21-合成氨纯碱的生产-基础

1.21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.合成氨适宜条件选择的依据合成氨的反应原理：3H,(g)+N,(g)峰宁黜整2NH(g)；AH=—92.4kJmol-i；特点：这是一个放热的、气体总2 2催化剂 3体积缩小的可逆反应。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：①是否需要催化剂及催化剂的催化效率问题；②反应速率进行的快慢、达到平衡时间长短问题；③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20〜50MPa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齐IJ的活，性＞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卜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10cm,如压强过大，J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20〜50MPa。综合考虑上述因素，在实际生产中，合成氨反应一般选择在500C左右，为加快反应速率，仍需使用催化剂。(2)合成氨时，为什么选择500C的高温，为什么不采用过量的N2以提高H2的转化率？500C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)=l：3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，未要点二、合成氨的基本生产过程反应的原料气需循环使用，c(N2)：反应的原料气需循环使用，c(N2)：c即可，便于合成氨生产的循环操作。(H2)=l：3的比例始终保持不变，只需补充一部分N2、凡使反应保持定的浓度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N?。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J的反应如下：C+HO(g)—CO+H；CO+HO(g)簿噌CO+Ho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。CH+HC0+3H；CH+2HCO+4Ho除去二氧化碳即可得4 2 △ 2 4 2 △ 2 2到氢气，常用K2cO3溶液吸收；K2CO3+CO2+H2O==2KHCO3o(2)净化：原料气的净化原料气在制备过程中，有。2、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。2、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：NH3-H2O+H2S==NH4HS+H2Oo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。2、CO、C02>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。为了使氨从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。.生产流程图循环操作N、、H、.原料气净化、压缩合成塔 1分离—液氨(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，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1mol乂最终可制得2moiN4,即关系式为：N2〜2NH3。要点三、合成氨工业的发展.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。.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，期间各国一直在进行研究和改进。.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可作为尿素和碳镂的原料。合成氨的废液主要是含氧化物和含氨的污水。目前，处理含氧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僧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.原料：食盐（氯化钠）、石灰石（经煨烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气。.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镂溶液。经过滤、洗涤得到NaHCC）3微小晶体，再煨烧制得纯碱产品。放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化镂的滤液与石灰乳［Ca（OH）J混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。.化学反应方程式是：NaCl+NH3+H2O+CO2^NaHCO3i+NHCl2NaHCO=Na2CO3+H2O+CO2TCaO+H2O==Ca(OH)22NH4Cl+Ca(OH)2==CaCl2+2NH3T+2H2O.工业生产的简单流程如下图所示。CO2（循环使用）一沉淀煨烧

