第二单元 从自然资源到化学品

考基导学考点导析活页限时训练第二单元从自然资源到化学品1．了解合成氨的主要原理、重要设备及生产流程。2．了解氯碱工业产品的主要用途。了解电解食盐水的基本原理。了解食盐水电解工艺和主要设备——石棉隔膜电解槽。3．了解接触法制硫酸的生产工艺、各阶段反应的主要设备。了解硫酸工业中“三废”(废气、废水、废渣)的治理和综合利用。4．了解从海水中提取镁、从铝土矿中提取铝的过程和原理。考基导学考点导析活页限时训练适宜条件的选择合成氨工业简述合成氨考基导学考点导析活页限时训练考基导学考点导析活页限时训练考基导学考点导析活页限时训练考基导学考点导析活页限时训练考基导学考点导析活页限时训练如何获取合成氨的原料气——氢气？提示合成氨原料来源的关键是如何获得大量廉价的氢气。天然气作为洁净燃料，便于管道输送，用做合成氨的原料具有投资省、能耗低的优点。从20世纪50年代起，天然气已成为世界上合成氨的主要原料。甲烷与水蒸气在催化剂(Al2O3＋Ni)作用下发生化学反应：1．CH4＋H2O(g)=======催化剂高温3H2＋COCO＋H2O(g)=======催化剂△H2＋CO2考基导学考点导析活页限时训练(1)除杂质时所加试剂的顺序要求是：Na2CO3必须在BaCl2之后；加入盐酸在过滤之后。(2)试剂加入顺序有多种选择：a．BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、盐酸b．BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、盐酸c．NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、盐酸提示粗盐水――――→过量BaCl2（除SO42－）――――――→过量NaOH（除Mg2＋、Fe3＋）――――――→过量Na2CO3（除Ca2＋、Ba2＋）――――――→过滤（除泥沙及沉淀）――――――→适量盐酸（除CO32－、OH－）含少量Ca2＋、Mg2＋――――――――→阳离子交换塔（除Ca2＋、Mg2＋）精制盐水2．试分析氯碱工业中精制盐水的过程。考基导学考点导析活页限时训练合成氨条件工业上，通常采用以铁为催化剂，在400～500℃和10MPa～30MPa的条件下合成氨。合成氨的工艺流程(1)原料气的制取N2、H2可用空气、水、煤炭等为原料制取，将空气液化后低温分馏可以获得N2。H2的制取可有以下几种途径：合成氨的条件及工艺流程1．2．化学反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH0考基导学考点导析活页限时训练①电解水制取氢气。②由煤或焦炭与水蒸气反应来制取氢气。煤或焦炭经加热，炽热的炭与水蒸气反应生成氢气。C＋H2O(g)CO＋H2③由天然气或重油制取氢气。天然气的主要成分甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳：CH4＋H2O(g)========催化剂高温CO＋3H2由煤或焦炭、天然气制取氢气的过程中产生的一氧化碳，在催化剂存在的条件下与水蒸气反应生成氢气和二氧化碳：CO＋H2O(g)=========催化剂△CO2＋H2考基导学考点导析活页限时训练这一过程在工业上称为一氧化碳变换，最后脱去二氧化碳，可得到氢气。(2)氨的合成合成塔是合成氨的关键设备，其构造如下图所示。塔内控制一定的温度和压强，在催化剂存在的条件下使N2和H2发生反应生成NH3：N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3。考基导学考点导析活页限时训练(3)合成氨工业流程考基导学考点导析活页限时训练【典例1】►工业上用以合成氨的原料之一的氢气，有一种来源是石油气，例如丙烷。据此回答下列各题。(1)有人设计了以下反应路径，假设反应都能进行，你认为最合理的是()。A．C3H8――――→极高温C＋H2B．C3H8―――→高温脱氢C3H6＋H2C．C3H8＋H2O―――→催化剂高温CO＋H2D．C3H8＋O2―――→催化剂△CO2＋H2O；H2O―――→电解H2↑＋O2↑考基导学考点导析活页限时训练(2)按以上最合理的反应途径，理论上用1mol丙烷最多可制得氨()。A．4molB．6.7molC．10molD．2.7mol(3)该合理的反应途径最显著的优点是()。A．简单易行B．制得的H2纯度高C．制得的H2产量高D．可同时获得大量的热能解析目前世界各国合成氨的原料主要有原油、天然气和煤。也有一些合成氨厂采用石脑油和焦炭工业的炼焦炉煤气。要知道哪种方式生成的H2最多，需配平反应方程式，配平如下：考基导学考点导析活页限时训练A．C3H8―――→极高温3C＋4H2B．C3H8――――→高温脱氢C3H6＋H2C．C3H8＋3H2O――――→催化剂高温3CO＋7H2，生成的CO又能与H2O反应：CO＋H2O=======催化剂△CO2＋H2D．C3H8＋5O2=======催化剂△3CO2＋4H2O，2H2O======电解2H2↑＋O2↑从化学方程式可看出，当C3H8均为1mol时，C途径中产生H2最多。根据量的关系，进行如下计算：考基导学考点导析活页限时训练由以上反应可得：C3H8～10H23H2～2NH3相关量为：C3H8～10H2～20/3NH3故1molC3H8最多可制得6.7molNH3。工业生产主要考虑反应速率、平衡建立时间、反应物的转化率、产品的产率、能量消耗、经济核算等问题。答案(1)C(2)B(3)CC3H8＋3H2O――――→催化剂高温3CO＋7H2，3CO＋3H2O=======催化剂△3CO2＋3H2，N2＋3H2催化剂高温、高压2NH3考基导学考点导析活页限时训练298K时，合成氨反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，在该温度下，取1molN2和3molH2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量总是小于92.4kJ。其原因是_______________________________________________________________________。解析注意正确理解热化学方程式的意义及该反应的特点——可逆反应。