化学工业基础.docx

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化学工业基础

常见的工业流程

（一）、合成氨工业

（1）生产原理：

（2）主要原料：

焦炭

（3）主要设备：

①合成塔；②压缩机；③冷凝器；④氨分离器

（4）生产过程：

①原料气的生产；②氨的生成、冷却和分离；③原料气体的循环使用

（5）主要产品：

液氨（副产品CO2可用于生产纯碱）

（6）综合利用和环境保护：

（7）有关思考题：

①从化学平衡的角度看，温度低有利于反应向生成NH3的方向移动，但为什么温度要控制在500℃这样的高温？

②压强大有利于合成氨，但为什么只用300个大气压（即3×107Pa）而不用更高的压强？

③分离氨前，为什么要先冷却？

④为什么要循环使用原料气？

⑤氨气为什么要加工成硫铵、氯化铵或碳铵才能作为氮肥？

（二）、接触法制硫酸

（1）生产原理：

①4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2＋Q1

②2SO2＋O2

2SO3＋Q2③SO3＋H2O

H2SO4

（2）主要原料：

①黄铁矿（硫铁矿）；②热空气；③98.3％的浓硫酸

（3）主要设备：

①沸腾炉；（SO2净化器）②接触室（热交换器）；③吸收塔

注：

工业制硝酸时，氨催化氧化是在氧化炉中完成的，同样有吸收塔，同样用硝酸吸收生成发烟硝酸

（4）生产过程：

①黄铁矿的焙烧；（SO2气体的净化）②SO2的催化氧化；③SO3的吸收（尾气处理）

（5）主副产品：

①92％的硫酸；②亚硫酸盐（NH4HSO3）

（6）综合利用和环境保护：

①接触法制硫酸的尾气中为什么一定会有少量的二氧化硫？

②为什么尾气中的SO2用氨气吸收比用烧碱溶液吸收的效率高？

（7）有关思考题：

①如何使黄铁矿完全反应？

②为什么进入接触室的SO2气体要净化？

经净化后的SO2气体为什么要干燥？

干燥剂为何物？

③进入接触室气体的成分是什么？

从接触室出来的气体的成分又是什么？

④为什么不是用水吸收SO3而是用浓硫酸吸收？

（三）、粗盐精制

（1）生产原理：

（2）主要原料：

粗盐、烧碱、氯化钡、纯碱、盐酸

（3）主要设备：

（4）生产过程：

（5）主副产品：

精制NaCl

（6）综合利用及有关思考题：

①实验过程中NaCl的整体含量是否不变？

②过程中多次用到过量，为什么？

（四）、氯碱工业

（1）生产原理：

其中阳极：

阴极：

（2）主要原料：

精制饱和食盐水

（3）主要设备：

电解槽、离子交换膜等

（4）生产过程：

（5）主副产品：

烧碱、氢气、氯气、盐酸

（6）综合利用和环境保护：

①离子交换膜的使用

②生产过程中需要将两种气体隔离的主要原因是什么？

③过程中淡盐水经过浓缩后可以再次循环使用

（7）有关思考题：

①电解过程的实质是什么？

为什么？

②阴极的补充液中为什么要加入少量NaOH固体？

（五）、纯碱工业

1.索尔维法——氨碱法

（1）生产原理：

（2）主要原料：

食盐、氨、二氧化碳，石灰石

（3）生产过程：

（4）主副产品：

纯碱、氯化钙

（5）综合利用与环境保护：

二氧化碳和氨气参与循环使用

①优点：

原料价格低廉，成本较低，氨可以循环利用，产品纯度高，步骤简单

②缺点：

生成大量无用的氯化钙，实验利用率70%，比较低

2.侯氏制碱法——联合制碱法

（1）生产原理：

（2）主要原料：

食盐、焦炭、空气、水

（3）生产过程：

（4）主副产品：

纯碱、氯化铵

（5）综合利用与环境保护：

二氧化碳和食盐水参与循环使用

优点：

①母液循环使用，原料能充分利用，实验利用率高达98%

②可同时产生氮肥，没有氯化钙等无用产品

（六）、海水提溴

（1）生产原理：

（2）主要原料：

海水、氯气、二氧化硫等

（3）生产过程：

（4）主副产品：

液溴

（5）有关思考：

本过程中多次应用了热空气，其作用是什么？

（七）、海带提碘

（1）生产原理：

或

（2）主要原料：

海水、稀硫酸、氯气或双氧水、四氯化碳等

（3）生产过程：

注：

酸化过程中用45%硫酸，氧化过程中可选用多种氧化剂：

氯气、双氧水、高锰酸钾、高碘酸钾均可

（4）主副产品：

碘单质

（5）有关思考题：

为什么不采用提取溴单质的方式来提纯碘单质呢？

（八）、海水提镁

（1）主要原理：

（2）主要原料：

海水、贝壳、盐酸等

（3）生产过程：

（4）主副产品：

镁、食盐、二氧化碳、氯气

（5）有关问题：

冶炼镁金属时选用氯化镁，为什么不直接加热氢氧化镁值得氧化镁后点解氧化镁呢？

例题训练：

1．利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：

（1）nmolCH4经一次转化后产生CO0.9nmol，产生H2mol（用含n的代数式表示）