"HNaHCOj-饱和食盐水氨盐水过滤洗涤通CO2溶液NH4C1NaClNa2cCh饱和食盐水氨盐水过滤洗涤通CO2溶液NH4C1NaClNa2cCh产品广NH3(循环使用)△Ca(OH)2“L废液CaCbNaCl“Ca（OH）2石灰乳.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（C1-）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72%〜74%,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、联合制碱法该方法是我国化学工程专家侯德榜（1890-1974）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镂两种产品的方法。.原料：食盐、氨和二氧化碳一合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。合成氨生成二氧化碳的方程式为：C+H00CO+HCO+HO^=CO+H。.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，将氨通入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NaHCC）3微小晶体，再煨烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化镂和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化镂和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化镂晶体。由于氯化镂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，而且氯化镂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，可以使氯化镂单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化镂产品。此时滤出氯化镂沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。.其工业生产的简单流程如下图所示。

合成氨工厂饱和食盐水沉淀NaHCO3滤液NH4cl

NaCl煨烧加NaCl细粉通合成氨工厂饱和食盐水沉淀NaHCO3滤液NH4cl

NaCl煨烧加NaCl细粉通NFh冷却、过滤洗涤、干燥C02(循环使用)Na2c产品NH4cl产品饱和食盐水(循环使用).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镂。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(C1-)来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化镂。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，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：①Ca(HC()3)2(aq)及Ca(HCC)3)2⑸受热都能发生分解反应：Ca(HCO)CaCO1+HO+COt，Ba(HCO0 BaCO1+HO+COJ，2KHCO3^K2CO3+H2O+CO2To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NaHCC^的溶解度。一般说来，向饱和Na’COq(叫)中通CO,会有NaHC(\沉淀析出：NaCO+H0+C0==2NaHCO1,同理：S(LiCOJ>S(UHCO3)、S(K2CO3)>S(KHCO3)o(2)S(CaCO3)<S[Ca(HCO3)]：CaCC^不溶于水，CalHCC^%能溶于水，故相同温度条件下，CaCC^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C02会使溶液变得澄清：CaCO3+H2O+CO==Ca(HCOJO同理：S(MgCOJ<S[Mg(HCOJS(BaCOJ<S[Ba(HCOJlo乙 J乙 J J乙 J J乙【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()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C.500C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。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500C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500C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，500C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](2014黄冈测试)氨在国民经济中占有重要的地位。现在约有80%的氨用来制造化肥，其余的用作生产其他化工产品的原料。例如，农业上使用的氮肥如尿素、硝酸镂、磷酸镂、硫酸镂、氯化镂、氨水以及各种含氮混合肥料和复合肥料，都是以氨为原料制成的。(1)综合考虑各种因素，在实际生产中，合成氨一般选择以为催化剂，压强在之间，温度在(2)要实现合成氨的工业化生产，首先要解决氢气和氮气的来源问题。氢气的制取有以下几条途径：①电解水制取氢气，②由煤或焦炭来制取氢气，③由天然气或重油制取氢气。你认为哪种方法是最佳选择？(填序号),其反应的化学方程式为o【答案】(1)铁触媒10-30MPa400-500℃(2)③CH+HO(g)呼乎CO+3H,、CO+H0^^CO+H4 2 局温 2 △ 22【解析】(1)对合成氨的反应，催化剂只能提高反应速率，不能使化学平衡发生移动；高压能提高化学反应速率,也能使化学平衡向合成氨的方向移动。