1、第五讲 化学工业原理和工艺流程1海水占地球总储水量的 97.2%。若把海水淡化和化工生产结合起来，既可以解决淡水资源缺乏的问题，又可以充分利用海洋资源。(1)目前，以下“技术”中，可用于“海水淡化”的是_(填序号)。蒸馏法 膜分离法(电渗析、反渗透 ) 冷冻法 离子交换法(2)利用海水晒盐的化学原理是_；分离食盐晶体后的母液中含有 KCl、MgCl 2，经过分离、提纯后，可用于_。(3)工业上利用电解饱和食盐水可制得重要的化工产品，反应的离子方程式为_；电解所用的食盐水需要精制，其原因是_。(4)近年来有人提出了一种利用氯碱工业产品及氯化钠循环治理含二氧化硫的废气同时回收二氧化硫的方法，该方法
2、的流程如下：写出反应的化学方程式：_、_。解析 (1)所列出的“技术”均可用于海水淡化。(2)利用海水晒 盐的化学原理是蒸发、结晶；分离食盐晶体后的母液中含有 KCl、MgCl2，经过分离、提纯后，可用于工 业上冶炼金属钾和镁。(3)工业上电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl 2H2O 2OH = = = = =电 解 Cl2 H2；粗盐中含有泥沙、 Ca2 、Mg2 及 SO 等杂质，杂质离子在碱性溶液中会24形成沉淀，损坏离子交换膜，故电解所用的食盐水需要精制。(4) 根据流程图可知，反 应NaOHSO 2=NaHSO3、反 应NaHSO 3HCl= =NaClH 2OSO 2。答案 见解析
3、2某一化工厂的生产流程如下图：(1)L、M 的名称分别是_、_。(2)G H 过程中为什么通入过量空气：_。(3)用电子式表示 J：_。(4)写出饱和食盐水、E、F 生成 J 和 K(此条件下 K 为沉淀)的化学方程式：_，要实现该反应，你认为应该如何操作：_。解析 根据流程示意图分析可知，用空气、焦炭和水为原材料，最终生产 L、J 和 M 的产品，首先必须生产中间产品 E。这样，主要生 产流水线至少有两条 液态空气(焦炭)EM；焦炭(液态空气)EL 。为了弄清该化工生产 的生产工艺， 须将这两条生产流水线交叉综合分析，最终 解答题设的有关问题。答案 (1)硝酸铵 碳酸钠 (2)提高 NO 的
4、转化率(4)NH3H 2ONaClCO 2=NaHCO3NH 4Cl 向饱和的食盐水中先通入足量的NH3，再通入足量的 CO23 “低碳”既是时尚，也是环保要求。 “低碳”在工业生产中意义重大，充分利用原材料，不排放或减少排放“三废” ，不同工厂今后联合生产等都是很好的“低碳”生产方式。下面是几个工厂利用废气、废渣(液) 联合生产化肥硫酸铵的工艺：请回答下列问题：(1)工艺操作、分别为_、_。(2)工业合成氨的化学方程式为：_。(3)写出生成“产品”的离子方程式：_。(4)在实验室中检验合成氨厂排出的废气中是否含有氨气的方法是_。(5)副产品的化学式为_。该联合生产工艺中可以循环使用的物质是_
5、。解析 (1)合成氨的原料之一氮气来源于空气，分离方法是将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气。(2)工业合成氨的条件是高温、高压和催化剂。(3)“产品”是硫酸铵，反 应物是硫酸钙悬浊液、二氧化碳、氨气等，产物除产品硫酸铵外，还有碳酸钙沉淀。(4)氨气溶于水显碱性， 实验室中可以用湿润的红色石蕊试纸检验，或利用氨气与氯化氢化合为氯化铵的反应进行检验等。(5)分析框图中各物质的关系可知“副产品”为氧化钙，能够循环使用的物质是二氧化碳。答案 (1)将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气 过滤(2)N23H 2 2NH3高 温 、高 压 催 化 剂(3)CaSO4CO 22NH 3H 2O=CaCO32
6、NH SO 4 24(4)用湿润的红色石蕊试纸放在导气管口，若试纸变蓝，则证明有 NH3(或其他可行的方法)(5)CaO CO24.某硝酸厂附近的空气主要污染物为氮的氧化物。为了保护环境和综合利用，可采用氨碱两级吸收法。此法兼有碱吸收和氨吸收两法的优点，其吸收工艺流程如下：(1)排空物质的主要成分为_。(2)进入吸收塔以前加一个缓冲器的目的是_。(3)从吸收塔排出的混合液的用途之一为_ 。.空气的主要污染物为硫的氧化物和氮的氧化物。研究人员设计了同时净化废气中二氧化硫和氮的氧化物的方法，将其转化为硫酸和硝酸，工艺流程如下：各室中发生的反应如下：氧化室：NO 2(g)SO 2(g)H 2O(l)
