2018届高考一轮复习人教版第十三章化学与技术第41讲化学与工农业生产学案

2018届高考一轮复习人教版第十三章化学与技术第41讲化学与工农业生产学案

第十三章 化学与技术 ‎ 第41讲 化学与工农业生产 ‎ [考纲要求]　1.了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类。　2.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，了解催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。　3.了解精细化工产品的生产特点、精细化工在社会发展中的作用。　4.了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。‎ 考点一　硫酸的工业生产 ‎1．原料：主要有硫铁矿(或者硫黄)、空气、有色金属冶炼的烟气、石膏等。‎ ‎2．生产流程 ‎(1)SO2的制取 (设备：沸腾炉)‎ ‎①原料为硫黄：S＋O2SO2，‎ ‎②原料为黄铁矿：4FeS2＋11O28SO2＋2Fe2O3。‎ ‎(2)SO2的催化氧化 (设备：接触室): ‎ ‎2SO2＋O22SO3。‎ ‎(3)SO3的吸收(设备：吸收塔)：‎ SO3＋H2O===H2SO4。‎ 注意：工业上用98%的浓硫酸吸收SO3 ，这样可避免形成酸雾并提高吸收效率。‎ ‎3．三废的利用 ‎(1)尾气吸收 废气中的SO2用氨水吸收，生成的(NH4)2SO4作化肥，SO2循环使用。过程中发生的反应方程式为：‎ SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3或SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3；‎ ‎(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O或2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2SO2↑＋2H2O。‎ ‎(2)污水处理 废水可用Ca(OH)2中和，发生反应为：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋H2O。‎ ‎(3)废渣的处理 制造水泥或用于建筑材料；回收有色金属等综合利用。‎ ‎4．反应条件：‎ 温度：400_℃～500_℃；压强：常压；五氧化二钒(V2O5_)作催化剂。‎ ‎5．以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：‎ 特别提醒　(1)吸收SO3不用水或稀硫酸，而是用98%的H2SO4，是因为用水或稀硫酸吸收SO3会产生酸雾，影响吸收。‎ ‎(2)煅烧黄铁矿制得的炉气需进行净化处理，主要是避免催化剂中毒、防止腐蚀设备等。‎ ‎(3)在生产硫酸的工业生产中，要综合考虑原料来源、动力、设备、环境污染等因素，控制适宜的反应条件，以取得最佳经济效益。‎ ‎1．工业上制取硫酸，回收尾气中的废气常选用的试剂是(　　)‎ A．氨水　　　　　　 B．NaOH C．H2SO3 D．H2SO4‎ 解析：选A。用氨水吸收尾气中的SO2，回收利用后还可生产化肥，且氨水价格较低。‎ ‎2．在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为(　　)‎ A．SO2 B．SO3，O2‎ C．SO2，O2 D．SO2，SO3‎ 解析：选C。原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器，吸收热能后由A处流出再进入接触室发生反应，并放出大量的热，把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气，然后由下端流入下一个装置。‎ ‎3．工业接触法制硫酸的简单流程图如下：‎ ‎ ‎ ‎(1)写出装置甲的名称________。要使黄铁矿充分和迅速地燃烧，工业上常采取的措施为__________________________________________。‎ ‎(2)接触室中二氧化硫与氧气的反应采用________(填“常压”或“高压”)，原因是______________________________________________________。‎ ‎(3)刚通入接触室中的SO2和O2在热交换器的管道______(填“里”或“外”)流动，在催化剂表面接触反应的SO2和O2在热交换器的管道________(填“里”或“外”)流动，这样两种流体通过管壁进行热交换。‎ ‎(4)在吸收塔中为什么用98%的浓硫酸而不是用水吸收三氧化硫？__________________________________。‎ ‎(5)工业接触法制硫酸的过程中，有两个操作过程采用了逆流的原理，它们分别是__________________________，________________________。‎ 答案：(1)沸腾炉　把黄铁矿粉碎成细小的矿粒和从炉底通入强大的空气流 ‎(2)常压　常压时SO2的转化率已经很高，采用高压对SO2的转化率提高不大却会大大增加设备成本 ‎(3)外　里 ‎(4)水与SO3反应放出大量的热，容易形成酸雾，不利于SO3吸收 ‎(5)在沸腾炉中矿石由上向下落，空气由下往上升　在吸收塔中98%浓硫酸自上而下流，SO3等气体自下向上升 考向1　硫酸工业生产流程及原理 ‎(教材改编题)以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)在炉气制造中，生成SO2的化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)炉气精制的作用是将含SO2的炉气________、________及干燥，如果炉气不经过精制，对SO2催化氧化的影响是______________________________________________________________________________________________________。‎ ‎(3)精制炉气(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常压、‎450 ℃‎左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)在SO2催化氧化设备中设置热交换器的目的是________________________________________，从而充分利用能源。‎ ‎[解析]　SO2在催化氧化过程中，炉气中含有的砷、硒化合物等杂质和矿尘，都会使催化剂中毒，失去催化能力，因而需要除尘、水洗；水蒸气对设备和生产有不良影响，故需干燥。B点的转化率虽高，但压强高于常压，加压必须增加设备的性能，增大投资和能量消耗，另外，常压下转化率已经达到97%左右，转化率已经很高，加压，对平衡转化率的影响不大，故不选择B点。C点的转化率虽高，但C点的温度低，此时催化剂的活性不是最大，反应速率低，故选择催化剂的活性最大的A点温度。‎ ‎[答案]　(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2‎ ‎(2)除尘　水洗　矿尘，砷、硒等元素的化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响 ‎(3)不选B点，是因为压强大对设备的投资大，消耗的动能大，同温度下SO2原料的转化率在0.1 MPa已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用0.1 MPa　不选择C点，是因为温度低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，反应速率低，‎450 ℃‎时，催化剂的催化效率最高 ‎(4)利用反应放出的热量预热原料气，上层反应气经热交换器温度降到400～‎500 ℃‎进入下层使反应更加完全 ‎「思维建模」‎ ‎1．(2016·宁夏银川模拟)在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是(　　)‎ A．黄铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的黄铁矿不能燃烧 B．SO3用98%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便SO3吸收完全 C．SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率 D．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应 解析：选B。本题考查化工生产中的技术处理问题。可从化学反应速率、化学平衡移动及实际生产三个方面考虑各种操作条件的原因。矿石粉碎是为了提高反应速率，并不是因为大块的黄铁矿不能燃烧；用浓硫酸吸收SO3是为了防止水与其形成酸雾；使用催化剂可以提高反应速率，但不能提高SO2的转化率；从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中的杂质会使催化剂中毒。‎ ‎2．