（2）K2CO3（aq）和CO2反应在加压进行，加压的理论依据是（多选扣分）

a．相似相溶原理b．平衡移动原理c．酸碱中和原理

（3）由KHCO3分解得到的CO2可以用于（写出CO2的一种重要用途。

）（4）整个流程有三处循环，一是Fe（OH）3循环，二是K2CO3（aq）循环，三是循环。

2、根据接触法制硫酸的简单流程图，填写空白。

（1）设备A是________，在设备A中进行反应的化学方程式是__________________；设备B是________在设备B中进行反应的化学方程式是_______________________；设备C是__________在设备C中进行反应的化学方程式是___________________。

（2）图中标号处通入或放出的物质是：

①___________，②___________，③___________，④___________，⑤___________，⑥___________，⑦___________，⑧___________，⑨___________。

（3）设备B中部的装置叫___________器，其作用是_____________________________。

（4）设备C中用质量分数为98．3%的硫酸吸收SO3的原因是______________________。

3、（2009年广州调研测试题）氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如下：

（粗盐中杂质离子为：

SO42－、Mg2+、Ca2+）

（1）精制过程中反应的离子方程式为____________________________________________

_________________________________________________________。

（2）电解过程的总反应方程式为_________________________________________。

（3）电解槽阳极产物可用于________________________________（至少写出两种用途）。

（4）已知NaOH、NaCl在水中的溶解度数据如下表：

温度/℃

20

30

40

50

60

70

80

90

100

NaOH/g

109

118

129

146

177

300

313

318

337

NaCl/g

36

36.3

36.6

37

37.3

37.8

38.4

39

39.8

根据上述数据，脱盐的主要工序应为_______________、_______________。

脱盐后的碱液含NaOH约50％，含NaCl仅约2％左右，NaCl能够从溶液中大量析出的原因是________

________________________________________________________________________________。

4、氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

　　依据上图，完成下列填空：

（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为；与电源负极相连的电极附近，溶液PH（选填：

不变、升高或下降）。

（2）工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为：

。

（3）如果精盐中SO42-含量较高，必须添加钡试剂除去SO42-，该钡试剂可以是（选填：

a、b、c）；

　　　a．Ba（OH）2　　　b．Ba（NO3）2　　　c．BaCl2

（4）为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-加入试剂的合理顺序为（选填：

a、b、c）；

　　　a．先加NaOH，后加NaCO3，再加钡试剂　　　b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3

　　　c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3

　　（5）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过、冷却、（填操作名称）除去NaCl。

　　（6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为。

5、

（1）以前实验室制备纯碱（Na2CO3）的主要步骤为：

将饱和NaCl溶液倒入烧杯加热，控制30—35℃，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕，保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3晶体。