(2)电解水制氢气，电能消耗大，成本高；煤作原料，能源消耗大，污染大；天然气作为洁净燃料，便于管道运输，有投资省、能耗低的优点。【变式2】有平衡体系CO(g)+2H2(g)-^CH30H(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，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(2014长沙质检)合成氨所用的原料可以由天然气制取，其主要反应为CH|(g)+HO(g)山也CO(g)42△+3H2(g)olm3(标准状况)Cq按上式完全反应，产生H?mobCH4和0。之间的反应可以为2CH(g)+O?(g)上也28(g)+4H(g),设(：凡同时和HO(g)及O2(g)反应。1m3(标准状况)CH4按上述两式完全反应，产物气体的体积y(标准状况)为oCq和H2。(g)及富氧空气(GJ?含量较高，不同富氧空气中氧气含量不同)混合反应，产物气体组成如下表：气体CO凡2体积/L2560152.57(0)TOC\o"1-5"\h\z计算该富氧空气中0,和N,的体积比三*= o2 2 V(N)2V(H)3(4)若CH4和H,0(g)及富氧空气混合反应的产物中，(合成氨反应的最佳比)，则反应中的H,04 2 V(JN) 1 22(g)和富氧空气的体积比为O

【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。2 .7a【答案】(1)133.9 (2)3m3<V<4m3 (3)- (4)1-y【解析】(1)由CH4(g)与H2。(g)反应的化学方程式可知，Im3cH彳完全反应生成3m3H2(标准状况)，其物质的量为p133.9molo3m3xlOOOL物质的量为p133.9molo22.4L•mol-i(2)根据有关化学反应方程式可知，1m3(标准状况)的CH4分别与H?。、GJ2反应，生成的气体在标准状况下的体积分别为4m3、3m3,故1m3(标准状况)的C%与H?。、O2的混合物完全反应生成的气体，在标准状况下的体积为3〜4m3。V(CO)25(3)CH,与H,0的反应，CH,与0,的反应同时发生，且产物中三£=右，可将化学反应方程式整合为25cH44 2 4 2 V(H) 60 4215 V(0)7.5+2.52(g)+10HO(g)+—09(g)==25CO(g)+60H(g),由此可见富氧空气中心*=---=-2 22 2 V(JN)1j52(4)设富氧空气中的体积分数为a，反应用去的H2。(g)与富氧空气的体积分别为X、yoCH(g)+H0(g)=^^3H(g)+C0(g)42△2x 3x占愀2CH4(g)+02(g)==t4H2(g)+2C0(g)ya 4ya3x+4ya3 x4rlet所以有：二、二7，解得一二1一丁。y(l—a) 1 y3【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一一氢气，有一种来源是取自石油气，例如丙烷。TOC\o"1-5"\h\z(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( )CHo—极高—>C+H.30 2CH—高温脱氢>CH+H38 36 2CH+H0—催化剂>CO+H CO+H0—->CO+H38 2 2 2 2 2CH+0o—CO+HO 2HO-如j2HJ+OJ38 2 2 2 2 21 21(2)按以上合理的反应途径，理论上由1mol丙烷最多可制得氨气约( )A.4molB.6.6molC.10molD.2.7mol(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H?纯度高 C.制得的H?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C.H.的利用率不高，只有四分之一的3o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H2,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。TOC\o"1-5"\h\z(2)将C中的化学方程式配平可得：CH+3H0—->3CO+7H,生成的CO在催化剂作用下，与水进一步反应，joZ Z又可得到更多的H,：3CO+3HO-->3CO+3H,故可得，1molQH.最多可制得10molH,由合成氨反应可得出10molZ Z ZZ jo Z凡可制得约6.6molNH3o(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、煨烧而得到纯碱)，但却不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液中( )A.KHCO3溶解度较大B.KHCO3溶液度较小C.K2cO3溶解度较大 D.K2cO3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NaHCC>3溶解度不大，当Na+、HCO3一浓度较大时便析出NaHCC)3晶体，将过滤得到的NaHCC^煨烧得Na2co3，反应的方程式为：八 〜十NH+HO+CO==NHHCO.,NaCl+NHHCO==NaHCO1+NHCl,2NaHCOo NaCO+HO+CO由于KHCOo3 2 2 4 3 4 3 3+4 3 2 3 2 21 3溶解度较大，无法从溶液中析出，故无法利用其分解制取K2co3。