(2015·高考全国卷Ⅱ，36)苯酚和丙酮都是重要的化工原料，工业上可用异丙苯氧化法生产苯酚和丙酮，其反应和工艺流程示意图如下：‎ 相关化合物的物理常数 物质 相对分子质量 密度/(g·cm－3)‎ 沸点/℃‎ 异丙苯 ‎120‎ ‎0.864 0‎ ‎153‎ 丙酮 ‎58‎ ‎0.789 8‎ ‎56.5‎ 苯酚 ‎94‎ ‎1.072 2‎ ‎182‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)在反应器A中通入的X是________。‎ ‎(2)反应①和②分别在装置________和________中进行(填装置符号)。‎ ‎(3)在分解釜C中加入的Y为少量浓硫酸，其作用是______________，优点是用量少，缺点是________________。‎ ‎(4)反应②为________(填“放热”或“吸热”)反应。反应温度应控制在50～‎60 ℃‎，温度过高的安全隐患是________________________。‎ ‎(5)中和釜D中加入的Z最适宜的是________ (填标号，已知苯酚是一种弱酸)。‎ a．NaOH　b．CaCO‎3 　‎ c．NaHCO3 　d．CaO ‎(6)蒸馏塔F中的馏出物T和P分别是________和________，判断的依据是__________________________。‎ ‎(7)用该方法合成苯酚和丙酮的优点是________________________________________________________。‎ 解析：(1)由反应原理可知，异丙苯先被O2氧化生成异丙苯过氧化氢，异丙苯过氧化氢再在酸性溶液中转化为苯酚和丙酮，结合工艺流程图可知，反应器A中通入的气体X应作为反应物，故X是O2。‎ ‎(2)反应①异丙苯与O2在装置A中进行，生成异丙苯过氧化氢，生成的异丙苯过氧化氢在装置C(分解釜)中发生分解生成苯酚和丙酮。‎ ‎(3)反应②在酸性条件下进行，加入少量浓硫酸可提供酸性环境，加快化学反应速率。浓硫酸具有较强的腐蚀性，容易腐蚀反应设备。‎ ‎(4)反应②的ΔH＜0，则该反应为放热反应。异丙苯过氧化氢在温度较高时易放出O2，引起爆炸，故反应②将温度控制在50～‎60 ℃‎。‎ ‎(5)中和釜D中发生反应的作用是除去硫酸，将苯酚转化为苯酚盐，CaCO3、CaO与H2SO4都生成微溶性CaSO4，影响中和效果，而NaOH的碱性较强，具有较强的腐蚀性，故可选用NaHCO3。‎ ‎(6)丙酮的沸点为‎56.5 ℃‎、苯酚的沸点为‎182 ℃‎，丙酮的沸点低于苯酚，在蒸馏过程中先被蒸出。由图可知，蒸馏塔F中先蒸出T，后蒸出P，因此T为丙酮，P为苯酚。‎ ‎(7)反应①、②中，反应物原子最终都转化到苯酚和丙酮中，原子利用率为100%，故该方法的优点是原子利用率高。‎ 答案：(1)O2(或空气)‎ ‎(2)A　C ‎(3)催化剂(提高反应速率)　腐蚀设备 ‎(4)放热　可能会导致(过氧化物)爆炸 ‎(5)c ‎(6)丙酮　苯酚　丙酮的沸点低于苯酚 ‎(7)原子利用率高 考向2　化学原理在硫酸工业生产中的应用及相关 计算 ‎(2015·高考全国卷Ⅰ，36)氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水，可溶于氯离子浓度较大的体系。在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)步骤①中得到的氧化产物是________，溶解温度应控制在60～‎70 ℃‎，原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)写出步骤③中主要反应的离子方程式________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)步骤⑤包括用pH＝2的酸洗、水洗两步操作，酸洗采用的酸是________(写名称)。‎ ‎(4)上述工艺中，步骤⑥不能省略，理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)步骤②、④、⑤、⑧都要进行固液分离。工业上常用的固液分离设备有________(填字母)。‎ A．分馏塔 B．离心机 ‎ C．反应釜 D．框式压滤机 ‎(6)准确称取所制备的氯化亚铜样品m g，将其置于过量的FeCl3溶液中，待样品完全溶解后，加入适量稀硫酸，用a mol·L－1的K2Cr2O7溶液滴定到终点，消耗K2Cr2O7溶液b mL，反应中Cr2O7被还原为Cr3＋。样品中CuCl的质量分数为________。‎ ‎[解析]　(1)酸性条件下，NO3具有强氧化性，可将Cu氧化为Cu2＋。温度低，固体溶解较慢，因此温度不宜过低；NH4NO3不稳定，受热易分解，因此加热温度不宜过高。‎ ‎(2)由工艺过程图可知，CuCl应在此反应中生成。SO3具有还原性，可将Cu2＋还原，反应的离子方程式为2Cu2＋＋SO3＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO4＋2H＋。‎ ‎(3)因步骤⑤最终得到的是(NH4)2SO4，且洗涤液要循环使用，故此处酸洗采用的酸应为硫酸。‎ ‎(4)由题中信息知，CuCl在潮湿的空气中易水解氧化，因此步骤⑥醇洗的目的是洗去CuCl表面的水分，防止CuCl因水解氧化而变质。‎ ‎(5)工业上固液分离，根据不同情况可选择离心机分离或框式压滤机分离。‎ ‎(6)反应CuCl―→Cu2＋，1 mol CuCl失去1 mol电子；Cr2O7―→2Cr3＋，1 mol Cr2O7得到6 mol电子，根据电子守恒得：6CuCl～Cr2O7。m g CuCl样品中，n(CuCl)＝6ab×10－3 mol，CuCl的质量分数为×100%＝×100%。‎ ‎[答案]　(1)CuSO4或Cu2＋　温度低溶解速度慢、温度过高铵盐分解 ‎(2)2Cu2＋＋SO3＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO4＋2H＋‎ ‎(3)硫酸 ‎(4)醇洗有利于加快去除CuCl表面水分，防止其水解氧化 ‎(5)BD ‎(6)×100%‎ ‎(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 a．升高温度。‎ b．使用催化剂。‎ c．在沸腾炉中燃烧燃料时，将原料粉碎，增大与空气的接触面积。‎ ‎②反应条件的选择 a．温度：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。‎ b．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。‎ c．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，用反应放出的热量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。‎ ‎(5)有关计算 ‎①元素守恒法：根据某种关键元素的质量守恒，找出关系式，可简化计算过程，方便快捷。‎ ‎②常见量的计算公式 a．矿物的纯度＝×100%。‎ b．原料利用率＝×100%。‎ c．原料转化率＝原料利用率＝1－原料损失率。‎ d．产率＝×100%。‎ e．多步反应的总转化率＝各步反应转化率的乘积。‎ ‎3．(2016·辽宁大连高三双基考)硫酸工厂排放的尾气中，含少量的二氧化硫。为防止污染大气，在排放前必须进行尾气处理并设法进行综合利用。‎ ‎(1)硫酸工厂排放尾气中的SO2通常用足量石灰水吸收，然后再用稀硫酸处理。‎ ‎①写出上述过程的化学反应方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②请写出这种尾气处理方法的优点(写出两点即可)：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③若某硫酸厂每天排放的1万立方米(标准状况)尾气中含0.2%(体积百分数)的SO2，通过上述方法处理，理论上需生石灰________kg。‎ ‎(2)近闻美国和日本正在研究用Na2SO3吸收法作为治理SO2污染的一种新方法，该方法的第一步是用Na2SO3水溶液吸收SO2，第二步是加热吸收溶液，可得到含高浓度SO2的水蒸气副产品。这种尾气处理方法与(1)相比的优点是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫，将所得的Na2SO3溶液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法；其中阴阳膜组合循环再生机理如图，a、b离子交换膜将电解槽分为三个区域，电极材料为石墨。‎ ‎①图中a表示________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。A～E分别代表生产中的原料或产品，其中C为硫酸，则A表示________，E表示________。‎ ‎②阳极的电极反应式为________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)分析其中的化学反应即可解答①②，③中列出关系式：‎ SO2　　　～　 　CaO ‎1 mol　　　　　　1 mol 　x 可求得x＝ mol，m(CaO)‎ ‎＝ mol×‎56 g·mol－1×10－‎3kg·g－1＝‎50 kg。