45化工生产.docx

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45化工生产

第四单元非金属元素

4．5化工生产

【知识结构】

【考点诠释】

1．氯碱工业

工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。

（1）反应原理

阳极：

2Cl-－2e→Cl2↑（氧化反应）阴极：

2H++2e→H2↑（还原反应，并产生OH-）

总反应式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

（2）隔膜电解法

电解在立式隔膜电解槽中进行，如图a所示。

电解槽的阳极用涂有TiO2－RuO2涂层的钛或石墨制成，阴极由铁丝网制成，网上附着一层石棉绒做隔膜，这层隔膜把电解槽分隔成阳极室和阴极室。

将已除去Ca2+、Mg2+、SO42-的食盐水通电，在阴、阳两极产生H2和Cl2，由于阴极上有隔膜，而且阳极室的液位比阴极室高，所以可以阻H2跟Cl2混合，以免引起爆炸。

由于H+不断放电，破坏了水的电离平衡，促使水不断电离，造成溶液中OH-的富集。

这样在阴极室就形成了NaOH溶液，它从阴极室底部流出。

石棉隔膜能阻止气体通过，但不能阻止水分子和离子通过。

阴极室产生的NaOH有少量渗透到阳极室，跟溶解的氯气反应。

阳极室未反应的NaCl会进入阴极室。

用这种方法生产的碱液比较稀，其中含有多量未电解的NaCl，需要经过分离、浓缩，才能得到固态NaOH。

（3）离子交换膜法

目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。

这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。

离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。

图b表示的是一个单元槽的示意图。

电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。

阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。

这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量，产品质量高。

精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液，增强导电生）加入阴极室。

通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。

电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水，生产成本显著降低。

离子交换膜法制碱技术，具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。

（4）食盐水的精制

电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。

 精制食盐水时经常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。

这样处理后的盐水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金属离子，由于这些阳离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜，因此该盐水还需送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca2+、Mg2+等。

这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。

（5）氯碱工业生产流程

2．纯碱工业

（1）氨碱法（又称索尔维法）

   它是比利时工程师苏尔维（1838～1922）于1892年发明的纯碱制法。

他以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱。

先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。

其化学反应原理是：

NaCl＋NH3＋H2O＋CO2→NaHCO3↓＋NH4Cl

    将经过滤洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱，2NaHCO3

Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。

含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca（OH）2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。

CaO＋H2O→Ca（OH）2，2NH4Cl＋Ca（OH）2→CaCl2＋2NH3↑＋2H2O其工业生产的简单流程如图所示。

氨碱法的优点是：

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。

但氨碱法也有许多缺点：

首先是两种原料的成分里都只利用了一半——食盐成分里的钠离子（Na+）和石灰石成分里的碳酸根离子（CO32-）结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子（Cl-）和石灰石的另一成分钙离子（Ca2+）却结合成了没有多大用途的氯化钙（CaCl2），因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。

氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72％～74％，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。

（2）联合制碱法（又称侯氏制碱法）

   它是我国化学工程专家侯德榜（1890～1974）于1943年创立的。

是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。

原料是食盐、氨和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。

其化学反应原理是：

C＋H2O→CO＋H2  ，CO＋H2O→CO2＋H2。

联合制碱法其工业生产的简单流程如图所示：

它包括两个过程：

第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。

第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。

由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。

所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠（增大Cl-浓度），并通入氨气（增大NH4+浓度，同时将HCO3-转化为CO32-，防止NaHCO3同时析出），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，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。

   联合制碱法与氨碱法比较，其最大的优点是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。

将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子（Cl-）来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵。

从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，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。

3．合成氨工业

（1）合成氨条件的选择

合成氨反应的特点：

合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应：

3H2+N2

2NH3+Q

合成氨生产的要求：

①反应要有较大的反应速率；②要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。

合成氨条件选择的依据：

运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。

合成氨条件的理论分析（见下表）

反应条件

对化学反应速率的影响

对平衡混合物中NH3的含量的影响

合成氨条件的选择

增大压强

有利于增大化学反应速率

有利于提高平衡混合物中NH3的产量

压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用20MPa—50MPa的压强

升高温度

有利于增大化学反应速率

不利于提高平衡混合物中NH3的产量

温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用500℃左右的温度（因该温度时，催化剂的活性最强）。

