《氨氧化法制硝酸》教案1docx.docx

1、氨氧化法制硝酸教案1docx氨氧化法制硝酸教案课标要求1.了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展状况。2.认识催化剂的研制対促进化学工业发展的重大意义。课标解读1.了解氨氧化法制硝酸的工艺流程。2.明确氨催化氧化制硝酸的原理。3.掌握在实验室中制备硝酸的方法和操作。教学地位硝酸是化工生产屮的重要原料，氨氧化法制硝酸的模拟实验流程及操作方法是高考的 高频考点，尤其是氮的循坏对生活、生产的影响为高考的热点。新课导入建议1908年，徳国化学家哈伯首先在实验室用氢气和氮气在600 C. 200个大气压的条件下 合成了氨。后由布什提高了产率，完成了工业化设计，建立了年产1 000吨氨的

2、生产装置，1 000吨氨气利用氨氧化法可生产3 000吨硝酸，利用这些硝酸可制造3 500吨烈性TNT。这些 烈性TNT支持了德国发动了坚持四个多年头的第一次世界大战。你知道工业上是如何制备硝 酸的吗？教学流程设计课前预习安排：看教材P：2“，填写课前自主导学,并完成思考交流。O步骤1：导 入新课，本课时教学地位分析。今步骤2：建议对思考交流多提问，反馈学生预习效果。今步 骤3：师生互动完成探究1,可利用问题导思作为主线。步骤7：通过例2讲解研析，对“探允2、尾气的净化处理”中注意的问题进行总结。 u步骤6：师生互动完成“探究2”。u步骤5：指导学生自主完成变式训练1和当堂双基达 标14题。u

3、步骤4：通过例1的讲解研析，对“探究1、硝酸的工业制法”中注意的问题 进行总结。步骤&指导学生自主完成变式训练2和当堂双基达标中的第5题。今步骤9：引导 学生自主总结木课时知识框架，然后对照课堂小结。安排学生课下完成课后知能检测。1.1.氨氧化法制硝酸的反应方程式。（重点）2.硝酸生产过程中血的获得和NO?的吸收。（重难点）3.氨氧化法制硝酸模拟实验流程及操作方法。（难点）理解氨氧化法制硝酸的反应原理，并能利用反应原理说明如 何制得一氧化氮和选择吸收二氧化氮的条件。了解氨氧化法制硝酸过程中的尾气对环境的危害及其处理方法， 树立环保意识。,进一步认识催化剂在化工生产中的重要作用，体会实验室研究

4、与工业生产的关系。氨氧化法制硝酸()2 。2 11?01制备流程：NH3NONO2HXO302.反应原理:催化剂4NH3 + 5O2 40+6出0、2NO+O2=2NO2 3N02+H20=2HN03+N0o咼温1.氨氧化法制硝酸过程中，发生氧化反应的含氮物质有哪些？【提示】Nib 70、NO2中氮元素化合价升高，均发生氧化反应。氨氧化法制硝酸的模拟实验A.氨水（浓氨水:水= 1.5 : 1） B.催化剂（Cr203）C.干燥剂（无水氯化钙） D.氧化瓶E.吸收瓶（水、石蕊溶液） F. NsOH溶液氨氧化法制硝酸的实验装置示意图1.操作：先加热硬质试管屮的催化剂,再把空气缓缓地、均匀地鼓入氨水

5、中,待催化剂开始红热时，撤走酒精灯。2 .思考氧化瓶D中的现彖：瓶内变成红棕色。(2)写出E屮发生的化学反应方程式：3N02+H20=2HN03+N0o(3)F的作用是吸收未反应的0、NO?气体。2.试通过模拟实验分析氨氧化反应的热效应。【提示】 待催化剂红热时，撤走酒精灯，利用反应释放的热量维持反应的继续进行, 说明氨氧化反应为放热反应。硝酸的工业制取1.如何获得一氧化氮(1)氨气与02反应可生成多种不同的产物，如翌、刈)、N2,若不控制反应条件，只会生 成氮气。(2)科学家通过研究，找到了选择N0并加快反应速率的催化剂，主要包括钳系催化剂和 非釦系催化剂两类。2.选择吸收二氧化氮的条件吸收