‎ ‎(2)分析过程中的化学反应，①Na2SO3＋H2O＋SO2===2NaHSO3，②2NaHSO3Na2SO3＋H2O＋SO2↑，比较①、②的化学反应，发现②中Na2SO3实际上没有消耗，可循环使用。‎ ‎(3)根据电解规律，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，促进了水的电离，该极附近溶液碱性增强，生成NaOH，A为NaOH溶液，E为H2，a为阳离子交换膜；阳极发生氧化反应，且生成物为H2SO4，则阳极反应式为SO＋H2O－2e－===2H＋＋SO。‎ 答案：(1)①SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O、‎ CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O ‎②原料生石灰、硫酸价格便宜且容易获得；可得到石膏副产品；产生的SO2含量较高可循环作为原料(任选两点)‎ ‎③50‎ ‎(2)Na2SO3可循环使用 ‎(3)①阳　NaOH溶液　H2　②SO－2e－＋H2O===2H＋＋SO 考点二　工业合成氨反应条件的选择 ‎1．反应原理 N2＋3H22NH3　　ΔH＜0‎ 反应特点：(1)该反应为可逆反应。(2)正反应为气体体积减小的反应。(3)正反应为放热反应。‎ ‎2．条件的选择 结合反应的三个特点及实际生产中的动力，材料设备，成本等因素，得出合成氨的适宜条件是：(1)压强：20_MPa～50_MPa ；(2)温度：500_℃ ; (3)催化剂：铁触媒；(4)循环操作：反应混合气通过冷凝器，使氨液化并分离出来，N2、H2再通过循环压缩机送入合成塔。‎ ‎3．生产流程 ‎(1)造气 ‎①N2：可用分离液态空气获得。‎ ‎②H2: a．利用焦炭制取：C＋H2O(g)CO＋H2‎ b．利用CH4制取： ‎(2)净化：原料气净化处理，防止催化剂中毒。‎ ‎(3)合成：N2和H2通过压缩机进入合成塔并发生反应。‎ ‎(4)三废的利用 ‎①废气：主要有H2S、SO2和CO2等。采用直接氧化法、循环法处理，CO2作为生产尿素和碳铵的原料。‎ ‎②废水：主要含氰化物和氨，分别采用不同的方法处理。‎ ‎③废渣：主要含炭黑和煤渣，可作建筑材料或用作肥料的原料。‎ ‎1. 工业上合成氨时一般采用‎500 ℃‎左右的温度，其原因是①适当提高氨的合成速率，②提高H2的转化率，③提高氨的产率，④催化剂在‎500 ℃‎时活性最大(　　)‎ A．①　　　 B．①②　　　‎ C．②③④　　　 D．①④‎ 答案：D ‎2. 工业上合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，反应放热92.4 kJ。‎ ‎(1)使用铁触媒作催化剂是为了________________。‎ ‎(2)通常采用2×107 Pa～5×107 Pa的压强，原因是__________________________________________。‎ ‎(3)将生成的氨及时从混合气中分离出来，原因是________________________。‎ 答案：(1)提高反应速率 ‎(2)该反应是一个气体体积数减小的反应，增大压强，有利于平衡向右移动 ‎(3)减小生成物氨的浓度，有利于化学平衡向右移动 ‎3．合成氨工业采用高压条件进行反应；接触法制硫酸工业采用常压条件进行反应，其理由是________________________________________________________________。‎ 答案：合成氨的反应是一个气体体积减小的反应，高压有利于平衡向右移动，制SO3的反应：2SO2＋O22SO3尽管也是一个气体体积减小的反应，但在常压下SO2的转化率已较高。‎ 考向1　合成氨适宜条件的选择 ‎(2016·广东中山高三检测)将N2和H2在一定条件下反应，通过一定方法制得纯净的NH3，将所得NH3和足量的O2通过装置中的催化剂，发生氨的催化氧化反应。请根据你已学知识，回答下列问题：‎ ‎(1)工业合成NH3时，在有催化剂的条件下，选用了20～50 MPa、‎500 ℃‎这一条件，选用‎500 ℃‎的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 增大压强有利于N2＋3H22NH3这一反应平衡正向移动，为何不采用更大的压强：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)如图所示是NH3和O2通入含催化剂的装置，发生反应，从A处导出的气体成分是________________________________________________________________________。‎ 假设该实验制得纯净的NO气体，则应__________________________，使这些气体完全转化为HNO3。‎ ‎(3)若该实验结束时，有剩余尾气NO和NO2，为防止污染空气，将其通入NaOH溶液，能恰好反应生成NaNO2，则尾气中NO和NO2的物质的量之比为____________，该反应中氧化剂为________，还原产物为____________。‎ ‎[解析]　本题从基础知识切入，综合考查了NH3的制备、NH3的催化氧化以及NO的性质、化学平衡、氧化还原反应等知识，题目的设置，突出体现了学生运用知识的能力、思维能力和推理能力。(1)选用‎500 ℃‎这一条件要从反应速率和原料的转化率两个角度来考虑，该温度下，原料转化率较高，且催化剂活性最强，反应速率快，在回答这一问题时，很多同学容易漏答原料的转化率这一要点；虽然增大压强有利于该反应平衡正向移动，但压强越大，对制备装置的要求越高，能耗也越大，会大幅度增加工业成本，因此不采用更大的压强。‎ ‎(2)回答从A处导出的气体成分时，容易因考虑不全面，错答为NH3、O2、NO，这是因为忽视了NO和O2之间的反应，而漏掉了NO2的存在，又因为只要有NO2，则一定存在2NO2N2O4，故从A处导出的气体是NH3、O2、NO、NO2、N2O4的混合气体。若想令NO完全转化为HNO3，则必须通入足量的O2，在水中使之发生反应：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。‎ ‎(3)尾气和NaOH恰好反应生成NaNO2，由NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O可知，尾气中NO和NO2物质的量相同，NO2作氧化剂，NaNO2既是氧化产物又是还原产物。‎ ‎[答案]　(1)该温度下，原料转化率较高，且催化剂活性最强，反应速率快　压强越大，对制备装置的要求越高，能耗也越大，会大幅度增加工业成本，因此不采用更大的压强 ‎(2)NH3、O2、NO、NO2、N2O4的混合气体　将NO与足量的O2一起通入水中 ‎(3)1∶1　NO2　NaNO2‎ ‎1．下列关于合成氨工业的说法中正确的是(　　)‎ A．从合成塔出来的混合气体中，氨气占15%，所以合成氨工厂的效率都很低 B．由于氨易液化，N2和H2在实际生产中循环使用，所以总体来说，氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在‎500 ℃‎，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．我国合成氨厂采用的压强是20～50 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 解析：选B。在氨的实际生产中N2、H2要循环使用，且氨易液化分离，故产率很高。‎ ‎2．合成氨时既要使氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是(　　)‎ ‎①减压　②加压　③升温　④降温　⑤及时从平衡混合气中分离出NH3　⑥补充N2或H2　⑦加催化剂　⑧减小N2或H2的量 A．③④⑤⑦　　　　　　 B．①②⑤⑥ ‎ C．②⑥ D．②③⑥⑦‎ 解析：选C。合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的特点为：正反应放热且气体体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选C。‎ ‎3．合成氨工业中，原料气(N2、H2、混有少量CO、NH3)在进入合成塔之前，常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收CO，其反应为CH3COO[Cu(NH3)2]＋CO＋NH3―→‎ CH3COO[Cu(NH3)3]·CO(正反应为放热反应)。‎ ‎(1)必须除去CO的原因是________________________。‎ ‎(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收原料气中CO的适宜条件是________________________________。‎ ‎(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力而循环使用，其再生的条件是________________________________。‎ 解析：合成氨流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质，在合成氨的过程中必须除去CO，因为CO能使催化剂中毒。