7、=H2SO4(l)NO(g)Ha kJmol 1 。清除室：NO(g)NO 2(g)=N2O3(g) H b kJmol 1 ；N2O3(g)2H 2SO4(l)=2NOHSO4(s)H 2O(l)Hc kJmol1 。分解室：4NOHSO 4(s)O 2(g)2H 2O(l)=4H2SO4(l)4NO 2(g) Hd kJmol 1 。回答下列问题：(1)物质和分别为(写化学式 )_、_。(2)写出 SO2、O 2 与 H2O 反应生成 H2SO4 的热化学方程式：_。解析 .(1)排空物质是无污染的气体，主要成分为 N2、O2。(2)进入吸收塔以前加一个缓冲器的目的是使氨气和污染的空气充分
8、混合，使氮的氧化物与氨气充分反 应，从而 转化为无毒的 N2。(3)从吸收塔排出的混合液含有 铵盐，可以作为氮肥。.(1)根据各室中的反应，物质、分别为分解室中 NOHSO4 与 O2、H2O 反应生成的 NO2、H2SO4。(2)设 3 个室中发生的 4 个反应依次为、 、，根据盖斯定律，反应 2SO2(g)O2(g)2H 2O(l)=2H2SO4(l)可以通过22 2得到， 则该反应的 H(2a2b2cd) kJmol 1 。答案 .(1)N 2、O 2(只填 N2 也算对) (2) 使氨气和污染的空气充分混合 (3) 用作肥料.(1)NO 2 H 2SO4(2)2SO2(g)O 2(g)
9、2H 2O(l)=2H2SO4(l)H(2a2b2c d) kJmol 15(2012聊城模拟)工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：(1)简述原料气 N2、H 2 的来源：_。(2)下列可以代替硝酸镁加入到蒸馏塔中的是：_。A浓硫酸 B氯化钙 C氯化镁 D生石灰(3)氨气与氧气 145 就开始反应，在不同温度和催化剂条件下生成不同产物 (如图所示)：4NH35O 24NO6H 2O K1110 53(900 )4NH33O 22N26H 2O K 2110 67(900 )温度较低时以生成_为主，温度高于 900 时，NO 产率下降的原因：_。吸收塔中需要补充空气的原因： _。(4)
10、尾气处理时，小型化工厂常用尿素作为氮氧化合物的吸收剂，此法运行费用低，吸收效果好，不产生二次污染，吸收后尾气中 NO 和 NO2 的去除率高达 99.95%。其主要的反应为氮氧化合物混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素CO(NH 2)2反应生成CO2 和 N2，请写出有关反应的化学方程式：_，_。解析 硝酸镁是吸水剂，四个 选项中各物质都具有吸水性，但只有浓硫酸对产物没有影响，生石灰可与硝酸反应，氯化钙、氯化镁中的 Cl 会与 H 结合生成 HCl，在加热时混在硝酸中。答案 (1)N 2 来源于空气， H2 来源于焦炭与水蒸气的反应(2)A(3)N2 生成 NO 的反应为放热反应，升高温度
11、，平衡向逆反应方向移动，NO 的产率下降 提高氨气的转化率，进一步与 NO 反应，尽可能多的生成所需产品(4)NONO 2H 2O=2HNO2 CO(NH 2)22HNO 2=CO22N 23H 2O6(2012济宁模拟)哈伯法合成氨是德国人哈伯在 1905 年发明的，其合成原理为：N 2(g)3H 2(g)2NH3(g) H 92.4 kJmol1 。试回答下列问题：(1)在 298 K 时，将 10 mol N2 和 30 mol H2 放入合成塔中，为何放出的热量小于 924 kJ？_。(2)工业上利用天然气合成氨的工艺流程图如下：依据上述流程，完成下列填空：天然气脱硫时的化学方程式是_
12、。n mol CH4 经一次转化后产生 CO 0.9 n mol，产生 H2_mol(用含 n 的代数式表示)。该合成氨工艺能直接生成 H2、N 2 的原料是_，可循环利用的辅助原料有_。解析 (2)从合成氨流程图可知，生成 H2 的原料是天然气和水，N 2 来源于空气。可循环利用的辅助原料为 K2CO3、Fe(OH)3。答案 (1)因为该反应是可逆反应，10 mol N2 与 30 mol H2 不可能完全反应生成 NH3，所以放出的热量小于 924 kJ(2)3H 2S2Fe(OH) 3=Fe2S36H 2O 2.7n CH 4、H 2O、空气 K 2CO3、Fe(OH) 37(2012南