答案该反应是可逆反应，在密闭容器中进行将达到平衡，1molN2和3molH2不能完全反应生成2molNH3，因而放出的热量总是小于92.4kJ考基导学考点导析活页限时训练氯碱工业原理及产品应用氯碱工业原理工业上用电解饱和食盐水(NaCl溶液)的方法制取烧碱(NaOH)、氯气(Cl2)、氢气(H2)，以及以它们为原料生产一系列其他化工产品的化工生产过程统称为氯碱工业。氯化钠是强电解质，水是弱电解质，在氯化钠溶液里共有四种离子：Na＋、H＋、Cl－、OH－。通电后在电场的作用下，OH－和Cl－向阳极移动，Na＋和H＋向阴极移动，在阳极上2Cl－－2e－===Cl2↑，在阴极上2H＋＋2e－===H2↑，从而在阳极区产生氯气，在阴极区产生氢氧化钠和氢气。电解总反应方程式为2NaCl＋2H2O=======电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。1．考基导学考点导析活页限时训练2．氯碱工业产品应用氯碱工业是无机化学基本工业之一，在国民经济建设中占有重要地位。氯碱产品的主要用途如下图所示：考基导学考点导析活页限时训练如图所示，A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空：(1)电源A上的a为________极。(2)滤纸B上发生的总化学反应方程式为________________________。解析(1)含酚酞试液的滤纸变红，表示电解时有OH－生成，是由于H2OH＋＋OH－，2H＋＋2e－===H2↑，余下OH－，所以c是B电解池的阴极，d为阳极，则可得出：b是负极，a为正极，e是C电解槽的阳极，f为阴极。考基导学考点导析活页限时训练答案(1)正(2)2NaCl＋2H2O======电解H2↑＋Cl2↑＋2NaOH考基导学考点导析活页限时训练(2009·宁夏理综)请回答氯碱工业中的如下问题：(1)氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k(质量比)生成的产品。理论上k＝________(要求计算表达式和结果)；(2)原料粗盐中常含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等杂质，必须精制后才能供电解使用。精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为①Na2CO3、②HCl(盐酸)、③BaCl2，这3种试剂添加的合理顺序是________(填序号)；(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。考基导学考点导析活页限时训练①图中X、Y分别是________、________(填化学式)，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小________；②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应正极：________________________________________________________________________；负极：________________________________________________________________________；考基导学考点导析活页限时训练③这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)____________________________________________________________________________________________________________。解析(1)根据2NaCl＋2H2O======通电2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，得出Cl2和NaOH物质的量之比为1∶2，转化为质量比即得出答案71∶80。(2)先加BaCl2可以除去SO42－，再加Na2CO3能除去引入的Ba2＋和溶液中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋，再加入盐酸能除去引入的CO32－。(3)①因A中电解饱和食盐水生成H2和Cl2，H2要和B中通入的O2形成燃料电池，所以X为Cl2，Y为H2。因B中右端O2放电产生的OH－可和能够自由通过交换膜的Na＋结合成NaOH，所以a%b%。考基导学考点导析活页限时训练②这是H2和O2组成的燃料电池，正极：12O2＋H2O＋2e－===2OH－；负极：H2＋2OH－－2e－===2H2O。答案(1)M（Cl2）2M（NaOH）＝7180＝1∶1.13或0.89(2)③①②(3)①Cl2H2a%小于b%②12O2＋H2O＋2e－===2OH－H2＋2OH－－2e－===2H2O③燃料电池可以补充电解池消耗的电能，提高产出碱液的浓度，降低能耗(其他合理答案也可)考基导学考点导析活页限时训练(3)三原料：硫铁矿(或硫黄)、空气、水。(4)三设备：沸腾炉(或焚硫炉)、接触室、吸收塔。硫酸工业生产过程及“三废”处理硫酸工业生产过程(1)三阶段：二氧化硫的制取(炉气的制造)、二氧化硫的催化氧化、三氧化硫的吸收。(2)三反应：4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2(或S＋O2SO2)；2SO2＋O2V2O5△2SO3；SO3＋H2O===H2SO4。1．考基导学考点导析活页限时训练(5)三原理：增大反应速率原理(硫铁矿粉碎，增大与空气的接触面积，并鼓入空气使矿粒“沸腾”)、热交换原理(接触室中装热交换器，使未反应的二氧化硫和氧气被加热到所需温度，同时冷却反应后的三氧化硫)、逆流吸收原理(吸收塔中浓硫酸自上方喷下，三氧化硫气体从下方通入，提高吸收效率)。考基导学考点导析活页限时训练硫酸生产中的“三废”处理2．三废硫酸工业废渣废液废气成分炉渣：含铁量45%净化炉气产生的废水，含微量硫酸、氟化物、铁离子、铅离子吸收塔排出的尾气，含SO2的废气治理与综合利用炼铁(要注意除硫)，制硫酸铁、铁红颜料(氧化铁)等用生石灰处理：中和硫酸、产生氢氧化铁絮状沉淀并吸附其他重金属离子用氨水洗涤等方法脱硫：2NH3＋SO2＋H2O=(NH4)2SO3＋SO2＋H2O===2NH4HSO3==(NH4)2SO3考基导学考点导析活页限时训练(2)在实际生产中，为实现较快的反