从吸收CO的化学方程式可得：吸收CO的反应是正反应为气体体积缩小的放热反应，因此为了使CO尽最大可能被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动。要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。‎ 答案：(1)防止CO使催化剂中毒　(2)高压、低温并于醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液中加入较浓氨水　(3)低压、高温考向2　合成氨的生产过程及反应原理 ‎(2014·高考天津卷节选)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1‎ 一种工业合成氨的简易流程图如下：‎ ‎(1)步骤Ⅱ中制氢气原理如下：‎ ‎①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1‎ ‎②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝‎ ‎－41.2 kJ·mol－1‎ 对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是________。‎ a．升高温度　　　　　　　 b．增大水蒸气浓度 c．加入催化剂 d．降低压强 利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。‎ ‎(2)图1表示‎500 ℃‎、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________。‎ ‎(3)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。‎ ‎(4)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：________________________________________________________________________‎ ‎________________________。‎ ‎[解析]　(1)反应①是一个吸热反应，升高温度平衡正向移动，将会增加H2的百分含量，同时提高反应速率；增大水蒸气的浓度，会提高反应速率，但H2的百分含量会降低；加入催化剂，不会引起H2百分含量的改变；降低压强，反应速率减小；故a正确。‎ 设CO反应掉n mol。‎ ‎　　　　　　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)‎ 投入量/mol 0.2 0 0.8‎ 变化量/mol n n n 最终量/mol 0.2－n n 0.8＋n 则：0.2－n＋n＋0.8＋n＝1.18　解得：n＝0.18‎ CO的转化率为×100%＝90%。‎ ‎(2)a点时，H2、N2物质的量之比为3∶1，设投入N2和H2的物质的量分别是1 mol、3 mol，平衡时N2反应掉m mol。‎ ‎　　　　　　　N2(g)　＋　3H2(g)2NH3(g)‎ 起始量/mol 1 3 0‎ 变化量/mol m ‎3m ‎‎2m 平衡量/mol 1－m 3－‎3m ‎‎2m 根据题意：×100%＝42%，解得m≈0.59，所以平衡时N2的体积分数为×100%≈14.5%。‎ ‎(3)通入原料气，反应开始，氨气的量增加，因为合成氨是一个放热反应，当达到平衡后温度升高，氨气的含量将减小。所以图像为 ‎(4)从流程图看，反应放出的能量得到充分利用是在热交换器中。提高合成氨原料转化率的方法是分离液氨后将未反应的原料重新送回反应器中循环使用、对原料气加压。‎ ‎[答案]　(1)a　90%　(2)14.5%‎ ‎(3)‎ ‎　　　‎ ‎(4)Ⅳ　对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用 ‎4．氨是重要的氮肥，是产量较大的化工产品之一。课本里介绍的合成氨技术称为哈伯法，是德国人哈伯在1905年发明的，其合成原理为：‎ N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1‎ 他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。试回答下列问题：‎ ‎(1)合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是________________。‎ A．采用较高压强(20～50 MPa)‎ B．采用‎500 ℃‎的高温 C．用铁触媒作催化剂 D．将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，剩余N2和H2循环到合成塔中，并补充N2和H2‎ ‎(2)下图是实验室模拟工业合成氨的简易装置，简述检验有氨气生成的方法：________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在298 K时，将10 mol N2和30 mol H2通入合成塔中，放出的热量小于924 kJ，原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)1998年希腊亚里斯多德大学的Marmellos和Stoukides采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H＋)，实现了高温、常压下高转化率的电化学合成氨。其实验装置如下图，则其阴极的电极反应式为______________________________。‎ 解析：(1)勒夏特列原理只解释平衡移动问题。(2)根据氨的性质进行检验。(3)合成氨的反应是可逆反应。(4)根据合成氨反应中的氧化剂、电解池中阴极反应特点及电解质成分进行分析。‎ 答案：(1)AD ‎(2)用湿润的红色石蕊试纸放在管口处，若试纸变蓝则说明有氨气生成 ‎(3)该反应是可逆反应，10 mol N2与30 mol H2不可能完全反应，所以放出的热量小于10×92.4 kJ＝924 kJ ‎(4)N2＋6H＋＋6e－===2NH3‎ ‎5．(2016·四川乐山高三模拟)四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出)：‎ 请填写下列空白：‎ ‎(1)已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在t ℃、p kPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气)，吸收了a kJ热量。该反应的热化学方程式是：________________________________________________________________。‎ ‎(2)在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是将生成的氨从混合气体中及时分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请应用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施有何作用：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)当甲烷合成氨气的转化率为75%时，以5.60×‎107 L甲烷为原料能够合成________L氨气。(假设体积均在标准状况下测定)‎ ‎(4)已知尿素的结构简式为，请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：①______________________，②______________________。‎ 解析：(1)0.5 mol CH4完全反应吸收 a kJ热量，则1 mol CH4完全反应吸收‎2a kJ热量，热化学方程式为CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) 　ΔH＝＋‎2a kJ·mol－1。‎ ‎(2)采用循环操作有利于增大反应物浓度，增大反应速率，提高转化率；减少NH3浓度有利于平衡正向移动。‎ ‎(3)由反应化学方程式可求转化关系1CH4～3H2～2NH3，V(NH3)＝5.60×‎107 L×75%×2＝8.4×‎107 L。‎ ‎(4)可先写出结构，再与其余基团连接。可写出同分异构体和NH4N===C===O的结构简式。‎ 答案：(1)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋‎2a kJ·mol－1‎ ‎(2)增大氮气和氢气的浓度有利于增大反应速率；减小氨气的浓度、增大氮气和氢气的浓度都有利于平衡向正反应方向移动 ‎(3)8.4×107‎ ‎(4)①　②NH4N===C===O ‎6．(教材改编题)工业合成氨是在一定条件下进行的，反应原理为：N2(g)＋3H2(g)‎ ‎2NH3(g)，其部分工艺流程如下：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)第②步除需要催化剂这个条件外，还需要的条件是________________________________________________________________________‎ ‎________________。