6、N0?的反应为：3N02+IL0 2HN0b+NO o(2)吸收NO2反应的特点：可逆反应；放热反应；气体总体枳缱尘的反应。(3)吸收NO?的方法：欲使原料利用充分，得到的硝酸的浓度增大，可采取加压、降温 的方法，现代硝酸生产改用全压法和综合法,成品酸中HNOs的质量分数可达60%70%,提高 了 的吸收率。3.常压法生产硝酸尾气的处理(1)碱液吸收法：2N02+Na2C03=NaN03+NaN02+C02o(2)催化还原法：如用仏、CIb等在催化剂作用下与氮的氧化物反应。3.温度和压强对气体的溶解性产生哪些影响？【提示】 温度越高，气体的溶解性越差，反之越强；压强越大，气体的溶解性越强, 反

7、Z越差。硝酸的工业制法【问题导思】1工业制硝酸的原料是什么？【提示】 氨气和空气。2如何获得一氧化氮？Pt【提示】4NH3+5O2 4N0+6H,0o咼温吸收NO?的方法是什么？【提示】全压法和综合法。1.工业制硝酸的原料：Nib和空气。O2 O2 H2O2.反应流程：NH3NON02HN03o3.反应设备：氧化炉、吸收塔、蒸馆塔。4.工艺流程(瞅剂)5.相关反应催化剂4NH3+5O2 4NO+6H2O 咼温2NO+O,=2NO23N02 + H20=2nN0s+N01.Mg(NO3)2*有脱水作用，可用于提高HNO,的质量分数。2.在工业制HNO3过稈中，注意勒夏特列原理的应用。把烧红了的钳

8、丝插入盛有浓氨水的锥形瓶中，可观察到下列现象：液面上的钳丝 保持红热；瓶内有红棕色气体产生；有时瓶口有白烟岀现。请用必耍的文字和有关化学 反应方程式解释上述现象。【解析】 氨与氧气在有催化剂存在时可以发生氧化还原反应，反应方程式为4NH3+5催化剂02 = 4N0+6H20,反应是放热的，因此可观察到烧红的钳丝保持红热状态。生成的NO容易 高温与6继续反应生成红棕色的NO?气体：2N0 + 02=2N02o NO?气体遇水蒸气则发生反应3NO2+H2 O=2HNOs+NO,生成的是挥发性酸，可与氨水挥发岀的N&化合产生白烟NH.NOa,反应方 程式为也+HNO3=NHiNO3 0【答案】 氨水

9、易挥发，瓶内充满NH：i和0的混合气体，当红热的钳丝插入时，由于发 催化剂生下列反应：4比+5（）2 4N0+6也0而放出大量的热，致使钳丝保持红热。生成的NO可咼温继续和Q反应生成红棕色的Nth,反应方程式为2N0 + 02=2NQ,而NO2能与水蒸气反应：3N02 +1【20=21 INO3+NO,生成的挥发性酸Hg遇NIL则产生白烟H，M）3,化学反应方程式为Nlh+IIN 03=NH.1N03o遇HNO3产生白烟（固体颗粒），易误写为白雾（液体小液滴）。1.工业上用氨的催化氧化法制HNOs时，先制得50%左右的硝酸，然后再制成98%的浓HN0：, 一般采用的方法是（）A.加CaCL后再

10、蒸镭浓缩B.加生石灰吸去水分后再过滤C.加硝酸镁后再蒸馆浓缩D.加入浓昭0|后再分液【解析】 以硝酸镁做脫水剂，将浓硝酸镁溶液与稀硝酸按一定比例混合进行蒸帼。 由于硝酸镁具有脱水作用，因此可蒸岀HNO：；含量较尚的硝酸蒸气。将硝酸蒸气再进行精懈， 即可得到HNO：的质量分数为98%以.上的硝酸蒸气，冷凝后即得浓硝酸。【答案】C尾气的净化和处理【问题导思】1硝酸工业中尾气的有害成分是什么？【提示】NO、NO2等含氮氧化物。2处理硝酸工业尾气常用什么方法？【提示】 碱液吸收法和催化还原法。3处理硝酸工业尾气常用的原料是什么？【提示】 纯碱溶液或甲烷、氢气等。1.碱液吸收法2N02+Na2CO3=N

11、aNO2+NaN03+C02, NO+N02+Na2CO3=2NaNO2+C02利用碳酸钠溶液吸收氮的氧化物比较经济，但处理后的尾气屮氮的氧化物的含量仍难 以达到排放标准，人们又采用催化述原法净化尾气。2.催化还原法H2+N02=N0+H202H2+2N0=N2+2H20CH,+4NO2=4NO+CO2+2H20CH,+4N0=2N2+CO2+2H2.0在催化剂存在的条件下，利用各种燃料气中的甲烷、氢气等将氮的氧化物还原为氮气 和水，使尾气中氮的氧化物的含量降低，达到甚至低于排放标准。在硝酸生产过程所排放出來的废气中含有NO和W）2,它们污染环境，现用氨催化还原 法将它们转化为无毒气体（填名称

