考點1 硫酸生產中的化學原理
1.化學反應速率和化學平衡原理
(1)增大化學反應速率的措施：
①公升高溫度。
②使用催化劑。
③在沸騰爐中燃料燃燒時，使原料粉碎，增大與空氣的接觸面積。
(2)反應條件的選擇：
①溫度：400 ℃～500 ℃，根據平衡移動原理，應在低溫下進行，但低溫時催化劑的活性不高，反應速率低，實際生產中採用400 ℃～500 ℃的溫度。
②常壓：根據平衡移動原理，應在高壓下進行，但增大壓強對so2的轉化率提高不大，且加壓會增大成本和能量消耗，而常壓下的轉化率已很高，實際生產採用常壓操作。
③適當過量的空氣：目的是提高so2的轉化率。
2．逆流原理
沸騰爐中原料從爐頂落下，熱空氣從爐底吹入，使原料與助燃氣體充分接觸，反應進行徹底充分；吸收塔中使用大量耐酸瓷環(片)，濃硫酸從塔頂噴下，三氧化硫氣體從塔底吹入，提高吸收程度。
3．熱交換原理
由於2so2＋o2 2so3是放熱反應，在接觸室內使用熱交換器，用反應後熱的氣體預熱接觸室的原料氣，達到節約能源，降低生產成本的目的。
4．迴圈操作原理
由於2so2＋o2 2so3是可逆反應，尾氣中還有一定量的so2和o2，再通過一定措施將這部分氣體送回接觸室，提高原料利用率，同時減少廢氣排放。
5．工業生產中的有關計算
(1)關係式法(多步計算的簡捷運算方法)。
先寫出多步反應的化學方程式，然後找出最初反應物和最終生成物之間的物質的量之比，列出關係式。如由硫酸工業反應原理可推算出，理論上1 mol s完全轉化能生成1 mol h2so4、1 mol fes2完全轉化生成2 mol h2so4，即s～h2so4，fes2～2h2so4。
(2)元素守恆法。
原料中的某一關鍵元素理論上若全部轉化為產物，則兩物質中該元素的物質的量相等。
(3)常見量的計算公式：
①礦物的純度＝×100%。
②原料利用率＝×100%。
③原料轉化率＝原料利用率＝1－原料損失率。
④產率＝×100%。
⑤多步反應的總轉化率＝各步反應轉化率的乘積。
題組訓練
1.以黃鐵礦為原料，採用接觸法生產硫酸的流程如圖所示：
請回答下列問題：
(1)在爐氣製造中，生成so2的化學方程式為
(2)爐氣精製的過程是將含so2的爐氣和乾燥。
(3)精製爐氣(含so2體積分數為7%、o2為11%、n2為82%)中so2平衡轉化率與溫度及壓強關係如圖所示。在實際生產中，so2催化氧化反應的條件選擇常壓、450 ℃左右(對應圖中a點)，而沒有選擇so2轉化率更高的b或c點對應的反應條件，其原因分別是
(4)在so2催化氧化裝置中設定熱交換器的目的是從而充分利用能源。
解析 (1)爐氣製造過程中，黃鐵礦(fes2)與空氣中的o2在高溫下反應生成fe2o3和so2。
(2)爐氣中含有礦塵，砷、硒等化合物和水蒸氣，如果不進行精製，則礦塵，砷、硒等化合物會使催化劑中毒，水蒸氣的存在對生產和裝置都有不良影響。
(3)b點與a點反應溫度相同，但b點壓強是a點的10倍。增大壓強雖然可提高so2的轉化率，但1個大氣壓下so2的轉化率已經達到97%左右，增大到10個大氣壓，so2的轉化率提高的程度並不大，但增加壓強，對裝置的要求提高，消耗的動能增大，因此so2的氧化過程還是採用常壓更經濟。c點溫度低於a點，雖然c點時so2的轉化率高，但是溫度降低反應速率減慢。
在450 ℃時，催化劑的反應活性最高，反應達到平衡的時間較短，因此選用450 ℃。
(4)熱交換器可以把so2氧化過程中放出的熱量用來預熱進入接觸室的氣體，冷卻生成的氣體使反應進行得更完全。
答案 (1)4fes2＋11o22fe2o3＋8so2
(2)除塵洗滌
(3)不選擇b點，因為so2原料的轉化率已很高，加壓提高空間較小，但加壓大幅度增加裝置的投資和能源消耗不選擇c點，因為溫度越低，so2轉化率雖然更高，但反應速率很慢，同時催化效果降低
(4)利用反應放出的熱量預熱原料氣上層反應氣經熱交換器溫度降到400～500 ℃進入下層使反應更加完全