‎ ‎(2)第①步操作中的原料气体的“净化”目的是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 第③步操作的目的是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分离物质方法的原理类似于下列哪种方法？________(填编号)。‎ a．过滤　　　　　　　　b．蒸馏 c．分液 d．萃取 你做出这个判断的理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)可以用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气，如果漏气则会有白烟生成。该反应的化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)根据化学反应速率、转化率和催化剂的适宜温度进行综合分析，工业合成氨的条件是高温、高压、催化剂。‎ ‎(2)原料气中的有些杂质会使催化剂中毒而失去活性，另外杂质较多时会影响原料的利用率。第③步操作是使N2、H2循环利用，提高原料利用率。‎ ‎(3)通过温度的改变而改变物质的状态，达到使物质分离的目的，与蒸馏的原理类似。‎ ‎(4)NH3可被Cl2氧化，生成N2，而Cl2被还原为HCl，HCl与NH3化合生成NH4Cl。反应的化学方程式为8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl。‎ 答案：(1)高温、高压 ‎(2)防止催化剂中毒而失去活性，提高原料的利用率　使N2、H2循环利用，提高原料利用率 ‎(3)b　通过温度的改变来改变物质的状态，达到使物质分离的目的，与蒸馏的原理类似 ‎(4)8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl 考点三　工业制纯碱 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．原料 氨碱法(又叫索尔维法)：食盐、氨气、石灰石。‎ 联合制碱法(又叫侯式制碱法)：食盐、氨气、二氧化碳。‎ ‎2．主要反应原理 二者基本相同：‎ NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl、‎ ‎2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O ‎3．生产过程 第一步：二者基本相同；将NH3通入饱和食盐水形成氨盐水，再通入CO2生成NaHCO3沉淀，经过滤、洗涤得到NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有NH4Cl和NaCl的溶液。‎ 第二步：氨碱法：NaHCO3分解放出的CO2(2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O)、滤液(含NH4Cl)与石灰乳混合加热产生的氨气回收循环使用[CaO＋H2O===Ca(OH)2、2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O]。‎ 联合制碱法：在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上是氯化钠的饱和溶液，可循环使用。‎ ‎4．综合评价 ‎(1)氨碱法：①优点：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。‎ ‎②缺点：原料食盐的利用率低，大约70%～74%，其余的食盐随CaCl2溶液作为废液被抛弃；过程中产生了没多大用途且难以处理的CaCl2。‎ ‎(2)联合制碱法：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。另外它综合利用了合成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——纯碱和氯化铵；过程中不生成没多大用途、又难以处理的CaCl2，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。‎ ‎1．属于联合制碱法优点的是(　　)‎ A．氨和二氧化碳由合成氨厂提供 B．母液可回收氯化铵 C．氯化钠的利用率达90%以上 D．以上全是 解析：选D。联合制碱反应为：NaCl＋H2O＋NH3＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl，合成氨厂为制备原料H2，同时得副产物CO2：CO＋H2O(g)CO2＋H2，故A对；由联合制碱反应得B对，C项则考查了教材中的数据。‎ ‎2．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”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同？________________；‎ 答案：(1)Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O，该反应的CaCl2中的Cl－来源于NaCl，Ca2＋来源于CaCO3，产生无用的CaCl2，降低了NaCl的利用率 ‎(2)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O ‎(3) “联合制碱法”中的CO2来源于合成氨厂，“氨碱法”中的CO2来源于石灰石 考向1　纯碱的生产原理 侯氏制碱法的步骤如下图：‎ 试回答下列问题：‎ ‎(1)若上述的悬浊液是NaHCO3和NH4Cl的混合液，则Ⅰ和Ⅱ的总反应为____________________________________________________。‎ ‎(2)由这一反应可知NaCl比NaHCO3溶解度______。‎ ‎(3)Ⅲ的操作叫________。‎ ‎(4)Ⅳ的操作叫________。‎ ‎[解析]　(1)从生成物是NaHCO3和NH4Cl两种物质不难写出Ⅰ、Ⅱ的总反应式：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。‎ ‎(2)显然溶解度NaCl>NaHCO3，所以在NaCl的饱和溶液中才会析出NaHCO3。　‎ ‎(3)把不溶晶体与液体分离的方法称为过滤。‎ ‎(4)Ⅳ操作是对NaHCO3进行加热，使其分解，同时使挥发性物质气化而除去。‎ ‎[答案]　(1)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl ‎(2)大　(3)过滤　(4)灼烧 两种制碱法的对比 氨碱法(索尔维)‎ 联合制碱法(侯德榜)‎ 原理 NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl ‎2NaHCO3Na2CO3＋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 注意：(1)向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳的顺序容易答反。应先通氨气再通二氧化碳，因为氨气在水中的溶解度大，先通氨气会吸收更多的二氧化碳，有利于生成较多的碳酸氢钠而析出。‎ ‎(2)在氨碱法和联合制碱法的过程中，CO2均可循环利用。‎ ‎(3)联合制碱法和氨碱法相比较，主要优点是提高了原料的利用率，同时得到氮肥。‎ ‎1．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。下列说法不正确的是(　　)‎ A．“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：‎ NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl ‎2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑‎ B．“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺 C．“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺 D．“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性 解析：选B。“氨碱法”将NH4Cl和Ca(OH)2再反应，使NH3循环利用；“联合制碱法”是制得纯碱和副产品氯化铵。‎ ‎2．