12、） 直接排入空气屮，写出有关反应的化学方程式 O假设M）和Q的物质的量之比恰好为1 ： 1,则两者的混合物相当于一种酸軒，写出用烧 碱溶液吸收这种酸肝的化学方程式 o【解析】 硝酸的酸肝是NA,和NaOHM应生成NaNO：“亚硝酸的酸Bf是N2O：”和丸01反应生成NaN02o催化剂【答案】 氮气 6N0 + 4NH3 = 5N2+6H2O 6N02+8NH3=7N2+12H20 N203+2Na0H=2NaNO2+H2O2.汽车尾气中的坯类、CO、NO、和S0?是城市空气的重要污染源，治理方法之一是在汽 车排气管上加装“催化转化器”，它使C0和N0”反应可生成参与大气循环的无毒气体，并使坯

13、类充分燃烧及SO?转化，下列说法错误的是（）催化剂A.C0和N0,反应的化学方程式为：2aC0 + 2N0,= 2ACO2+N2B.此方法的缺点是由于SO：,增多，会提高空气的酸度C.多植树造林，增大绿化面积，可有效控制城市空气的各种污染源D.汽车改用天然气、液化气燃料或开发新能源，都会减少对空气的污染【解析】 由C0、血反应生成参与大气循环的无毒气体及原子守恒得出，A正确；由S 02的转化（在空气中）知道应生成S0：“ S（h结合空气中的水蒸气生成硫酸酸雾，提高了空气的 酸度，B正确；植树造林能净化空气但不能控制污染源，C错误；天然气、液化气是洁净燃料, D正确。【答案】C氮是蛋白质的基本组

14、成元素之一，所以生物体均含氮元素，氮循环涉及生物圈的全 部领域，以下关于氮被生物体吸收的途径叙述正确的是（）1氮在大气中含呈高达78%,可被生物体直接利用2通过雷雨放电等一系列反应可将空气中游离态的氮转化为硝酸盐，而被植物吸收3所有植物都具有生物固氮作用，其根部根瘤菌可使氮气转变为硝酸盐，而被植物吸 收4动物以植物为食而获得氮并转化为动物蛋白5动物死亡后，其遗骸中的蛋白质被微生物分解成NH：、NO二NH:?,又回到土壤和水体 中，被植物再次吸收A. B.C. D.【答案】C1.工业制HQ的3个反应：催化剂4NH3+5O24NO+6H2O髙温2NO+O,=2NO23N02+H20=21IN03+

15、N02.处理硝酸工业尾气的2种方法：（1）碱液吸收法；（2）催化还原法。1.下列过程：豆科植物根瘤菌将N?转化为氮肥；雷雨时雨水中存在一定量硝酸;3工业上将合成氨；用氨氧化法制硝酸，其中属于固氮的是（）A. B.C. D.【解析】将游离态的氮转变成含氮化合物的过程叫固氮。【答案】A2.硝酸工业中，不涉及的反应是（）催化剂A. 4NH3+502 = 4N0+6H20咼温B 3NO,+H2O=2HNO：5+NOC.NIL+HNO；NH4NO3D.2N02+Na2CO3=NaNO2+NaN03+C02【解析】 工业制硝酸过程屮，涉及A、B两项反应；尾气处理过程屮涉及D项反应。【答案】C3.下列有关氨

16、氧化法制硝酸的说法不正确的是（）A.氨氧化法制硝酸关键的一步是寻找催化剂使NIM专化为NO的产率增人2B.由3NO2+H2O 2HNO3+NO可知整个生产过程屮，从理论上说消耗1 mol NH3仅生成mol HNO3C.全压法吸收NO?比常压吸收NO?得到的HNO：溶液的浓度大D.工业上用Mg（N03）：?做脱水剂由60%70%的HNO3溶液获得95%100%的浓Hg【解析】 由于NH：与反应生成期、汕、20的速率均很大，工业上就采用催化剂，利 用它的选择性，增大N比生成N0的速率，來提高N0的产率。分析整个过程，从理论上说，rtl 于充入了过量的O2,使得反应循环进行，1 mol NH3能生