使用

催化剂

有利于增大化学反应速率

没有影响

催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。

合成氨的适宜条件：

①温度：

500℃左右②压强：

20MPa—50MPa③催化剂：

铁触媒。

除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气，以有利合成氨反应。

（2）合成氨生产

①简要流程

②原料气的制取

N2：

将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。

H2：

用水和燃料（煤、焦炭、石油、天然气）在高温下制取。

用煤和水制H2的主要反应为：

C+H2O（g）

CO+H2；CO+H2O（g）

CO2+H2

③原料气的净化和压缩：

制得的H2、N2需净化、除杂质，再用压缩机制高压。

④氨的合成：

在适宜条件下，在合成塔中进行。

⑤氨的分离：

经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔，使之充分利用。

⑥合成氨生产示意图

4．制硫酸工业

工业上制硫酸涉及三个主要反应。

如果矿产是硫磺，先将硫灼烧成SO2。

我国的含硫矿主要是硫铁矿（黄铁矿，主要成分是FeS2），首先将矿石粉碎后煅烧：

4FeS2+11O2

2Fe2O3+8SO2↑

SO2在催化剂V2O5帮助下进一步被氧化为SO3：

2SO2+O2

2SO3

最后用相当浓度的硫酸吸收SO3生成更浓硫酸或发烟硫酸：

SO3+H2O→H2SO4。

注意两个要点：

一、以上三步反应不是氧化就是化合，均为放热反应，故硫酸制造业中除矿物预热和空气预热外，不需要消耗更多的能源。

二、三个相应设备均采用了“对流”原理。

煅烧硫铁矿的设备叫沸腾炉。

粉碎的矿石从上方投入，一定压力的空气从炉底鼓进。

反应中矿石在炉中翻腾。

为什么要沸腾？

即使厨房炒瓜子也需要翻炒，否则焦的焦生的还是生。

凭什么沸腾？

一、粉碎，矿石一块块脸盆大沸什么腾；二、反应放热，没有高温沸什么腾；三、对流，没有空气往上鼓（风压）沸什么腾？

SO2催化氧化用的第二个设备是带热交换器的接触室。

SO2和O2先进入热交换器的外管接受预热，再进入内管接触催化剂并反应。

为什么要热交换？

放热反应也需要引发，且充分利用热能。

同时，该反应可逆，从平衡移动角度观察，过高温度不利于SO2的转化。

凭什么热交换？

一反应本身放热，有热可换；二对流，外管与内管的气流是反向的。

SO3被吸收为H2SO4的第三个设备叫吸收塔，也采取了对流措施，吸收剂自上往下喷淋，被吸收的SO3自塔底进入。

用水吸收SO3会起“雾”，为什么起雾？

至少与该化合反应放热有直接关系。

所以改水为高沸点的浓硫酸。

三个设备都对流，纯属巧合？

其实有其必然。

高炉炼铁与沸腾炉一样，也是矿物向下空气向上的。

实验室用的冷凝管与热交换器类似，也是内外管冷热对流的。

对流效果就是比顺流好。

从吸收塔出来的尾气有SO2、O2、N2，通常工业上是用氨水来吸收SO2，其反应式为：

SO2+2NH3H2O→（NH4）2SO3+H2O，（NH4）2SO3+H2O+SO2→2NH4HSO3，

当吸收液中亚硫酸氢铵达到一定的浓度后，再与浓硫酸反应，放出SO2时得到硫酸铵溶液，反应式为：

（NH4）2SO3+H2SO4→（NH4）2SO4+SO2↑+H2O，

2NH4HSO3+H2SO4→（NH4）2SO4+2SO2↑+2H2O，

放出SO2可用于制液体SO2作为化工原料，硫酸铵结晶、分离、干燥后制成固体硫酸铵肥料。

5．制硝酸工业

硝酸的工业制法历史上曾用智利硝石与浓硫酸共热制取。

NaNO3+H2SO4（浓）

NaHSO4+HNO3↑

现改用氨氧化法制取，其法以氨和空气为原料，用Pt—Rh合金网为催化剂在氧化炉中于800℃进行氧化反应，生成的NO在冷却时与O2反应生成NO2，NO2在吸收塔内用水吸收在过量空气中O2的作用下转化为硝酸，最高浓度可达50％。