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)路布兰法是以食盐、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)；‎ ‎(2)氨碱法的工艺如图所示，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是________________________________________________________________________‎ ‎(写化学式)；‎ ‎②装置乙中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎______________________；‎ ‎(3)联合制碱法是对氨碱法的改进，其优点是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ ‎(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石等为原料制碳酸钾。请结合下图的溶解度(S)随温度变化曲线，分析说明是否可行？________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)①食盐和浓硫酸反应可制取挥发性HCl：NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑、NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑或2NaCl＋H2SO4(浓)Na2SO4＋2HCl↑。②Na2SO4、CaCO3和C在高温下反应，其中一种产物为CaS，说明该反应为氧化还原反应，反应的产物中应有CO或CO2气体：Na2SO4＋CaCO3＋‎4CCaS＋Na2CO3＋4CO↑或Na2SO4＋‎2C＋CaCO3 CaS＋Na2CO3＋2CO2↑。‎ ‎(2)由工艺流程图可知，NH4Cl应与Ca(OH)2反应生成CaCl2并产生NH3，NH3通入NaCl溶液中，D为NH3。乙中发生反应为NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。‎ ‎(3)联合制碱法保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，提高了食盐的利用率；NH4Cl可作氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，去除了CaCO3制CO2这一工序。‎ ‎(4)不可行，由溶解度(S)随温度变化曲线可知，NaHCO3的溶解度较小且受温度的影响不大；KHCO3的溶解度较大且受温度的影响较大，并且KHCO3的溶解度与NH4Cl相差不大，故不能用氨碱法制碳酸钾。‎ 答案：(1)①NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑、NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑[或2NaCl＋H2SO4(浓)Na2SO4＋2HCl↑]‎ ‎②Na2SO4＋CaCO3＋‎4CCaS＋Na2CO3＋4CO↑[或Na2SO4＋‎2C＋CaCO3CaS＋Na2CO3＋2CO2↑]‎ ‎(2)①Ca(OH)2　NH3‎ ‎②NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl ‎(3)(4)见解析 考向2　工业生产纯碱的流程 工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质(沉淀剂A来源于石灰窑厂)，写出A、B的化学式。‎ A__________________，B__________________。‎ ‎(2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为取样、________、沉淀、________、________、冷却结晶、________、烘干。‎ ‎(3)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是________________________________。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是________(填化学式)，检验这一成分的阴离子的具体方法是________________________________________________________________________‎ ‎　。‎ ‎(5)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为________________________。滤液D加石灰水前先要加热，原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(6)产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为________________________________________________________________________(加热 前后固体质量分别用m1、m2表示)。‎ ‎[解析]　(1)沉淀剂A来源于石灰窑厂，说明是生石灰或熟石灰；粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去；‎ ‎(2)实验室提纯粗盐的整个操作过程为取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干；‎ ‎(3)纯碱生产中碳酸化时，会看到溶液中析出晶体，这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠；‎ ‎(4)根据操作过程，碳酸化后溶液中主要是NH4Cl，检验其中的氯离子时，要先取样，加硝酸酸化再加硝酸银溶液，有白色沉淀产生，则该阴离子是氯离子；‎ ‎(5)滤液中主要含有的是氯化铵，和石灰水发生反应：NH＋OH－NH3↑＋H2O；由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠，故加石灰水前先加热，是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀；‎ ‎(6)加热损失的质量为m1－m2，则纯碱中碳酸氢钠的质量为84(m1－m2)/31，故纯碱中含有碳酸氢钠的质量分数w(NaHCO3)＝。‎ ‎[答案]　(1)Ca(OH)2(或CaO)　Na2CO3‎ ‎(2)溶解　过滤　蒸发　过滤 ‎(3)有晶体析出(或出现浑浊)　碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大 ‎(4)NH4Cl　取样，加硝酸酸化再加硝酸银溶液，有白色沉淀产生，则该阴离子是氯离子 ‎(5)NH＋OH－NH3↑＋H2O　防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀 ‎(6) ‎3．下图表示的是侯氏制碱法工艺流程示意图。‎ 请回答：‎ ‎(1)母液Ⅱ中所溶解的主要物质是________(写物质的化学式)。母液Ⅱ中含有低浓度的Na2CO3，主要原因是____________________________________。‎ ‎(2)向母液Ⅱ中通入气体时要先通氨气后通二氧化碳气体，主要原因是________________________________________________________。‎ ‎(3)母液Ⅰ和母液Ⅱ中都通入NH3。①NH3的主要来源是________________；②母液Ⅰ中通入NH3的主要目的是________________；③母液Ⅱ中通入NH3的主要目的是________________。‎ ‎(4)工艺流程的“煅烧→纯碱”处，可设计________________的循环。‎ 答案：(1)NaCl、NaHCO3和NH4Cl　HCO 电离出CO ‎(2)NH3在NaCl溶液中溶解度很大，CO2在氨化的溶液中溶解度大，先通NH3后通CO2可形成高浓度的HCO。若先通CO2再通NH3，由于CO2在NaCl溶液中溶解度很小，尽管NH3在碳酸化的溶液中溶解度大，也不能形成高浓度的HCO ‎(3)①合成氨厂　②增大NH的浓度，促进NH4Cl结晶析出　③增大OH－的浓度，促进CO2的溶解，增大HCO的浓度 ‎(4)二氧化碳(或CO2)‎ ‎4．(2014·高考山东卷)工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)结晶后的母液(含少量杂质Fe3＋)生产重铬酸钾(K2Cr2O7)。工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：‎ ‎(1)由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为________________________________。通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是________________。‎ ‎(3)固体A主要为________(填化学式)。固体B主要为________(填化学式)。‎ ‎(4)用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中，既能提高产率又可使能耗最低。‎ 解析：结合图像读懂流程图是关键。