17、成1 mol HNO3。常压吸收NO2得似O3 的质量分数低于50%的稀HNO3,全压吸收NO2后，HNO：,的质量分数可达60%70%。【答案】B4.（双选）在氨氧化法制硝酸中，二氧化氮的吸收反应如下：3NO2+H2O 2HNO3 + NO（正反应为放热反应）为了提高硝酸的产率，应该采取的措施是（）A.降低温度 B.升高温度C.减小压强 D.增大压强【解析】该平衡为正反应气体体积缩小的放热反应，故增大压强、降低温度可使平 衡向右移动，提高硝酸的产率。【答案】AD5.汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NO及汽油、柴油等物质，这种尾气越来越成为城 市空气污染的主要来源，必须予以治理。治理的方

18、法之一是在汽车的排气管上装一个“催化 转化器”（用钳、耙合金做催化剂）。它的特点是使C0与N0反应，生成可参与大气生态坏境循 坏的无毒气体，并促使汽油、柴油等物质充分燃烧及S02的转化。写出C0与N0反应的化学方程式： o（2）控制或者减少城市汽车尾气污染的方法可以有A.开发氢能源 B.使用电动车0.限制车辆行驶 D.戴上呼吸面具【解析】（1）题干中的信息，生成“参与大气生态环境循环的无毒气体”，即C0?和弘： 催化剂2C0+2N0 = N2+2C02o（2）控制或减少汽车尾气污染，不是污染后再治理。催化剂【答案】（D2CO+2NO N2+2C02（2） AB1.下列气体能造成空气中光化学烟雾

19、污染的是（）A. CO, B. COC. NO， D.氯气【答案】C2.关于70的下列叙述不正确的是（）A.N0可以是某些含低价N元素物质被氧化的产物B.N0不是亚硝酸酊c. NO可以是某些含高价N元素物质被还原的产物D. NO是红棕色气体【解析】NO中N为+2价，故NO既有氧化性，又有还原性，可以为低价含物质失去电 子被氧化的产物，也对为高价含N物质得到电子被还原的产物。NO?为亚硝酸軒。D项不正确, NO为无色。【答案】D3.化工生产中的废气和汽车尾气的排放是造成大气污染的主要原因。下列气体经过处 理后可用做燃料的是（）A.硫酸工业尾气B.硝酸工业尾气C.汽车尾气 D.高炉煤气【解析】 各

20、选项与主要污染物的对应关系是：A一一二氧化硫、三氧化硫；B 氧化氮、二氧化氮；C 氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮和炷；D 氧化碳、二氧化碳。由于汽车尾气很分散，而目前棋至于今后一段时间内，将汽车尾气转化为燃料还 不现实，故选D。【答案】D4.（2013 淮北高二测试）在体积为卩L的密闭容器中通入日mol N0和b mol 02o反应 后容器内氮原子数和氧原子数之比为（）a aB.刃a ac- a+2b D.2卄方【解析】 根据原子守恒得答案为：為;。【答案】C5.用铜锌合金制成的假金元宝骗人的事件屡有发生，下列不易区别其真伪的方法是（）A.测定密度B.放入硝酸中0.观察外观D.放入盐酸中

21、【解析】Au很不活泼，不溶于单一的酸溶液，Zn、Cu相对Au而言较活泼。从外观颜 色上看假金元宝与真的相同，不易分辨，但从其成分而言，假的是铜锌合金，真的是纯度很 高的金，Zn能溶于盐酸，Zik Cu均能溶于硝酸，均有气泡产生，而Au则不与盐酸或硝酸反应; 从密度而言，金的密度大于铜、锌的密度。【答案】C6.大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染物分一次污染物和二次污 染物。二次污染物是排入环境屮的一次污染物在物理化学因素或生物作用下发生变化，或与 环境中的其他物质发生反应，生成新的污染物。女n2N0+0,=2N02, N0?就是二次污染物，由 NO?导致的污染就是NO的二次污染。下

22、列物质：SO?,NO,NO2,氯化氢，C02,不 易导致二次污染的是（）A.B.C.D.【解析】SO?在空气中能生成H2SO3,也能生成SO3,易导致二次污染；NO能生成NO?造 成二次污染；3NO2+H2O=2HNO3+NO,其中HNO3和NO导致的污染为NO2的二次污染；而HCI不 易造成二次污染（比较稳定）；C0?不是污染物，也不会造成二次污染。【答案】C7.下列反应既属于离子反应，又属于氧化还原反应的是（）催化剂A.4NH3+502 4N0+6H20高温B.2NO+O2=2NO2C.3NO2+H3O=2HNO3+NOD.N2O3+2Na0H=2NaN02+H20【解析】A、B两项反应不

