第五讲 化 工 流 程
年 级:高三 课 题 重点、难点 1、工业上三酸两碱的制备 2、工业上金属的冶炼 教学内容 化工生产 [知识点归纳] 一、硫酸的工业制备 1、制取二氧化硫(沸腾炉) 燃烧硫或高温煅烧硫铁矿,制取二氧化硫。 相关反应方程式: 2、将二氧化硫氧化为三氧化硫(接触室) 以五氧化二钒作(V2O5)为催化剂。 相关反应方程式: 3、用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫(吸收塔) 目的是防止形成酸雾,以使三氧化硫吸收完全 注意事项:(1)矿石需要粉碎,空气需足量。沸腾炉出来的SO2需经过除尘、洗涤、干燥等。 (2)接触室在工作过程中,使用热交换器,从而利用SO2转化为SO3是所放出的热量。 (3)在接触氧化阶段,SO2在一定温度(400~500℃)和催化剂存在的条件下,被空气中的O2氧化为SO3。 由于在常压下SO2转化为SO3的转化率已经很高,而且催化剂要求较高的反应温度,所以一般不采 用高压、低温的反应条件。 (4)在三氧化硫的吸收阶段,反应的本质是SO3与H2O化合生成 H2SO4。但由于用H2O吸收SO3会形成 不利于吸收的酸雾,所以工业上用98.3%的硫酸来吸收SO3,然后再稀释成所需浓度的硫酸。 尾气处理:主要为SO2,一般采用氨水吸收法。 二、的工业制备 工业上是将氨气和空气的混合气体通过氧化炉中的铂-铑合金网发生氨氧化反应,生成一氧化氮和水,过量空气中 的氧气能使一氧化氮进一步氧化,并与水发生反应而转化为。 相关反应方程式: 尾气处理:主要为氮氧化物,用氢氧化钠溶液吸收: Page 1 of 6
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三、盐酸的工业制备 将氢气与氯气化合,生成氯化氢,再溶于水得到盐酸。 A气体为 ,B气体为 。 视孔中观察到的现象为: 尾气处理:在氯气和氢气的反应过程中,有毒的氯气被过量的氢气 所包围,使氯气得到充分反应,防止了对空气的污染。 在生产上,往往采取使另一种原料过量的方法使有害的、 价格较昂贵的原料充分反应。 四、烧碱的工业制法 工业上通过电解饱和食盐水可制得烧碱、氯气和氢气,这种工业生产成为氯碱工业。 工业上电解饱和食盐水使用立式隔膜电解槽进行的。 如右图,用阳离子交换膜的立式隔膜电解槽电解食盐水: a为 极,b为 极; w为 ,x为 , y为 ,z为 , 五、纯碱的工业制法 流程图为: 索尔维制碱 侯氏制碱 相关反应方程式: 索尔维制碱法(氨碱法)与侯德榜制碱法(联合制碱法)的比较 原料 副产物 循环物质 氨碱法 Page 2 of 6
联合制碱法 评价 杨老师 高三化学 加油!
六、金属的冶炼 (1)加热法 不活泼金属的硫化物或氧化物在加热时就可分解,生成金属单质。 例如:HgS + O2 Hg + SO2 2HgO 2Hg + O2↑ 高温(2)热还原法 许多金属则采用热还原法来进行冶炼。 例如:CuO + H2 Cu+ H2O ZnO + C Zn + CO↑ 高温 3Mn + 2Al2O3 3MnO2 + 4Al 高炉炼铁:以赤铁矿石与焦炭为原料。 高温 相关反应方程式为: (3)电解法 活泼金属离子的氧化性很弱,用还原剂无法将它们从化合物中还原出来。一般采用电解法制得。 例如:2NaCl(熔融) MgCl2(熔融) 2Al2O3(熔融) 通电 2Na + Cl2↑ 通电 Mg + Cl2↑ 通电 4Al + 3O2↑(用冰晶石作为助熔剂) 近年高考题 2015 五、(本题共12分) 氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。 完成下列填空: 27.写出电解饱和食盐水的离子方程式。 28.离子交换膜的作用为: 29.精制饱和食盐水从图中 。 位置流出。(选填“a”、“b”、“c”或“d”) 、 位置补充,氢氧化钠溶液从图中 Page 3 of 6
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十、(本题共14分) 53.某氨盐水含氯化钠1521 kg,通入二氧化碳后析出碳酸氢钠晶体,过滤后溶液中含氯化铵1070 kg。列式计算: 1) 过滤后溶液中氯化钠的质量。 2) 析出的碳酸氢钠晶体的质量。 2014 5、右图模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是( ) A.a通入CO2,然后b通入NH3,c中放碱石灰 B.b通入NH3,然后a通入CO2,c中放碱石灰 C.a通入NH3,然后b通入CO2,c中放蘸稀硫酸的脱脂棉 D.b通入CO2,然后a通入NH3,c中放蘸稀硫酸的脱脂棉 六、(本题共12分) 在精制饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打(NaHCO3),并提取氯化铵作为肥料或进一步提纯为工业氯化铵 完成下列填空: 33.写出上述制备小苏打的化学方程式。 ___________________________________________________________________ 34.滤出小苏打后,母液提取氯化铵有两种方法: ①通入氨,冷却、加食盐,过滤 ②不通氨,冷却、加食盐,过滤 对两种方法的评价正确的是_____________。(选填编号) a.①析出的氯化铵纯度更高 b.②析出的氯化铵纯度更高 c.①的滤液可直接循环使用 d.②的滤液可直接循环使用 十、(本题共14分) .硫铁矿是工业上制硫酸的主要原料。硫铁矿氧化焙烧的化学反应如下: 3FeS2+8O2→Fe3O4+6SO2 4FeS2+11 O2 →2Fe2O3+8SO2 若48 mol FeS2完全反应耗用氧气2934.4 L(标准状况),计算反应产物中Fe3O4与Fe2O3物质的量之比。 Page 4 of 6
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55.用硫化氢制取硫酸,既能充分利用资源又能保护环境,是一种很有发展前途的制备硫酸的方法。 硫化氢体积分数为0.84的混合气体(H2S、H2O、N2)在空气中完全燃烧,若空气过量77%, 计算产物气体中SO2体积分数(水是气体)。 已知空气组成:N2体积分数0.79、O2体积分数0.21。 练习 (选择题可能有1~2个正确选项) 1、高炉炼铁过程中既被氧化又被还原的元素是( ) A.铁 B.氮 C.氧 D.碳 2、化工生产要遵守三原则:充分利用原料、充分利用能量、保护环境。下列不符合以上某原则的是( ) A.煅烧硫铁矿使用沸腾炉 B.制盐酸时将氢气在氯气中燃烧 C.制硫酸时使用热交换器 D.合成氨时氮气和氢气循环使用 3、侯氏制碱法与索氏氨碱法相比较,其优点是( ) A.原料便宜 B.CO2参与循环,低碳环保 C.产生了更多的氯化钙 D.原料利用率高,节省设备 4、右图是联合制碱法的工业流程示意图(操作已略去)。下列关于相关物质的推测饱和食盐水 正确的是( ) 加入X 物质 溶液a X Y M N 选项 加入Y A B C D NH3 CO2 NH3 CO2 CO2 NH3 CO2 NH3 NaCl NaCl CO2 NH4Cl NH4HCO3 NH4Cl NH4Cl NaCl 滤液 溶液b N M 沉淀 碳酸钠 水 5、下列符合实际并用于工业生产的是( ) A.工业炼铝:电解熔融的氯化铝 B.制取漂粉精:将氯气通入澄清石灰水 C.工业制纯碱:在饱和氯化钠溶液中通入二氧化碳气体,煅烧反应所得沉淀 D.工业制硫酸:用硫磺为原料,经燃烧、催化氧化、最后用98.3%浓硫酸吸收 6、下列有关工业生产的叙述正确的是( ) - A.氯碱工业中,阳极发生的反应是:4OH-4e → 2H2O+O2↑ 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.合成氨生产过程中将NH3液化分离,提高N2、H2的转化率 D.高炉中的主要反应是高温下焦炭和铁的氧化物直接作用炼出生铁 7、下列关于化工生产原理的叙述中,均符合目前工业生产实际的是( ) A.氯碱工业中,氢氧化钠在电解槽的阴极区产生 B.氯气和氢气混合在光照条件下生成氯化氢,用水吸收得到盐酸 C.合成氨工业中,利用氨易液化,分离出N2、H2循环使用,总体上提高了氨的产率 D.二氧化硫在接触室被氧化成三氧化硫,三氧化硫在吸收塔内被水吸收制成浓硫酸 Page 5 of 6
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8、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、H2的转化率 B.联合制碱法是将二氧化碳和氨气通入饱和氯化钠溶液中,制得碳酸氢钠,再在高温下灼烧,转化为碳酸钠。 C.硫酸工业中,在接触室安装热交换器是利用SO3转化为H2SO4时放出的热量 D.电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜,可防止阳极室产生的C12进入阴极室 9、我国化学家侯德榜(右图)改革国外的纯碱生产工艺,生产流程可简要表示如下: 食盐水 CO2 合成氨厂 NH3 沉淀池 X 循环II 循环I NH3 母液 (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 。 。 (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 煅烧炉 Na2CO3 。 (填上述流程中的编号)的循环。 (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 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NaHCO3更多地析出 (c) 使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度 。 。
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