13、京质检)亚氯酸钠 (NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：已知：NaClO 2 的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO23H2O。纯 ClO2 易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到 10%以下较安全；HClO 2 可看成是强酸。(1)160 gL1 NaOH 溶液的物质的量浓度为_，若要计算该溶液溶质的质量分数，还需要的一个条件是_。(2)在发生器中鼓入空气的作用可能是_( 填序号)。A将 SO2 氧化成 SO3，增强酸性B稀释 ClO2 以防止爆炸C将 NaClO3 氧化成 ClO2(3
14、)吸收塔内的反应的化学方程式为_，吸收塔的温度不能超过 20 ，其目的是防止 H2O2 分解，写出 H2O2 分解的化学方程式：_。(4)在碱性溶液中 NaClO2 比较稳定，所以吸收塔中应维持 NaOH 稍过量，判断 NaOH 是否过量的简单的实验方法是_。(5)吸收塔中为防止 NaClO2 被还原成 NaCl，所用还原剂的还原性应适中。除 H2O2 外，还可以选择的还原剂是_( 填序号) 。ANa 2O2 BNa 2SCFeCl 2 DPbO( 悬浊液)(6)从滤液中得到 NaClO23H2O 粗晶体的实验操作依次是 _(填序号)。A蒸馏 B蒸发 C灼烧 D过滤E冷却结晶要得到更纯的 Na
15、ClO23H2O 晶体必须进行的操作是_(填操作名称)。解析 (1)160 gL 1 NaOH 溶液表示的是 1 L 溶液中含有 NaOH 的质量是 160 g，NaOH的物质的量是 4 mol，所以此溶液的物质的量浓度是 4 molL1 ，若要计算该溶液溶质的质量分数，需要知道溶液的质 量，所以 还需要的条件是溶液的密度。(2)根据题给信息，纯 ClO2 易分解爆炸，由此可判断发生器中鼓入空气的作用是稀 释ClO2以防止爆炸。(3)通过吸收塔内的反应制备 NaClO2，ClO2 是氧化剂， H2O2 是还原剂，相应的氧化产物应是氧气，同时参加反应的还 有 NaOH，此反 应的化学方程式 应为
16、：2NaOH2ClO 2H2O2=2NaClO22H 2OO 2；H2O2 分解的化学方程式为2H2O2 2H2OO 2。= = = = = (4)判断 NaOH 是否过量可以采用 测定溶液 pH 的方法。(5)本实验的目的是制备纯净的亚氯酸钠(NaClO 2)，制备过程中选取的还原剂不能引入杂质，H 2O2 相应的产物是 H2O 和氧气，没有引入 杂质。分析选项，Na 2O2 相应的产物是NaOH 和氧气，不会引入杂质， PbO(悬浊液)相应的产物是 PbO2 固体，过滤可以除去。 B、C 都会引入杂质。(6)从滤液中得到粗晶体的步骤是蒸发、冷却结晶和过滤，或者直接冷却结晶、过滤。由粗晶体制
17、得纯的晶体，则需要重 结晶。答案 (1)4 molL 1 该溶液的密度(2)B(3)2NaOH2ClO 2H 2O2=2NaClO22H 2OO 22H2O2 2H2OO 2= = = = = (4)连续测定吸收塔内溶液的 pH(5)AD(6)BED 或 ED 重结晶8硼的制备及其化合物的关系如下图所示(已知硼酸是白色片状晶体，溶解度很小，在水中的电离方程式为 H3BO3H 2OB(OH)4 H )：(1)操作 1 的名称为_ 。(2)硼酸为_( 填“一元 ”、 “二元”或“三元”)酸；步骤中镁过量使 B2O3 充分反应，得粗硼，那么粗硼中的主要杂质是_。(3)硼酸和甲醇反应生成硼酸酯的化学方
18、程式为：_ ；由纯硼制备氧化硼的化学方程式为_。(4)已知：B 2O3(s)H 2O(g)=2HBO2(g)Ha kJmol 1B2O3(s)3H 2O(l)=2H3BO3(aq) H b kJmol 1H2O(l)=H2O(g) Hc kJmol 1那么 HBO2(g)H 2O(l)=H3BO3(aq) H_。(5)已知硼既能与酸反应又能与碱反应，化学性质类似于铝；请写出硼与氢氧化钠反应的化学方程式，并标出电子转移的方向和数目？解析 (1)由题给信息，硼酸溶解度很小，可知操作 1 为过滤；(2)由在水中的电离方程式可知硼酸为一元酸；第(4)问考查的是盖斯定律；(5)硼与铝化学性质类似，所以可仿照 铝来写硼与 NaOH 溶液反应的化学方程式，注意只有水是氧化 剂。答案 (1)过滤 (2) 一元 Mg、MgO 、Mg 3B2 (3)H 3BO33CH 3OH B(OCH3)浓 硫 酸 33H 2O 4B3O 2 2B2O3 (4) kJmol1 = = = = =973 K b a c2=2NaBO23H 24H 2O