23、属于离子反应；D项反应不属于氧化还原反应。【答案】C8.已知氮的氧化物跟NaOHM液发生的化学反应如下：2N02+2NaOII=NaN03+NaN0+1L0, N02 + NO + 2Na0H=2NaN02 + H20,现有刃mol NO2和刃mol W）组成的混合气体，需用NaOH 溶液使其完全吸收至无气体剩余。已知NaOH物质的量浓度为mol打则需该NsOH溶液的体积是（）mA. a LzB3臼L2 m+nC 3臼 L刃+/?D 3 L【解析】 根据气体全部被吸收，生成的盐是NaNO：,和NaN02,可知钠原子的物质的量等仍+刀于氮原子的物质的量，即/?（NaOH） =/?（N02+N0）

24、 = （/+/2）mol,所以NaOII溶液的体积为乙L。【答案】D9.（2013 南阳高二测试）将20 inL二氧化氮和氨气的混合气体，在一定条件下充分反 应，化学方程式是6N0. + 8NU 7N2+12H20,已知参加反应的二氧化氮比氨气少2 1让（气体 体枳均在相同状况下测定），则原混合气体中二氧化氮和氨气的物质的量之比是:3 : 2 2 : 33： 73 : 4,正确的组合为（）A.B.C.D.【解析】 注意到给予的反应为一可逆反应。NO,、NH：,均不可能完全消耗。NQ比少 消耗了2 mb,具体关系应该为NO2消耗6 mL, NII：消耗8 mL,两种物质共消耗了 14 mL,剩余

25、6 mL,具体剩余的M)2、WI3各有多少，依据起始的投入來决定。起始投入不确定时，具体剩余 的NO?、W体积也不确定。反过来，不知道剩余的NO?、7氏体积也就无法确定起始给予的业、 比各多少体积。但是，用极端假设法可以确定起始给子的NO?、NH?的体积范围。假若剩余的 气体全部为NO?,则原NO?有(6+6)mL=12 mL, NH3有8 mL,原混合气体中二氧化氮和氨气的 物质的量之比是3 : 2o假若剩余的气体全部为NH3,则原N&有(8+6)mL=14 mL, N0：?有6 mL,3 n N02 3原混合气体屮二氧化氮和氨气的物质的量之比是3 : 7,故原混合气体NH3 1出+502

26、4N0+6也0 2N0+02=2N02 (2)变浅 存在2N0? N2高温0的平衡，降温平衡右移13.工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：(1)某温度下体积为200 L的氨合成塔中，测得如下数据:时间(h)浓度(mol -L1)01234n21. 5001.4001.200ClCl也4. 5004.2003.600C2CzNHa00. 2000. 6005a根据表中数据计算02小时内2的平均反应速率为 mol【厂1h1。若起始时与平衡时的压强之比为禺则2的转化率为 (用含臼的代数式表示)o(2)氨气和氧气从145 C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):4NH3

27、+ 5024N0+6H20 )= 1 X 1053(900 C)4NH3 + 3022N2+6H20 他=1X1()67(900 C)温度较低时以生成 为主，温度高于900 C时，NO产率下降的原因吸收塔中需要补充空气的原因 (3)尾气处理时小型化工厂常用尿素作为氮氧化物的吸收剂，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N0?的去除率高达99.95%。其主要的反应为氮氧 化物混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素C0(NH2)2反应生成CO?和陽 请写出有关 反应化学方程式： 【解析】(1)由反应速率的计算表达式,可求出卩2)= (1.5 mol - L_1-1.2 mol - L _1)/2 h = 0. 15 mol L_1 h_1o 设N2转化x mol。N2 + 3也 2NH3起始 1.5 4.5 0平衡 1. 5 x 4. 5 3/ 2x转化 x 3x 2x1.5 + 4. 5由同温、同体积时，压强之比等于物质的量之比得：1.5 + 4. 5 2产自,解得心3(11 x 1一2)，n2%=YTxioo%=2(i-) X100%o(2)从图中不难读出低温生成N2,高温生成NO,但当高于900 C时，反应逆向移动，故 NO的产率减小。再通入空气，相当于增加反应物，平衡正向移动，也的转化率进