2014高考化学自助式学习菜单：第17讲 02 化学与工农业生产.pdf

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化学与工农业生产
一、小试能力知多少(判断正误)
(1)工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气(×)
(2)工业上制H2SO4过程中SO2氧化条件一般选择高温、高压、催化剂(×)
(3)侯德榜制碱法最终制得的是纯碱(√)
(4)工业合成氨时可通过大幅度提高原料中氮气的比例来提高氢气的转化率(×)
二、必备知识掌握牢
1．硫酸工业生产中的四个“三”
2．氨氧化法制硝酸的三反应与三设备
(1)三反应：4NH3＋5O24NO＋6H2O，
2NO＋O2===2NO2，
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

(2)三设备：热交换器、转化器、吸收塔。

3．纯碱生产“两方法”氨碱法(索尔维)联合制碱法(侯德榜)原理NaCl(饱和
)＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑原料NaCl、NH3、CaCO3(制备CO2和CaO)NaCl、NH3、CO2生产流程优、缺点原料便宜、步骤简单，但是产生大量CaCl2，食盐利用率低产品纯度高，原料利用率高，同时得到氮肥NH4Cl三、常考题型要明了
考查制取硫酸和纯碱的生产原理典例考查工业制硫酸演练1考查硝酸的工业生产原理演练2
[典例]　Ⅰ.目前，我国采用“接触法”制硫酸，设备如图所示：
(1)图中设备A的名称是________________，该设备中主要反应的化学方程式为
______________________________________________________________________________________。

(2)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是________________________________。

A．二氧化硫的接触氧化在接触室中发生
B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫
C．煅烧含硫48%的黄铁矿时，若FeS2损失了2%，则S损失2%
D．B装置中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率
E．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
(3)科研工作者开发了一种先制备SO2，再用电化学原理生产硫酸的方法，装置如图所示。

为了稳定技术生产，硫酸的浓度应维持不变，则通入的SO2和水的质量比为________。

Ⅱ.纯碱是一种重要的化工原料。

目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。

请按要求回答问题：
(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式
：________________________________________________________________________；
(2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式
：________________________；______________________________。

(3)CO2是制碱工业的重要原料，“联合制碱法”中CO2来源于________，“氨碱法”中CO2来源于
______________________________。

[解析]　Ⅰ.(1)“接触法”制硫酸的设备有沸腾炉、接触室或催化反应室和吸收塔。

沸腾炉中发生反应的化学方程式为：4FeS2＋11O28SO2＋2Fe2O3，接触室中反应的化学方程式为：2SO2＋O22SO3，吸收塔中反应的化学方程式为
SO3＋H2O===H2SO4。

(2)由于SO3与H2O反应时易形成酸雾且吸收效率低，所以常用98.3%的浓硫酸作吸收剂。

由于SO2氧化成SO3为放热反应，升高温度有利于提高化学反应速率，不利于提高SO2的转化率，接触室中的热交换器是利用SO2氧化成SO3放出的热量来预热SO2，实现能量的充分利用。

(3)发生反应的化学方程式为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，设通入SO2与H2O的质量比为x∶y，反应后生成的H2SO4与H2O的质量比一定为1∶1，则＝， 整理得＝。

Ⅱ.“氨碱法”中过滤NaHCO3后剩余的NH4Cl与Ca(OH)2反应生成NH3，以循环利用NH3，但是反应生成的CaCl2为废弃物，而“联合制碱法”中，向NH4Cl溶液中加入NaCl就析出NH4Cl固体，且利用NaHCO3分解产生的CO2作为原料气通入NaCl溶液中。

[答案]　Ⅰ.(1)沸腾炉　4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
(2)DE　(3)16∶29
Ⅱ.(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
(2)NH3＋H2O＋CO2＋NaCl(饱和)===NaHCO3↓＋NH4Cl　2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑
(3)合成氨厂　煅烧石灰石
化学原理在硫酸工业生产中的应用
1．化学反应速率和化学平衡原理
(1)增大化学反应速率的措施：
①升高温度。

