的知识。根据所学知识，选择500的温度作为合成氨的适宜条件，是因为在此温度时，反应速率快且平衡时氨的含量也不太低。也就是说，选择500的温度是反应速率原理和勒夏特列原理共同作用的结果。题中设问“500时比室温更有利”，显然若用勒夏特列原理来解释，高温应不利于氨的生成。举一反三：【变式1】对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是（ ） A都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响 B都能使化学平衡向右移动，增大N2的平衡转化率，缩短到达平衡状态所用的时间 C都能缩短到达平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响 D催化剂能缩短到达平衡所用的

50、时间，而压强无此作用【答案】C 【解析】对于可逆反应来说，催化剂只能提高反应速率缩短到达平衡的时间，但不能使化学平衡发生移动，不能提高N2的平衡转化率；由于N2+3H22NH3是一个体积缩小的反应，增大压强后，不仅能增大反应速率，缩短到达平衡的时间，而且能使化学平衡向正方向移动，提高N2的平衡转化率。【变式2】有平衡体系CO (g)+2H2 (g)CH3OH (g)（正反应为放热反应），为了增加甲醇的产量，工厂应采取的正确措施是（ ）A高温、高压 B适宜温度、高压、催化剂C低温、低压 D低温、高压、催化剂【答案】B 【解析】题目的命题意图，将选择合成氨的分析思路应用到工业合成甲醇的反应条件选择

51、，是一种同类工业问题的迁移，分析时，只需考虑实际上工业生产的可能性，与合成氨生产条件选择的方法相同。由于合成甲醇的反应是气体体积缩小的反应，故增大压强有利于甲醇的生产，由于正反应是放热反应，故升高温度对生成甲醇又是不利的，由于考虑到反应速率的因素，故应采取适宜的温度，催化剂能加快反应速率，不影响化学平衡，故使用催化剂。类型二：合成氨的工业应用例2 工业用氨和二氧化碳在一定条件下反应合成尿素CO2+2NH3=CO(NH2)2+H2O。已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生H2和CO2。H2是合成氨的原料，CO2供合成尿素用。若从充分利用原料的角度考虑最好选用（ ）ACO B石脑油（C5H12、

52、C6H14） CCH4 D焦炭做出这种选择的依据是_。【思路点拨】分析时，注意题给反应及合成氨反应中各物质的比例系数。【答案】B 当CO2和H2物质的量之比等于13时，合成氨的反应和合成尿素的反应恰好完全进行。石脑油与水反应生成的CO2和H2物质的量之比最接近13【解析】根据反应：3H2+N22NH3和CO2+2NH3=CO(NH2)+H2O可看出，当CO2和H2物质的量之比等于或接近13时，上述反应恰好完全进行。显然若要充分利用原料，原料与水反应生成的CO2和H2物质的量之比应等于或接近13。根据题示信息写出各选项的化学方程式：ACO+H2O (g)=CO2+H2（11）；BC5H12+10

53、H2O=5CO2+16H2（13.2）或C6H14+12H2O=6CO2+19H2（13.2）；CCH4+2H2O=CO2+4H2（14）；DC+H2O (g)=CO2+2H2（12）。石脑油的利用率最高。【总结升华】生产中，一般按计量数之比投料，只有某些价格相差较大的原料，才考虑过量投入廉价的原料，提高另一种价格高的原料利用率。举一反三：【变式1】工业上有以合成氨的原料之一氢气，有一种来源是取自石油气，例如丙烷。（1）有人设计了以下反应途径，假设反应都能进行，你认为合理的是（ ）AC3H8C+H2BC3H8C3H6+H2CC3H8+H2OCO+H2 CO+H2OCO2+H2DC3H8+O2C

54、O2+H2O 2H2O2H2+O2（2）按以上合理的反应途径，理论上由1 mol丙烷最多可制得氨气约（ ）A4 mol B6.6 mol C10 mol D2.7 mol（3）该合理的反应途径最显著的优点是（ ）A简单易行 B制得的H2纯度高 C制得的H2产量高 D可同时获得大量的热能【答案】（1）C （2）B （3）C【解析】氢气是合成氨的重要原料之一，工业合成的途径有多种，其中以天然气为原料是目前生产中最常用的方法。（1）A项中采用的极高温，显然在实际工业生产中是难以实现的；B项中的C3H8的利用率不高，只有四分之一的氢原子被转化为H2；C项中有较高的利用率，并且还可以利用水中氢原子生成H

