【精选】高中化学主题1空气资源氨的合成课题3氨氧化法制硝酸学案鲁科版选修2

课题3 氨氧化法制硝酸

1．理解氨氧化法制硝酸的反应原理，并能利用反应原理说明如何制得一氧化氮和选择吸收二氧化氮的条件。(重点)

2．了解氨氧化法制硝酸过程中的尾气对环境的危害及其处理方法，树立环保意识。(难点)

3．进一步认识催化剂在化工生产中的重要作用，体会实验室研究与工业生产的关系。

1.制备流程：NH 3――→NO ――→NO 2――→HNO 3。 2．反应原理：

4NH 3＋5O 2=====催化剂

高温

4NO ＋6H 2O 、2NO ＋O 2===2NO 2、3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。

1．氨氧化法制硝酸过程中，发生氧化反应的含氮物质有哪些？ 【提示】 NH 3、NO 、NO 2中氮元素化合价升高，均发生氧化反应。

A ．氨水(浓氨水∶水＝1.5∶1)

B ．催化剂(Cr 2O 3)

C ．干燥剂(无水氯化钙)

D ．氧化瓶

E ．吸收瓶(水、石蕊溶液)

F ．NaOH 溶液

氨氧化法制硝酸的实验装置示意图

1．操作：先加热硬质试管中的催化剂，再把空气缓缓地、均匀地鼓入氨水中，待催化剂开始红热时，撤走酒精灯。

2．思考

(1)氧化瓶D 中的现象：瓶内变成红棕色。

(2)写出E 中发生的化学反应方程式：3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。

(3)F 的作用是吸收未反应的NO 、NO 2气体。

2．试通过模拟实验分析氨氧化反应的热效应。

【提示】 待催化剂红热时，撤走酒精灯，利用反应释放的热量维持反应的继续进行，说明氨氧化反应为放热反应。

1.(1)氨气与O 2反应可生成多种不同的产物，如NO 、N 2O 、N 2，若不控制反应条件，只会生成氮气。

(2)科学家通过研究，找到了选择NO 并加快反应速率的催化剂，主要包括铂系催化剂和非铂系催化剂两类。

2．选择吸收二氧化氮的条件 (1)吸收NO 2的反应为：3NO 2＋H 2

3

＋NO 。

(2)吸收NO 2反应的特点：①可逆反应；②放热反应；③气体总体积缩小的反应。 (3)吸收NO 2的方法：欲使原料利用充分，得到的硝酸的浓度增大，可采取加压、降温的方法，现代硝酸生产改用全压法和综合法，成品酸中HNO 3的质量分数可达60%～70%，提高了NO 2的吸收率。

3．常压法生产硝酸尾气的处理

(1)碱液吸收法：2NO 2＋Na 2CO 3===NaNO 3＋NaNO 2＋CO 2。

(2)催化还原法：如用H 2、CH 4等在催化剂作用下与氮的氧化物反应。

3．温度和压强对气体的溶解性产生哪些影响？

【提示】 温度越高，气体的溶解性越差，反之越强；压强越大，气体的溶解性越强，反之越差。

①工业制硝酸的原料是什么？ 【提示】 氨气和空气。 ②如何获得一氧化氮？

【提示】 4NH 3＋5O 2=====Pt

高温4NO ＋6H 2O 。

③吸收NO 2的方法是什么？

【提示】 全压法和综合法。 1．工业制硝酸的原料：NH 3和空气。

2．反应流程：NH 3――→O2NO ――→O2NO 2――→H2O

HNO 3。 3．反应设备：氧化炉、吸收塔、蒸馏塔。 4．工艺流程

5．相关反应

4NH 3＋5O 2=====催化剂

高温4NO ＋6H 2O

2NO ＋O 2===2NO 2 3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO

1．Mg(NO 3)2具有脱水作用，可用于提高HNO 3的质量分数。 2．在工业制HNO 3过程中，注意勒·夏特列原理的应用。

把烧红了的铂丝插入盛有浓氨水的锥形瓶中，可观察到下列现象：①液面上的铂

丝保持红热；②瓶内有红棕色气体产生；③有时瓶口有白烟出现。请用必要的文字和有关化学反应方程式解释上述现象。

【解析】 氨与氧气在有催化剂存在时可以发生氧化还原反应，反应方程式为4NH 3＋5O 2=====催化剂

高温4NO ＋6H 2O ，反应是放热的，因此可观察到烧红的铂丝保持红热状态。生成的NO 容

易与O 2继续反应生成红棕色的NO 2气体：2NO ＋O 2===2NO 2。NO 2气体遇水蒸气则发生反应3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，生成的HNO 3是挥发性酸，可与氨水挥发出的NH 3化合产生白烟NH 4NO 3，反应方程式为NH 3＋HNO 3===NH 4NO 3。

【答案】 氨水易挥发，瓶内充满NH 3和O 2的混合气体，当红热的铂丝插入时，由于发生下列反应：4NH 3＋5O 2=====催化剂

高温4NO ＋6H 2O 而放出大量的热，致使铂丝保持红热。生成的NO 可继

续和O 2反应生成红棕色的NO 2，反应方程式为2NO ＋O 2===2NO 2，而NO 2能与水蒸气反应：3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，生成的挥发性酸HNO 3遇NH 3则产生白烟NH 4NO 3，化学反应方程式为NH 3＋HNO 3===NH 4NO 3。

NH3遇HNO3产生白烟固体颗粒，易误写为白雾液体小液滴。

1．工业上用氨的催化氧化法制HNO3时，先制得50%左右的硝酸，然后再制成98%的浓HNO3，一般采用的方法是( )

A．加CaCl2后再蒸馏浓缩

B．加生石灰吸去水分后再过滤

C．加硝酸镁后再蒸馏浓缩

D．加入浓H2SO4后再分液

【解析】以硝酸镁做脱水剂，将浓硝酸镁溶液与稀硝酸按一定比例混合进行蒸馏。由于硝酸镁具有脱水作用，因此可蒸出HNO3含量较高的硝酸蒸气。将硝酸蒸气再进行精馏，即可得到HNO3的质量分数为98%以上的硝酸蒸气，冷凝后即得浓硝酸。

【答案】 C

①硝酸工业中尾气的有害成分是什么？

【提示】NO、NO2等含氮氧化物。

②处理硝酸工业尾气常用什么方法？

【提示】碱液吸收法和催化还原法。

③处理硝酸工业尾气常用的原料是什么？

【提示】纯碱溶液或甲烷、氢气等。

1．碱液吸收法

2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2，

NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2

利用碳酸钠溶液吸收氮的氧化物比较经济，但处理后的尾气中氮的氧化物的含量仍难以达到排放标准，人们又采用催化还原法净化尾气。

2．催化还原法

H2＋NO2===NO＋H2O

2H2＋2NO===N2＋2H2O

CH4＋4NO2===4NO＋CO2＋2H2O