【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:CO2食盐水CO2食盐水X(提取副产品)(1)上述生产纯碱的方法称，副产品的一种用途为OTOC\o"1-5"\h\z(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是 o(3)写出上述流程中X物质的分子式o(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 o(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 o(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NH4+的浓度，使NH4cl更多地析出b.使NaHC()3更多地析出c.使NaHC()3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)NH3+CO2+H2O+NaCl==NH4Cl+NaHCO3；或NH3+CO2+H2O^NH4HCO3,NH4HCO3+NaCl^NaHCO3；+NH4clCO2(4)I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一一联合制碱法，该法利用了NaHCC)3的溶解度较小，发生反应：NH+CO+NaCl==NaHCO.；+NHCL将NaHC(\加热得纯碱：2NaHC0q^^Na°C0jC0,T+H°O(故X为CO?），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I）。根据AgCl和Ag2cO3的性质差异，可用加AgNC）3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）==NaHCXy+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有：20%盐酸、30%硫酸、浓氨水、氢氧化钠、消石灰、石灰石、氯化镂、食盐、蒸僧水和冰，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,E0（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，而不是碳酸氢镂或食盐结晶。说明：①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I」，有塞玻璃容器,玻璃漏斗丫，分液漏¥ ,玻璃导管一虚一।（但应标示出在液面上或液面下）②铁架台、石棉网、酒精灯、玻璃导管之间的连接胶管等在示意图中不必画出。如需加热，在需加热的仪器下方，标以表不O【答案】（1）示意图见下图。VA B C ECaCO3，并由漏斗加入20%盐酸蒸僧水冰水（或冷水）氨通入饱和食盐水而成的氨盐水30%硫酸（3）取少量产品放在试管中，在酒精灯下加热至不再有气体放出时，停止加热。试管中如有白色剩余物质，则得到的产品不是碳酸氢镂。试管冷却后，向其中加入适量盐酸，反应激烈，产生大量气泡，最后剩余物全部溶解，说明得到的结晶是碳酸氢钠。如果加入盐酸后，晶体全部溶解，但没有气泡产生，则得到的结晶可能是食盐。【解析】分析反应原理，制NaHCC）3需浓氨水、饱和NaCl溶液和CO2，由已知反应物首先应制备CO2并净化。制NaHC（）3是利用NaHCC）3溶解度不大的原理，但整个反应过程是放热的，根据影响固体溶解度的因素应降温。由于浓氨水挥出NH3，所以应作尾气处理。NqHCOs^^N&T+HzO+CO2T无固体剩余，NaCl不与酸反应，而NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2T,可根据此来判断产品是否为NaHCOr）【巩固练习】一、选择题1.（2014河南诊断）有关合成氨工业的说法中正确的是（）oA.从合成塔出来的混合气体，其中N4只占15%。所以生产氨的工厂的效率都很低B.由于氨易液化，N2.J是循环使用的，总体来说氨的产率较高C.合成氨反应温度控制在400〜500C,目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨采用的压强是10〜30MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大.以下事实不能用勒夏特列原理解释的是（ ）A.温度过高对合成氨不利B.合成氨在高温下进行是有利的C.合成氨在高温下进行和加入催化剂都能使反应速率加快D.在合成氨时，氮气要过量.工业合成氨的反应是在500C左右进行的，主要原因是（ ）A.500C时此反应速率最快 B.500C时氨的平衡浓度最大C.500C时氨的转化率最高 D.500C时该反应催化剂的催化活性最好.下列所述情况表示合成氨反应达到平衡状态的是（）A.J的消耗速率与NH3的生成速率之比为3：2B.体系中混合气体的平均相对分子质量不再改变C.N2的生成速率与NH3的生成速率之比为1：2D.密闭容器中H2、N2>NH3的物质的量之比为3：1：2.以焦炭为主要原料合成氨，为了使通入合成塔的N2与H2保持1：3的体积比，则焦炭（不计燃烧中的损耗）与空气的物质的量之比约为（ ）A.1：3B.3：2C.6：5D.4：3.水煤气的转化反应：CO（g）+H2O（g）^^CO2（g）+H2（g）（正反应为放热反应），下列叙述正确的是（ ）一定条件下，混合气体的平均相对分子质量不再改变，表明已达到平衡状态一定条件下，1^0的生成速率与CO的生成速率相等，表明已达到平衡状态C.增大水蒸气的浓度可提高CO的转化率D.增大CO的浓度可提高CO的转化率.区别固体Na2cO3和NaHCC>3最好的方法是（ ）A.加热 B.两者分别与同浓度的稀盐酸反应C.溶于水，比较其溶解性 D.两者分别加入NaOH溶液或石灰水.