主要反应为：

①4NH3+5O2

4N0+6H2O[氧化炉中]；

②2NO+O2→2NO2[冷却器中]；

③3NO2+H2O→2HNO3+NO或NO2+O2+2H2O→4HNO3[吸收塔]。

工业上为什么第一步不直接将NH3氧化成NO2呢？

常温下NO极易被氧化成NO2，而该氧化反应放热，高温下不利于化合却有利于分解，NO2在高于150℃时分解为NO，所以等NO冷却后再用空气将其氧化成NO2，NO2在吸收塔内用水吸收，2/3溶解成为HNO3，1/3又变成NO，所以在吸收塔中不断地补充空气，再将1/3NO氧化、吸收，使之进一步地变成HNO3。

生产过程中NO的循环使用，可以最大程度利用原料，并且减少尾气中的NOx的排放，

从塔底流出的硝酸含量仅达50%，不能直接用于军工，染料等工业，必须将其制成98%以上的浓硝酸。

浓缩的方法是先将稀硝酸与浓硫酸或硝酸镁（Mg（NO3）2或者浓H2SO4做吸水剂）混合，在较低温度下（防止硝酸分解）蒸馏而得到浓硝酸。

浓硫酸或硝酸镁在处理后可以再用。

硝酸工业的尾气中含有NO、NO2，一般用NaOH溶液进行吸收，发生的反应如下：

2NO2+2NaOH→NaNO2+NaNO3+H2ONO+NO2+2NaOH→2NaNO3+H2O

工业制硝酸也是三个主要步骤，三个反应也都是放热反应（前两步都是被氧气氧化）。

氧化炉中的气体也都接触催化剂，也采用热交换的方式对原料进行预热，吸收塔中也采用逆流。

两酸工业制备对照：

硫酸

硝酸

设备共同点

都有吸收塔

反应共同点

都是三个步骤、三个反应均放热，有一步使用催化剂

原料共同点

都用到空气和浓硫酸

原理共同点

热交换原理、逆流原理、连续生产原理、循环使用原理

尾气处理有哪些共同点

尾气都是酸性污染气体，都用碱液吸收

6．制盐酸工业

化工厂生产盐酸的主要过程如图所示：

氯化氢的合成是在钢板制的枣核形合成塔里进行的。

合成塔下部装有两个同心管构成的燃烧器，为了使氯气燃烧完全，干燥的氯气应从Y口通入，氢气应从X口通入。

工业生产时应先通H2气体，并点燃，然后再通Cl2气体就可以稳定的燃烧。

生成的氯化氢气体通过冷却管冷却进入吸收塔内，水从塔顶淋下。

塔内放满瓷环的目的是增大水和HCl接触面积和延长接触时间，提高吸收率。

一般可制得盐酸的浓度在31%以上，但因含Fe3+离子而使工业品盐酸略带黄色。

【例题精析】

【例1】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）粗盐中含有的较多的可溶性杂质（氯化镁、氯化钙、硫酸钠等）和。

（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）粗盐中硫酸钠含量较高，必须添加钡试剂除去硫酸根离子，该钡试剂可以是

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、D）。

A．先加入NaOH，后加入Na2CO3，再加入钡试剂

B．先加入NaOH，后加入钡试剂，再加入Na2CO3

C．先加入钡试剂，后加入NaOH，再加入Na2CO3

D．先加入钡试剂，后加入Na2CO3，再加入NaOH

（5）在电解过程中，发生反应的化学方程式为：

，电解后溶液的pH（填“升高”、“不变”、“降低”）。

（6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，以防止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，相应的电解总反应的化学方程式为。