‎ ‎(1)(2)Na2Cr2O7结晶后的母液中含有Fe3＋，加碱液调节pH＝4，目的就是要以Fe(OH)3的形式除去Fe3＋，则过滤后得到纯的Na2Cr2O7(母液Ⅰ)；加入KCl并加热至沸腾，冷却结晶得到K2Cr2O7，反应方程式为Na2Cr2O7＋2KCl===2NaCl＋K2Cr2O7；通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是低温下K2Cr2O7的溶解度远小于其他组分的溶解度，随着温度的降低，K2Cr2O7的溶解度明显减小。‎ ‎(3)母液Ⅱ中含有K2Cr2O7和NaCl，蒸发浓缩得到的固体A是NaCl，因为高温下K2Cr2O7的溶解度大；母液Ⅲ中的主要成分是K2Cr2O7，冷却结晶得到固体B是K2Cr2O7。‎ ‎(4)固体A表面附着K2Cr2O7，应将洗涤液转移到母液Ⅱ中，这样，既能提高产率(回收了K2Cr2O7)，又可使能耗降低。‎ 答案：(1)Na2Cr2O7＋2KCl===2NaCl＋K2Cr2O7　低温下K2Cr2O7的溶解度远小于其他组分的溶解度，随温度的降低，K2Cr2O7的溶解度明显减小(答案合理即可)　(2)除去Fe3＋　(3)NaCl　K2Cr2O7　(4)Ⅱ ‎1．化学已渗透到人类生活的各个方面。下列有关化学与科技、社会、生活、环境等的叙述错误的是(　　)‎ A．农药和化肥对环境和人类健康有害，应该禁止使用 B．用K2FeO4替代Cl2作水处理剂，既可以消毒杀菌，又可以除去悬浮杂质 C．肥皂、合成洗涤剂的去污原理相同，都含有憎水基与亲水基 D．精细化工产品在使用时都有严格的使用剂量、适用范围等 ‎[导学号32390506]　解析：选A。合理使用化肥、农药可提高农作物的产量，A项错误。‎ ‎2．固硫剂是把煤燃烧时生成的二氧化硫以盐的形式固定在炉渣中的物质，可减少二氧化硫对大气的污染。下列物质中可用作固硫剂的有(　　)‎ A．CaO　　　　　　　　 B．NaHSO3‎ C．NH4NO3 D．P2O5‎ ‎[导学号32390507]　解析：选A。CaO是碱性氧化物，可与SO2反应；NaHSO3、NH4NO3、P2O5均不与SO2反应。‎ ‎3．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．氯碱工业中的阳离子交换膜阻止阳离子通过 B．氯气和氢气混合在光照条件下反应生成氯化氢，用水吸收得到盐酸 C．合成氨工业中，用铁触媒作催化剂，可提高单位时间氨的产量 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 ‎[导学号32390508]　解析：选C。解答本题要注意以下两点：(1)氯碱工业中的阳离子交换膜的作用是阻止阴离子通过；(2)氯气和氢气混合在光照条件下发生爆炸，反应不易控制，不能用于工业生产。‎ ‎4．(2016·东北三校联考)下列有关工业生产的叙述正确的是(　　)‎ A．在硫酸工业、合成氨工业、硝酸工业中，均必须对尾气进行吸收处理 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．炼铁是铁矿石在高温下被氧化的过程 D．用烧碱溶液吸收硝酸工业尾气中的氮氧化物，不仅可以防止有害物质的排放，还可以生产有用的NaNO2‎ ‎[导学号32390509]　解析：选D。合成氨工业不需要对尾气进行吸收；硫酸工业中接触室中发生的反应为2SO2＋O22SO3，利用该反应放出的热量来预热SO2；金属冶炼的实质是Mn＋＋ne－===M，为金属被还原的过程；NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，NO、NO2完全被碱液吸收。‎ ‎5．(2016·山西太原高三模拟)化学工业在经济发展中的作用举足轻重。下列有关工业生产的叙述中，正确的是(　　)‎ A．硫酸生产中常采用高压条件来提高SO2的转化率 B．合成氨中采用及时分离液态氨来提高反应速率 C．电解精炼铜中，溶液中c(Cu2＋)基本保持不变 D．氯碱工业中阳极得到氢氧化钠和氢气 ‎[导学号32390510]　解析：选C。2SO2＋O22SO3，该反应在常压下转化率非常高，不需要采用高压来提高转化率；N2＋3H22NH3，由于NH3液化后使混合气体中c(NH3)降低，引起v(正)、v(逆)均降低；电解精炼铜时，阳极反应式为Cu－2e－Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－Cu，所以溶液中c(Cu2＋)基本保持不变；2NaCl＋2H2O ，D错误。‎ ‎6．(2016·湖北武汉调研)化学肥料在农业生产中有重要作用。农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和钾肥。‎ ‎(1)普钙是磷肥，它的有效成分是________(写化学式)。‎ ‎(2)尿素是一种含氮量较高的氮肥，工业生产尿素是将氨气与二氧化碳在加压、加热的条件下反应生成氨基甲酸铵(H2NCOONH4)，再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。反应的化学方程式为________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)农谚说的“粪和灰，肥料飞”指的是粪尿与草木灰搅和在一起会降低肥效。请你说明其中的化学原理：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎[导学号32390511]　解析：(1)普钙的成分为Ca(H2PO4)2·H2O与CaSO4，其有效成分为Ca(H2PO4)2·H2O。(2)由题中信息，利用原子守恒可直接写出反应的方程式：‎ ‎2NH3＋CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4H2NCONH2＋H2O。‎ 答案：(1)Ca(H2PO4)2·H2O ‎(2)2NH3＋CO2H2NCOONH4‎ H2NCOONH4△,H2NCONH2＋H2O ‎(3)粪尿中的氮元素最终转化为铵盐，而草木灰的有效成分为K2CO3，K2CO3受潮后水解为KOH，显碱性，NH与OH－可发生反应生成NH3逸出而降低肥效 ‎7．(2016·辽宁沈阳模拟)制取硝酸铵的流程图如下：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)合成氨原料的来源：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)‎ ΔH＝－92 kJ·mol－1。‎ 请解释：‎ ‎①可逆反应：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取的措施是__________________________________________。‎ ‎(3)氨催化氧化的化学方程式为________________________________________________________________________，‎ 铂铑合金网的作用为________________，铂铑合金网未预热也呈红热状态的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，如何消除它们对大气的污染？__________________，写出有关化学反应方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)硝酸铵的两种主要用途是________________________________________________________________________。‎ ‎(6)在一定温度和压强的密闭容器中，将平均相对分子质量为8.5的H2和N2混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气的平均相对分子质量为10，试求此时N2的转化率和平衡混合气体中NH3的体积分数为____________、________________。‎ ‎[导学号32390512]　解析：(1)氮气的来源是空气，而氢气来源于燃料(煤、石油产品等)与水反应的产物。‎ ‎(2)①可逆反应是指在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应；②为提高合成氨的产率，可采取增压、适当温度和使用铁触媒等措施。‎ ‎(3)氨的催化氧化反应为放热反应，故铂铑合金网虽未预热也呈红热状态。‎ ‎(4)氮的氧化物可以用碱液吸收消除其危害。‎ ‎(6)根据“十字交叉法”可得：，则n(N2)∶n(H2)＝6.5∶19.5＝1∶3。设反应前混合气体的总物质的量为4 mol，平均相对分子质量与气体的总物质的量成反比，设反应后气体的总物质的量为x mol，则有：＝，x＝3.4，反应前后气体的物质的量差值为0.6 mol，设反应消耗N2的物质的量为y mol，生成氨的物质的量为z mol，则有：‎ N2　＋　3H2　2NH3　物质的量之差 ‎1 　2 　　　2‎ y mol 　z mol 　0.6 mol y＝0.3，z＝0.6，‎ N2的转化率为×100%＝30%；‎ 氨的体积分数为×100%＝17.6%。‎ 答案：(1)N2来源于空气，H2可来源于水煤气 ‎(2)①在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应，叫作可逆反应 ‎②增压、适当温度和使用铁触媒等 ‎(3)4NH3＋5O24NO＋6H2O　作催化剂　氨的催化氧化反应是放热反应，可使PtRh合金网达到一定温度而不必预热 ‎(4)可用碱溶液吸收氮的氧化物　NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ‎(5)可作化肥和炸药　‎ ‎(6)30%　17.6%‎ ‎8．