②使用催化剂。

③在沸腾炉中燃料燃烧时，将原料粉碎，增大与空气的接触面积。

(2)反应条件的选择：
①温度：400℃～500℃，根据平衡移动原理，应在低温下进行，但低温时催化剂的活性不高，反应速率低，实际生产中采用400℃～500℃的温度。

②常压：根据平衡移动原理，应在高压下进行，但增大压强对SO2的转化率提高不大
，且加压会增大成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产中采用常压操作。

③适当过量的空气：提高SO2的转化率。

2．逆流原理
沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应进行彻底充分；吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片)，浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。

3．热交换原理
由于2SO2＋O22SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，用反应后的热气体预热接触室的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。

4．循环操作原理
由于2SO2＋O22SO3是可逆反应，尾气中还有一定的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气体送回接触室，提高原料利用率，同时减少废气排放。

—————————————————————————————————————— [演练1]　硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题。

(1)若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂，你认为厂址选在________的郊区(填选项的标号)。

A．有丰富黄铁矿资源的城市
B．风光秀丽的旅游城市
C．消耗硫酸甚多的工业城市
D．人口稠密的文化、商业中心城市
(2)据测算，接触法制硫酸过程中，若反应热都未被利用，则每生产1 t 98%硫酸需消耗3.6×105 kJ能量，请通过计算判断，若反应：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98.3 kJ·mol－1，放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产1 t 98%硫酸只需外界提供(或可向外界输出)________能量。

(3)CuFeS2是黄铁矿的另一成分，煅烧时，CuFeS2转化为CuO、Fe2O3和SO2，该反应的化学方程式为
________________________________________。

(4)由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与SO3在沸腾炉中化合而成)，其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(如下表)：
沸腾炉温度/℃600620640660矿渣中CuSO4的质量分数%9.39.29.08.4
已知CuSO4在低于660℃时不会分解，请简要分析上表中CuSO4的质量分数随温度升高而降低的原因
：____________________________________________。

解析：(2)生产1 t 98%的硫酸需合成n(SO3)＝(1×106g×98%)÷98 g·mol－1＝10 000 mol，故在硫酸生产过程中若放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产1 t 98%的硫酸可向外界输出的热量为10 000 mol×98.3
kJ/mol－360 000 kJ＝6.23×105 kJ。

(4)由题意知CuSO4在低于660℃时不会分解，然而在由600℃升至660℃的过程中矿渣中CuSO4的质量分数却在减小，其原因一定是反应物SO3在减少，理由是随温度升高，平衡向逆反应方向移动
，SO3的物质的量减少，所以CuSO4的量减少。

答案：(1)C　(2)6.23×105 kJ
(3)4CuFeS2＋13O2===4CuO＋2Fe2O3＋8SO2
(4)SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡向逆反应方向移动，SO3的物质的量减少，所以CuSO4的量减少(或温度升高，SO3的物质的量减少，故CuSO4的量减少)
[演练2]　工业上常用氨氧化法生产硝酸，其过程包括氨的催化氧化(催化剂为铂铑合金丝网)、一氧化氮的氧化和水吸收二氧化氮生成硝酸。

请回答下列问题：
(1)氨催化氧化的化学方程式为____________________________；
(2)原料气中空气必须过量，其主要原因是____________________________________；
(3)将铂铑合金做成薄丝网的主要原因是__________________________________；
(4)水吸收二氧化氮生成硝酸为放热反应，其化学方程式为_____________________，为了提高水对二氧化氮的吸收率，可采取的措施为____________(答两项)。

解析：(2)根据平衡原理，增大反应物的浓度，平衡向正反方向移动，以提高原料的转化率；(3)增大铂铑合金的表面积，使接触面积增大，提升催化的效果；(4)为了提高吸收率，可根据溶解过程放热采用降温处理，且气体的吸收可用加压的方式。

答案：(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O
(2)提高氨的转化率和一氧化氮的转化率
(3)增大催化剂与反应物的接触面积
(4)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　加压、降温
：
：。