用少量蒸馏水洗涤除去杂质、抽干，转入蒸发皿中灼烧得Na2CO3固体。

温度

溶解度

0℃

10℃

20℃

30℃

40℃

50℃

60℃

100℃

NaCl

35.7

35.8

36.0

36.3

36.6

37.0

37.3

39.8

NH4HCO3

11.9

15.8

21.0

27.0

—

—

—

—

NaHCO3

6.9

8.1

9.6

11.1

12.7

14.5

16.4

—

NH4Cl

29.4

33.3

37.2

41.4

45.8

50.4

55.3

77.3

①反应控制在30—35℃，是因为高于35℃NH4HCO3会分解，低于30℃则反应速率降低，为控制此温度范围，通常采取的加热方法为___；

②加料完毕，保温30分钟，目的__；

③静置后只析出NaHCO3晶体的原因_____；

④过滤所得母液中含有NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3，加入适当试剂并作进一步处理，使_（填化学式）循环使用，回收得到NH4Cl晶体。

（2）我国科学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，使其更加先进，被称为侯德榜制碱法，生产流程为：

⑤沉淀池中反应的化学方程式：

；⑥检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠的操作方法为：

⑦循环（I）中应该加入或通入物质的化学式为。

6、氨在国民经济中占有重要的地位。

现在约有80%的氨用来制造化肥，其余的用作生产其他化工产品的原料。

例如，农业上使用的氮肥如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氨水以及各种含氮混合肥料和复合肥料，都是以氨为原料制成的；氨氧化法制硝酸是工业上制硝酸的主要方法。

（1）下图是合成氨和利用氨制取硝酸、纯碱的简要流程示意图：

设备A的名称是，设备B的名称是。

（2）硝酸厂的尾气中含有NO和NO2等污染物，籽了防止污染大气可以用纯碱溶液吸收从吸收塔中放出的尾气，发生的反应如下：

Na2CO3+2NO2====NaNO2+NaNO3+CO2

但在实际生的中这种方法处理后尾气中的氮的氧化物含量仍难以降到排放标准，历此，也常利用各种燃料气中的甲烷等将氮的氧化物还原为空气主要成分而除去。

写出甲烷与NO2反应的化学反应方程式：

。

（3）常压法生产出的硝酸浓度低，尾气中氮的氧化物含量高，对环境会有严重污染。

可采用法和法进行改进。

（4）在纯碱制造过程中，过程①与过程②的顺序能否颠倒？

为什么。

7、（2009年高山考天津9）海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。

从海水中提取食盐和溴的过程如下：

（1）请列举海水淡化的两种方法：

　　　　、　　　　。

（2）将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、　　、　　，或H2、　　。

（3）步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br-，其目的为　　　　　　　。

（4）步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95％，有关反应的离子方程式为：

　　　　，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是　　　　　　。

（5）某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料，Br2的沸点为59℃。

微溶于水，有毒性和强腐蚀性。

他们参观生产过程后，了如下装置简图：

请你参与分析讨论：

①图中仪器B的名称：

　　　　　　　　　　。

②整套实验装置中仪器连接均

不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是

　　　　　　　　。

③实验装置气密性良好，要达

到提纯溴的目的，操作中如何控制

关键条件：

　。

④C中液体产生颜色为　　　。

为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是　　　　　　　　　。

8、某同学为了验证海带中含有碘，拟进行如下实验，请回答相关问题。

④

⑤

（1）第1步：

灼烧。

操作是将足量海带灼烧成灰烬。

该过程中将使用到的硅酸盐质实验仪器有_______________（填代号，限填3项）。

A、试管     B、瓷坩埚     C、坩埚钳     D、铁三角架

E、泥三角   F、洒精灯      G、烧杯      H、墨筒

（2）第2步：

Iˉ溶液的获取。

操作是_________________________________________。

（3）第3步：

氧化。

操作是依次加入合适的试剂。

下列氧化剂最好选用_________（填代号）。

A、浓硫酸    B、新制氯水     C、KMnO4溶液      D、H2O2

理由是__________________________________________________________________。

写出相关的离子方程式

（4）步骤⑤的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是            。

（5）请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还有单质碘的简单方法：

______________________________________________________________________________。

9、海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：

（1）若在空气中加热MgCl2·6H2O生成的是Mg（OH）Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式；用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。

写出用电解法制取金属镁的化学方程式。

（2）Mg（OH）2沉淀中混有Ca（OH）2应怎样除去？

写出实验步骤。

________________________________________________________________________

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明这三种情况下使用玻璃棒的目的：

溶解时：

_________________________________________________________；

过滤时：

_________________________________________________________；

蒸发时：

_________________________________________________________。