【考点分析】此题考查的知识有：

物质的相互转化和制备；溶液的酸碱性；粗盐提纯；离子方程式和化学方程式书写。

【思维点悟】

（1）粗盐来源于海水，还含有泥沙等不溶性杂质。

（2）加入NaOH溶液是除Mg2+，加入Na2CO3是除去Ca2+，所以反应的离子方程式为：

Ca2＋＋CO32−→CaCO3↓

Mg2＋＋2OH−→Mg（OH）2↓。

（3）如选用B选项的Ba（NO3）2，会引入NO3-，NO3-很难除去，所以B选项不正确．故选AC。

（4）除去SO42-用Ba2+沉淀，过量的Ba2+需要用CO32-除去，加入加入Na2CO3的顺序必须在加入Ba2+的后面即可，分析三个选项可知BCD三个都符合题意。

（5）阳极：

2Cl-－2e→Cl2↑，阴极：

2H++2e→H2↑，促进水电离：

H2O

H++OH-，使溶液pH升高，电解的总方程式为：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

（6）Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，根据质量守恒定律可得化学方程式为：

NaCl＋H2O

NaClO＋H2↑。

【正确答案】

（1）不溶性杂质

（2）离子方程式为：

Ca2＋＋CO32−→CaCO3↓Mg2＋＋2OH−→Mg（OH）2↓。

（3）AC（4）加入试剂的合理顺序为：

BCD。

（5）2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑升高

（6）化学方程式为：

NaCl＋H2O

NaClO＋H2↑

【例2】1862年，比利时人索尔维以NaCl、CO2、NH3和H2O为原料制得纯净的Na2CO3，这个方法叫做“索尔维法”，其简要过程如下：

①制小苏打：

NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3↓+NH4Cl。

②焙烧小苏打制得纯碱，CO2循环使用。

③在析出小苏打的母液中加入生石灰，NH3循环使用。

（1）在制小苏打的第1步操作中，应在饱和食盐水中

A．先通入CO2，达到饱和后再通入NH3B．先通入NH3，达到饱和后再通入CO2

C．CO2和NH3同时通入D．以上3种方法都可以

（2）在氨化饱和食盐水中通入CO2生成小苏打的两步相关反应的化学方程式是：

（3）在析出NaHCO3的母液中加入生石灰回收NH3的化学方程式是：

1940年，我国著名化工专家侯德榜用NaCl固体代替生石灰加入母液，并通入NH3，使NH4Cl晶体从母液中析出，生产纯碱和氯化铵，这就是举世闻名的“侯氏制碱法”

（4）侯氏制碱法为什么要通入NH3加入粉状NaCl？

为什么要冷却？

如何冷却？

（5）NaCl固体使NH4Cl从母液中析出，主要破坏了NH4Cl在母液中的

A．水解平衡B．电离平衡C．结晶溶解平衡D．沉淀溶解平衡

（6）侯氏制碱法较之索尔维法的优点是

①得到了Na2CO3，NH4Cl两种有用产品②消除了无用的产物CaCl2

③减少了CaO原料④原料得到了充分有效利用⑤提高了纯碱的质量

A．①②③B．①③④⑤C．②③⑤D．①②③④

【考点分析】本题将制碱工业的两种经典生产方法进行对比，要求同学们从原理、操作、优缺点、改进方式等方面进行分析，考查同学们对知识的理解能力。

【思维点悟】

（1）为了使NaHCO3析出，必须有高浓度的Na+和HCO3-，若先通CO2，CO2的溶解度为1：

1，CO2+NH3+H2O→NH4HCO3，NH3也只能溶解1，这样的HCO3-很小，不能析出NaHCO3晶体；若先通NH3，NH3的溶解度为1：

700，CO2也可溶解700，从而获得高浓度的HCO3-，有利于NaHCO3析出，故选B。

（2）两步的反应式为：

CO2＋NH3＋H2O→NH4HCO3，NH4HCO3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH4Cl。