55、2，实际生产中，生成的CO再进一步与水作用，可继续产生H2；D项是不合理的，该法倒不如直接电解水。（2）将C中的化学方程式配平可得：C3H8+3H2O3CO+7H2，生成的CO在催化剂作用下，与水进一步反应，又可得到更多的H2：3CO+3H2O3CO2+3H2，故可得，1 mol C3H8最多可制得10 mol H2，由合成氨反应可得出10 mol H2可制得约6.6 mol NH3。（3）该方案的显著特点是生成H2的产量高。）类型三：纯碱的生产例3 工业上常用氨碱法制取碳酸钠（将氨和二氧化碳先后通入饱和食盐水而析出水苏打，再经过滤、煅烧而得到纯碱），但却不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液中

56、（ ）AKHCO3溶解度较大 BKHCO3溶液度较小CK2CO3溶解度较大 DK2CO3溶解度较小【思路点拨】分清氨碱法以及联合制碱法的原理，注意其中的相同点以及不同点。【解析】氨碱法制取Na2CO3的原理是，在精制的食盐水中分别通入NH3、CO2，由于NaHCO3溶解度不大，当Na+、HCO3浓度较大时便析出NaHCO3晶体，将过滤得到的NaHCO3煅烧得Na2CO3，反应的方程式为：NH3+H2O+CO2=NH4HCO3，NaCl+NH4HCO3=NaHCO3+NH4Cl，2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2，由于KHCO3溶解度较大，无法从溶液中析出，故无法利用其分解制取K2CO3

57、。【答案】A【总结升华】此题只有明确氨碱法的本质，才能作答，而氨碱法制取碳酸钠也是重要的化工生产，应掌握。例4 我国化学侯德榜（如下图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下： （1）上述生产纯碱的方法称_，副产品的一种用途为_。（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是_。（3）写出上述流程中X物质的分子式_。（4）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了_（填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是_。（5）为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加_。（6）向母液中通氨气，加入细小的食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有（ ） a增大

58、NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出 b使NaHCO3更多地析出 c使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度【答案】（1）联合制碱法或侯德榜制碱法 化肥或电解液或焊药等（其他合理答案也可）（2）NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3或 NH3+CO2+H2O=NH4HCO3，NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl（3）CO2 （4） 过滤（5）稀硝酸和硝酸银溶液 （6）a、c【解析】在我国近代化学史侯德榜为世界作出了伟大贡献联合制碱法，该法利用了NaHCO3的溶解度较小，发生反应：NH3+CO2+NaCl=NaHCO3+NH4Cl。将NaHC

59、O3加热得纯碱：2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O（故X为CO2），从生成的母液中可提取NH4Cl（可用作化肥），母液中的NaCl可循环使用（循环）。根据AgCl和Ag2CO3的性质差异，可用加AgNO3溶液和稀硝酸的方法来鉴别纯碱中是否有食盐。举一反三：【变式1】工业制纯碱时，第一步是通过饱和食盐水、氨和二氧化碳反应，获得碳酸氢钠结晶，它的反应原理可以用下面的方程式表示：NH3+CO2+H2O =NH4HCO3NH4HCO3+NaCl（饱和）= NaHCO3+NH4Cl以上反应的总结果是放热反应。请设计一个实验，用最简单的实验装置模拟实现这一过程，制得碳酸氢钠结晶。可供选择的实验用品

60、有：20%盐酸、30%硫酸、浓氨水、氢氧化钠、消石灰、石灰石、氯化铵、食盐、蒸馏水和冰，以及中学化学实验常用仪器。 （1）画出实验装置示意图，并在图中玻璃容器帝自左至右分别用A、B、C符号标明（请见题后说明）。（2）请写出图中A、B、C各玻璃容器中盛放物质的化学式或名称。A_，B_，C_，D_，E_。（3）利用本题所提供的实验用品，如何判断得到的产品是碳酸氢钠的结晶，而不是碳酸氢铵或食盐结晶。说明：本题装置示意图中的仪器可以用下面的方式表示：敞口玻璃容器 ，有塞玻璃容器 ，玻璃漏斗 ，分液漏 斗 ，玻璃导管 或（但应标示出在液面上或液面下）铁架台、石棉网、酒精灯、玻璃导管之间的连接胶管等在示意