生态工业园区的建设，不仅仅是体现环保理念更要依据循环经济理论和充分考虑经济成本的可持续发展。如图是某企业设计的硫酸—磷铵—水泥联产，海水—淡水多用，盐—热—电联产三大生态产业链流程图。‎ 根据上述产业流程回答下列问题：‎ ‎(1)从原料、能源、交通角度考虑该企业应建在________。‎ A．西部山区　　　　　　 B．沿海地区 C．发达城市 D．东北内陆 ‎(2)将硫铁矿磨成细粉末的目的是______________________________。吸收塔中用________吸收SO3，从吸收塔中循环到接触室的物质是________。‎ ‎(3)磷肥厂的产品是普钙，生产普钙的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)下列对于硫酸工业中的废气、废液、废渣处理合理的是________。‎ A．废气采用尾气脱硫处理 B．废水采用河水自净能力处理 C．废渣深埋 D．对硫酸生产采用“两转两吸法”工艺 ‎[导学号32390513]　解析：(1)该产业流程涉及浓缩盐水制盐，应选择在沿海地区。(2)沸腾炉中发生硫铁矿的燃烧，将硫铁矿研磨成细粉末可以增大与氧气的接触面，使反应更充分，速率更快。吸收塔中用98%的浓硫酸吸收SO3，从吸收塔中循环到接触室的物质是SO2。(3)普钙的主要成分为Ca(H2PO4)2和CaSO4，制取的化学方程式为Ca3(PO4)2＋2H2SO4===Ca(H2PO4)2＋2CaSO4。(4)硫酸工业中的废水应治理后排放，废渣可用于炼铁工艺和制造水泥。‎ 答案：(1)B　(2)增大与氧气的接触面，使反应更充分，速率更快　98%的浓硫酸　SO2‎ ‎(3)Ca3(PO4)2＋2H2SO4===Ca(H2PO4)2＋2CaSO4　(4)AD ‎9．(2016·山东青岛模拟)工业上制硫酸的设备分为三大部分，一是沸腾炉、二是接触室、三是吸收塔。在沸腾炉内煅烧黄铁矿生成二氧化硫；在接触室内有催化剂存在下，二氧化硫进一步与氧气结合，生成三氧化硫；三氧化硫流经吸收塔时，采用98%的浓硫酸吸收，使三氧化硫最终与水化合形成硫酸。‎ 下面的装置是仿照工业上制备硫酸的工艺流程设计出来的，用于探究工业上为何采用98%的浓硫酸吸收三氧化硫。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸设备中的________、________。‎ ‎(3)丙中的现象为________，丁中的现象为________。‎ ‎(4)下表是压强和温度对SO2平衡转化率的影响：‎ ‎　压强/MPa 转化率/%‎ 温度/℃‎ ‎0.1‎ ‎0.5‎ ‎1‎ ‎10‎ ‎400‎ ‎99.2‎ ‎99.6‎ ‎99.7‎ ‎99.9‎ ‎500‎ ‎93.5‎ ‎96.9‎ ‎97.8‎ ‎99.3‎ ‎600‎ ‎73.7‎ ‎85.8‎ ‎89.5‎ ‎96.4‎ 对SO2转化为SO3的反应，增大压强可使转化率______，通常采用常压操作是因为________________________________________________________________________。‎ ‎[导学号32390514]　解析：硫酸的工业生产分为三大步，其中第一步为制气：4FeS2＋11O2高温,2Fe2O3＋8SO2；乙、丙分别相当于接触室、吸收塔；丙中无酸雾，丁中有酸雾；增大压强，SO2转化率增大，但是因为常压下SO2的转化率已很大，所以采用常压操作。‎ 答案：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2‎ ‎(2)接触室　吸收塔 ‎(3)无酸雾　有酸雾 ‎(4)增大　常压下SO2的转化率已很大 ‎10．(2014·高考全国卷Ⅰ，36)磷矿石主要以磷酸钙[Ca3(PO4)2·H2O]和磷灰石[Ca‎5F(PO4)3、Ca5(OH)(PO4)3]等形式存在。图(a)为目前国际上磷矿石利用的大致情况。其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。图(b)是热法磷酸生产过程中由磷灰石制单质磷的流程。‎ ‎ ‎ ‎ 部分物质的相关性质如下：‎ 熔点/℃‎ 沸点/℃‎ 备注 白磷 ‎44‎ ‎280.5 ‎ PH3‎ ‎－133.8‎ ‎－87.8‎ 难溶于水，有还原性 SiF4‎ ‎－90‎ ‎－86‎ 易水解 回答下列问题：‎ ‎(1)世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料，约占磷矿石使用量的________%。‎ ‎(2)以磷灰石为原料，湿法磷酸过程中Ca‎5F(PO4)3反应的化学方程式为 ________________________________________________________________________。‎ 现有1 t折合含有P2O5约30%的磷灰石，最多可制得85%的商品磷酸________t。‎ ‎(3)如图(b)所示，热法磷酸生产过程的第一步是将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合，高温反应生成白磷。炉渣的主要成分是________(填化学式)。冷凝塔1的主要沉积物是________，冷凝塔2的主要沉积物是________。‎ ‎(4)尾气中主要含有________，还含有少量的PH3、H2S和HF等。将尾气先通入纯碱溶液，可除去________，再通入次氯酸钠溶液，可除去________。(均填化学式)‎ ‎(5)相比于湿法磷酸，热法磷酸工艺复杂，能耗高，但优点是________________________________________________________________________。‎ ‎[导学号32390515]　解析：(1)4%＋96%×85%×80%≈69%。‎ ‎(2)Ca‎5F(PO4)3＋5H2SO4===5CaSO4＋HF↑＋3H3PO4，依据P元素守恒：生成磷酸的量为1×30%÷142×2×98÷85%≈0.49(t)。‎ ‎(3)炉渣主要成分是CaSiO3，冷凝塔1的主要沉积物是液态白磷，冷凝塔2的主要沉积物是固态白磷。‎ ‎(4)尾气主要含有CO、SiF4，还含有少量PH3、H2S和HF等。通过纯碱溶液可以除去SiF4、HF、H2S，再通入NaClO溶液可以除去PH3。‎ ‎(5)热法磷酸工艺的优点是产品的纯度高。‎ 答案：(1)69　(2)Ca‎5F(PO4)3＋5H2SO4===5CaSO4＋HF↑＋3H3PO4　0.49　(3)CaSiO3　液态白磷　固态白磷　(4)CO、SiF4　SiF4、H2S、HF　PH3　(5)产品纯度高 ‎11．电石浆是氯碱工业中的一种废弃物，其大致组成如下表所示：‎ 成分 CaO SiO2‎ Al2O3‎ Fe2O3‎ MgO CaS 其他不 溶于酸 的物质 质量 分数 ‎(%)‎ ‎65～‎ ‎66‎ ‎3.5～‎ ‎5．0‎ ‎1.5～‎ ‎3．5‎ ‎0.2～‎ ‎0．8‎ ‎0.2～‎ ‎1．1‎ ‎1.0～‎ ‎1．8‎ ‎23～‎ ‎26‎ 用电石浆可生产无水CaCl2，某化工厂设计了以下工艺流程：‎ 已知氯化钙晶体的化学式是CaCl2·6H2O；H2S是一种酸性气体，且具有还原性。‎ ‎(1)反应器中加入的酸应选用________。‎ ‎(2)脱色槽中应加入的物质X是________；设备A的作用是________；设备B的名称为________；设备C的作用是________。‎ ‎(3)为了满足环保要求，需将废气H2S通入吸收池，下列物质中最适合作为吸收剂的是________。‎ A．水　　 B．浓硫酸　　C．石灰乳　　 D．硝酸 ‎(4)将设备B中产生的母液重新引入反应器的目的是________________________________________________________________________。‎ ‎[导学号32390516]　解析：分析电石浆中所含成分的性质，结合工艺流程图进行分析、解决问题。‎ ‎(1)该工艺的目的是用电石浆生产无水CaCl2，为防止引入杂质阴离子，可向电石浆中加入盐酸，溶解其中的CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaS等物质。‎ ‎(2)沉降池中加入石灰乳，可将Al3＋、Fe3＋、Mg2＋沉淀。脱色槽的作用是对过滤器中所得滤液进行脱色，可选用吸附性能较强的活性炭。滤液在设备A中进行蒸发浓缩，在结晶池中降温结晶，然后在设备B中进行过滤，得到氯化钙晶体，最后在设备C中脱水干燥，得到无水CaCl2。‎ ‎(3)H2S气体在水中的溶解度不大，与浓硫酸反应易产生污染性气体SO2，与硝酸反应易产生污染性气体NO2或NO，这些物质都不能作为H2S的吸收剂。H2S气体易被石灰乳吸收，且石灰乳的价格较低。‎ ‎(4)设备B中的母液含有CaCl2等物质，对母液进行回收利用，可以提高经济效益，同时降低废弃物的排放量，有助于保护环境。‎ 答案：(1)盐酸　(2)活性炭　蒸发浓缩　过滤器　脱水干燥　(3)C　(4)对母液回收利用，降低废弃物排放量，提高经济效益