（3析出NaHCO3后母液的主要成分是NH4Cl，所以加CaO的反应为：

H2O＋CaO→Ca（OH）2，2NH4Cl＋Ca（OH）2→CaCl2＋2H2O＋2NH3↑。

（4）析出NaHCO3后母液是NaHCO3的饱和溶液和NH4Cl溶液，要使NH4Cl晶体析出，必须增大Cl-、NH4+浓度，同时要防止NaHCO3晶体一起析出。

加入氯化钠也是为了增大了大Cl-浓度；通入NH3，可以使下列平衡右移：

NH3+H2O

NH3·H2O

NH4++OH-，NH4+浓度增大，同时使HCO3-转化为CO32-：

NH3+HCO3-→NH4++CO32-，可使HCO3-浓度降低。

冷却的目的是为了降低的NH4Cl溶解度，有利于NH4Cl晶体析出，通常采用冰盐冷冻剂冷却。

（5）由于NH4Cl是强电解质，不存在电离平衡，NH4Cl是易溶盐，所以也不存在沉淀溶解平衡，结晶过程不是化学反应，当然不是水解平衡，所是结晶溶解平衡，答案为C。

（6）侯氏制碱法，不用生石灰，节省了原料，避免产生污染的氯化钙，同时得到两种产物，使氯化钠中的两种成分都得利用，所以答案选D。

【正确答案】

（1）B

（2）CO2＋NH3＋H2O→NH4HCO3NH4HCO3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH4Cl

（3）2NH4Cl＋CaO→CaCl2＋2NH3↑＋H2O

（4）通入NH3，是为了增大NH4+浓度，同时将HCO3-转化为CO32-，防止NaHCO3析出，加入粉状NaCl是为了增大Cl-浓度，冷却是降低NH4Cl的溶解度，促进NH4Cl析出，提高产率；采用冰盐冷冻剂冷却。

（5）C（6）D

【例3】

（1）实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是。

①固态氯化铵加热分解②固体氢氧化钠中滴加浓氨水

③氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热④固态氯化铵与氢氧化钙混合加热

（2）为了在实验室利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下装置（图中夹持装置均已略去）。

[实验操作]

A．检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。

在A中加入锌粒，向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。

打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气发生。

在F出口处收集氢气并检验其纯度。

B．关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如图所示。

氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。

C．用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。

回答下列问题：

①检验氢气纯度的目的是。

②C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是，防止了实验装置中压强过大。

此时再打开弹簧夹b的原因是，C瓶内气体的成份是。

③在步骤③中，先加热铁触媒的原因是。

反应管E中发生反应的化学方程式是。

【考点分析】本题考查NH3的实验室制法，并模拟NH3的工业制法考查有关的实验知识。

【思维点悟】

（1）实验室制备氨气可选用②④。

对于②，向固体NaOH中滴加浓氨水，NaOH溶于水会放出大量的热，使浓氨水分解出氨气。

（2）①操作A的目的在于排除装置内的空气，可通过检验H2纯度的方法来证明空气是否被排净，以保证实验的安全。

②操作B的目的在于让无底细口瓶C内空气中的O2与H2反应掉，从而提供N2。

当C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置可看到的现象是试管中的液面下降，锌粒与稀硫酸脱离，不再产生氢气，防止了实验装置中压强过大。

此时打开弹簧夹b，A试管内压强减少，管内液面下降，锌粒与稀硫酸接触，产生氢气。

这样一方面能使无底细口瓶C内的N2、H2经D干燥后进入反应管E内发生反应，另一方面尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率。

③对于操作C，先加热反应管E中铁触媒的原因是铁触媒在较高温度时活性增大，以便加快氨合成的反应速率。

【正确答案】

（1）②④，

（2）①排除空气，保证安全；②锌粒与酸脱离，尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率，N2和H2。

③铁触媒在较高温度时活性增大，加快氨合成氨的反应速率。

N2+3H2

2NH3。

【例4】工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2