第13章第41讲走进化学工业

第41讲走进化学工业考点1硫酸工业与综合经济效益例1(2011·常德市高考模拟)以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：(1)将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整。4____________＋11O2===2Fe2O3＋8SO2(2)炉气净化的作用是将含SO2的炉气__________、水洗及干燥，如果炉气不经过净化，对SO2催化氧化的影响_____________________________________________________________________。FeS2除尘矿尘(如砷、硒等化合物)导致催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响高温(3)经净化的炉气(含SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%)中SO2平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择为常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的C点对应的反应条件，其原因分别是___________________________________________________________________________________________________________________因为温度越低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化活性受到影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，不选C点(4)依据工艺流程图判断下列说法正确的是(填序号)__________。a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎b．过量空气能提高SO2的转化率c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率d．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁abd(5)每160gSO3气体与H2O化合放出260.6kJ的热量，该反应的热化学方程式是__________________________________________。(6)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐。SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2。SO2吸收潮湿空气中Br2的离子方程式是____________________________________。SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)ΔH＝－130.3kJ/molSO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋2-4SO【解析】本题主要考查硫酸工业，涉及反应原理、反应流程的分析、反应条件的选择、热化学方程式的书写，综合性强。(1)由质量守恒定律可知反应为4FeS2＋11O2===2Fe2O3＋8SO2。(2)根据制备流程“矿石粉碎—造气—净化—催化氧化—吸收”可知，炉气净化目的是防止矿尘(如砷、硒等化合物)导致催化剂中毒以及水蒸气对设备和生产有不良影响。高温(3)要根据反应速率、催化剂活性的影响、转化率的影响因素来分析，不选择C点，因为温度越低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的活性受到影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，不选C点。(4)根据反应速率和原料的转化率来分析，选择a、b、d项，催化剂只能提高反应速率，不能提高转化率。(5)根据条件，热反应方程式为SO2(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)ΔH＝－260.6kJ/2mol＝－130.3kJ/mol。(6)由氧化还原性可得SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋。2-4SO【点评】涉及化工实际生产流程题，首先要依据已掌握的化学反应原理弄清化工生产的流程和每一步的目的，只有了解流程，才能顺利地解答出相关问题，同时要注意在生产中原料的循环利用、尾气的净化处理以及催化剂的防中毒处理等。考点2合成氨工业例2现在普遍应用的工业合成氨的方法是哈伯于1905年发明的，但此法反应物的转化率不高。(1)已知：1molN2(g)与适量H2(g)完全反应，生成NH3(g)，放出92.2kJ热量，写出反应的热化学方程式：___________________________。(2)若该反应在298K、398K时的化学平衡常数分别为K1、K2，则K1__________K2(填“＞”“＝”或“＜”)。(3)在一定温度下，向容积不变(始终为10L)的密闭容器中加入2molN2、8molH2及固体催化剂。10分钟后反应达到平衡状态，容器内气体压强变为起始的80%，此时氨气的体积分数为__________，用氮气表示的反应速率为：____________。若想提高氨气的产率，根据化学平衡移动原理，请提出合理的建议：_______________________________(任意写一条)。(4)在上述相同条件下，若起始时加入4molNH3、2molH2及固体催化剂，反应达到平衡时NH3的体积分数比(3)中__________(填“大”、“小”或“相等”)。(5)氨被氧化生成一氧化氮的化学方程式为：____________________________________________________________________。(6)随着对合成氨研究的发展，2001年两位希腊化学家提出了电解合成氨的方法，即在常压下把氢气和用氦气稀释的氮气，分别通入一个加热到570℃的电解池中，采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H＋)为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现了常压、570℃条件下高转化率的电解法合成氨(装置如图)。请回答：在电解法合成氨的电解池中__________(填“能”或“不能”)用水作电解质溶液的溶剂，原因是________________________________。钯电极A是电解池的__________极(填“阳”或“阴”)，该极上的电极反应式是__________________________________________。