（2015北京朝阳）下列说法不正确的是（）o“联合制碱法”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应:TOC\o"1-5"\h\zNH+CO+NaCl+HO==NaHCOo；+NHCl3 2 2 3 42NaHCOo^^NaCO+HOf+C0of3 2 3 2 2“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性.制取相同质量的CO2，若要节省酸，可选下列哪种物质（ ）A.NaHCO.B.NaCO.C.CaCO.D.KCO.3 2 3 3 2 3.关于Na2cO3和NaHCC）3性质的比较，下列叙述不正确的是（ ）A.在一定条件下，Na2cO3与NaHCC>3可相互转化B.等质量的Na2cO3与NaHCC）3固体分别与足量的盐酸反应，前者消耗盐酸多，产生气体却少Na2cO3比NaHCC）3更稳定，Na2cO3加热不易分解NaHCC）3比Na2CO3更易溶于水.已知在相同温度下，Na2cO3的溶解度远大于NaHCC）3的溶解度，往下列溶液中持续通入CO2气体至过量，溶液中有沉淀物产生的是( )A.饱和Na2cO3溶液 B.饱和氯化钙溶液C.澄清的石灰水 D.饱和氯化钠溶液.下列四种基本类型的反应①化合反应；②分解反应；③置换反应；④复分解反应，能产生二氧化碳的是()A.只有①②③ B.只有②③④ C.只有①③④D.①②③④二、填空题.在一定的温度和压强下，将体积为VL的不锈钢容器抽成真空后，充入1.2molNH3。再将容器密闭固定，达平衡时有80%的氨气分解为氮气和氢气。问：(1)平衡时氮气、氢气的物质的量各是多少？(2)平衡时容器内的压强是氨气分解前压强的多少倍？(3)欲减小氨气的分解率，应采取哪些措施？.以H2、CO为主要成分，供化学合成用的一种原料气叫做，合成气”。若用天然气为原料制合成气，可用‘天然气蒸气转化”的反应：CH4(g)+H2O(g)^^CO(g)+3H2(g)；AH>0o生产时主要条件是温度、压强和水蒸气的配比，另外还要有适宜的催化剂。合成气里的H2可用于合成氨，CO最终分离出来后可用于合成甲醇、醋酸、乙二醇等，即新兴起的以分子中只含有一个碳原子的化合物为原料来合成化工产品的C1化学”。据此回答以下两题：(1)天然气蒸气转化的主要反应进行时，有关叙述中不正确的是( )A.反应速率为九(凡)』(CH/B.温度为800〜820℃,若超过1500C反而不利C.工业上为使平衡向正反应方向移动，要用过量的天然气D.在加压的条件下，正反应速率会增大(2)目前用合成气生成甲醇时，采用Zn-Cr催化剂，其反应为：CO(g)+2H2(g)・^CH30H(g)；AH>0o有关叙述正确的是( )A.达到平衡时，容器内的总压保持不变B.合成甲醇的反应可以认为是CO的氧化反应C.根据勒夏特列原理，合成甲醇的反应要在加压和维持相当高的温度下进行，以利于提高单位时间内的产量D.甲醇与CO能在一定条件下化合生成醋酸是因CO插入ch3oh中形成C=O键而成.(2014苏北三市调研)利用天然气合成氨的工艺流程如图1所示：图1 图2依据上述流程图，完成下列填空：(1)天然气脱硫时的化学方程式是 OnmolCq经一次转化后产生CO0.9nmol,产生H?mol(用含n的代数式表示)。K2co3(aq)和CO?的反应在加压下进行，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CO?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。请在图2中标出上述流程图中第三处循环(循环方向、循环物质)。4.如下图是某学生设计的碳酸氢钠的受热分解的实验装置图。试指出其错误之处，并加以纠正。澄清石灰水澄清石灰水错误：①;②;③纠正：①;②;③【参考答案与解析】一、选择题B【解析】由于采用循环操作，故氨的产率较高；控制温度在400〜500C是综合考虑了反应速率、平衡移动和催化剂的活性的结果；采用压强10〜30MPa的目的是获得较快的反应速率、较高的产率等。故选B。BCD【解析】合成氨时，温度太低会降低反应速率，温度过高会使合成氨的产率降低。选择500C,主要是因为此温度时该反应催化剂的催化活性最好BC【解析】J的消耗速率与N4的生成速率表达的均为正反应的速率，没有表述逆反应速率；平衡时各物质的量之间没有必然联系，只是反应时反应物消耗的量与产物生成的量之间的量比为化学方程式的计量系数比。C【解析】工业合成氨的原料气(H2)一般是利用焦炭与水蒸气反应制取的。 c+H2o^^co+H2,co+h2o上也CO'+H。，焦炭与H,的关系式为：C-2Ho由N,〜3Ho可得3c〜2N。，又因N,约占空气总体积的士,因此，焦炭与空气的物质的量之约为6：5oC【解析】化学平衡中，增加一种反应物的浓度。可提高另一种反应物的浓度。因此，增大水蒸气的浓度可提高co的转化率。B【解析】鉴别不同物所谓的好方法，一般的衡量标准：一是操作方法简便；二是现象明显；三是所选用的试剂为常用廉价药品。A选项加热固体Na2c无反应，在高温下才分解；NaHCC)3受热便可分解，但现象不很明显。若要利用分解产生的CO?的性质，必然增加装置和药品；若要将两种物质在加热前后分别称重来鉴别并非不可，但太麻烦。B选项将两种固体分别与同浓度的稀盐酸反应，产生气体慢的为Na2co3，产生气体快的为NaHCO3：Na2CO3+HCl==NaCl+NaHCO3,NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2T,所以NaCC^、NaHCC^在分别与同浓度的同一种酸反应时，后者反应快。如果取两种白色固体少许，采用逐滴加入稀盐酸的方法，理论上讲现象更为明显。C选项利用NaHCO3>Na2CO3的溶解性的差异来鉴别，只能动用天平称量，也很麻烦。D选项在Na2co3、NaHCO3中分别加入NaOH溶液，前者不反应，后者虽反应但无明显现象，无法区分。若加石灰水，虽然化学反应方程式不同，但都有白色沉淀产生，Ca(OH)2+Na2CO3==CaCO3；+2NaOH,Ca(OH)2+2NaHCO3==CaCO3；+Na2C