【答案】(1)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)ΔH＝－92.2kJ·mol－1(2)(3)25%0.01mol/(L·min)增大氢气浓度或增大氮气浓度或增大反应物浓度或降温或增大压强或及时转移走生成的氨等(4)相等(5)4NH3＋5O2===4NO＋6H2O(6)不能新法合成氨电解池的反应温度是570℃时，水为水蒸气阴N2＋6e－＋6H＋===2NH3催化剂△【点评】合成氨的习题多与化学平衡和热化学联系在一起，重点是原理分析。运用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的条件是解答此题的关键。考点3纯碱工业例3(2011·湖南省三十二校联考)纯碱(Na2CO3)在工业生产和生活中有重要应用，其实验室制法和工业制法如下：【实验室制备纯碱】①将饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度为30～35℃；②搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕，保温30分钟；③静置、过滤得NaHCO3晶体；④用少量蒸馏水洗涤、抽干；⑤将所得固体转入蒸发皿中灼烧得Na2CO3固体。问题：(1)反应将温度控制在30～35℃，通常采取的加热方法为____________；控制该温度的原因是___________________________________________。(2)静置后只析出NaHCO3晶体的原因是_________________________________________。【工业制备纯碱】水浴加热防止NH4HCO3分解而影响NaHCO3晶体的生成碳酸氢钠溶解度最小(3)沉淀池中反应的离子方程式为___________________________________________。(4)循环(Ⅰ)、循环(Ⅱ)中物质的化学式分别为_____________、_________；两种制备纯碱的方法中，共同涉及的化学反应方程式为___________________________________________。Na＋＋NH3＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋+4NHNaClCO22NaHCO3===Na2CO3＋H2O＋CO2↑△【解析】本题主要考查纯碱的制备中所涉及的元素化合物知识。(1)只要加热的温度低于100℃，且需控制一定温度范围，均可采用水浴加热的方式。因NH4HCO3受热易分解，导致溶液中不能析出NaHCO3晶体，因此加热温度不能过高。(2)因NaHCO3的溶解度比NH4HCO3、NaCl的溶解度均小，故溶液静置析出的物质只有NaHCO3。(3)工业制备Na2CO3时沉淀池发生的反应：Na＋＋NH3＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋，书写离子方程式时应注意NaHCO3必须写化学式且加沉淀符号“↓”。+4NH(4)将沉淀过滤后得到的母液中主要含有NaCl和NH4Cl，因此循环(Ⅰ)中的物质为NaCl；煅烧炉中发生的反应为2NaHCO3===Na2CO3＋H2O＋CO2↑，因此循环(Ⅱ)中的物质为CO2。由两种制备纯碱的方法可知，共同涉及NaHCO3的分解反应。△【点评】无机化工题实际上是考查学生运用化学反应原理及元素化合物知识来解决相关问题的能力。解答此类问题的基本思路：(1)首先阅读题干信息，了解生产的产品。(2)分析工业操作流程中的每一个环节、步骤：①反应物是什么；②加入了什么试剂；作用是什么；对后序操作起了什么作用；将整个流程分析透彻，理清关系，然后针对提问进行解答。重要的几种化学工业生产是《化学与技术》模块的核心，所有高考中的考查都以这些生产过程中的原理、生产工艺与设计新思路为依据。所以在备考过程中，要熟练掌握相关的思想、知识细节、生产原理、工艺设计原理，还有新时期对化学工业原理的新要求，如循环经济、原子经济、节能环保等方面的要求在工业中的运用。平时的学习中要抓住原料和生产工艺作为学习的重点，要对教材中常见的知识内容了如指掌。1.煅烧硫铁矿产生SO2，为了提高生成SO2的速率。下列措施可行的是()①把块状矿石碾成粉末②向炉内喷吹氧气③使用Fe2O3做催化剂④降低体系的温度A．只有①B．只有②C．①②D．①④C2.与氨碱法比较，下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的是()A．提高了原料的原子利用率B．降低了生产成本C．减少了环境污染D．减轻了对设备的腐蚀【解析】联合制碱法把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境污染。D3.下列有关工业生产的叙述正确的是()A．合成氨生产中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2和H2的转化率B．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量C．电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室D．电解精炼铜时(粗铜中含有Fe、Zn、Ag等)，溶液中铜离子浓度减小D4.(2011·海南卷)工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题：(1)卢布兰芳是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取，结晶而制得纯碱。①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为___________________________________________；②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________(已知产物之一为CaS)；2NaCl＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋2HCl↑△Na2SO4＋4C＋CaCO3===CaS＋Na2CO3＋4CO或△Na2SO4＋2C＋CaCO3===CaS＋Na2CO3＋2CO2△(2)氨碱法的工艺如下图所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。①图中的中间产物C是_______，D_______。(写化学式)②装置乙中发生反应的化学方程式为_________________________________________；(3)联合制碱法对氨碱法的改进，其优点是_________________________________________________________________