1.合成氨工業流程
2．合成氨原料氣的製備
(1)n2的製備。
物理方法：使空氣先液化，後蒸發。
化學方法：先讓空氣與碳作用，然後除去co2。
(2)h2的製備。
**於水和燃料(焦炭、天然氣、石油等)。
c＋h2o(g) co＋h2
co＋h2o(g) co2＋h2
ch4＋h2o(g) co＋3h2
3．合成氨的適宜條件
題組訓練
2.ⅰ.汙水經過一級、二級處理後，還含有少量cu2＋、hg2＋、pb2＋等重金屬離子，可加入沉澱劑使其沉澱。下列物質不能作為沉澱劑的是________(雙選)。
a．氨水b．硫化氫氣體
c．硫酸鈉溶液 d．純鹼溶液
ⅱ.合成氨的流程示意圖如下：
回答下列問題：
(1)工業合成氨的原料是氮氣和氫氣。氮氣是從空氣中分離出來的，通常使用的兩種分離方法是氫氣的**是水和碳氫化合物，寫出分別採用煤和天然氣為原料製取氫氣的化學反應方程式
(2)裝置a中含有電加熱器，鐵觸媒和熱交換器，裝置a的名稱是其中發生的化學反應方程式為
(3)裝置b的名稱是其中m和n是兩個通水口，入水口是________(填「m」或「n」)。不宜從相反方向通水的原因是
(4)裝置c的作用是
(5)在原料氣製備過程中混有的co對催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的co，可通過如下反應來實現：
co(g)＋h2o(g) co2(g)＋h2(g)
已知 1 000 k時該反應的平衡常數k＝0.627，若要使co的轉化率超過90%，則起始物中c(h2o) c(co)不低於
解析 ⅰ.選項a，加氨水會有絡合離子生成，不可能全都生成沉澱。選項b，h2s與重金屬離子均能生成沉澱。
選項c，加入na2so4溶液，cu2＋不能生成沉澱，不符合要求。選項d，加入純鹼，可調節溶液的ph，可使重金屬離子全部沉澱。
ⅱ.(1)根據空氣中n2和o2的熔沸點不同，可以採用液化、分餾方法從空氣中分離出n2，也可以用空氣與碳反應後除去co2的方法從空氣中分離出n2；利用煤和天然氣都可以製取h2，其反應的化學方程式分別為c＋h2oco＋h2和ch4＋h2oco＋3h2。
(2)合成氨的裝置為合成塔，在合成塔中發生的反應為n2＋3h22nh3。
(3)裝置b是冷卻塔(或冷凝器)，冷卻塔中下端n為進水口，上端m為出水口，因為高溫氣體由冷卻塔的上端進入，冷卻水從下端進入，逆向冷卻效果好。
(4)使用裝置c的作用是將液氨與未反應的原料氣分離。
(5)設co、h2o起始物質的量濃度分別為x和y，按co的轉化率為90%計算，則
co(g)＋h2o(g) co2(g)＋h2(g)
起始濃度： x y 0 0
轉化濃度： 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x
平衡濃度： 0.1x y－0.9x 0.9x 0.9x
根據k＝＝0.627，求得y x＝13.8。只要y x不低於13.8，則co的轉化率會超過90%。
答案 ⅰ.ac
ⅱ.(1)液化、分餾與碳反應後除去co2
c＋h2oco＋h2
ch4＋h2oco＋3h2
(2)合成(氨)塔
n2＋3h22nh3
(3)冷卻塔(或冷凝器) n 高溫氣體由冷卻塔的上端進入，冷卻水從下端進入，逆向冷卻效果好
(4)將液氨與未反應的原料氣分離
(5)13.8
1.原料
氨鹼法：食鹽、氨氣、石灰石(經煅燒生成生石灰和二氧化碳)。
聯合制鹼法：食鹽、氨氣、二氧化碳(合成氨廠的廢氣)。
2．主要反應原理
二者基本相同：
nacl＋nh3＋co2＋h2o===nahco3↓＋nh4cl
2nahco3na2co3＋co2↑＋h2o
3．生產過程
第一步：二者基本相同；將nh3通入飽和食鹽水形成氨鹽水，再通入co2生成nahco3沉澱，經過濾、洗滌得到nahco3微小晶體，再煅燒制得純鹼產品，其濾液是含有nh4cl和nacl的溶液。
第二步：氨鹼法：nahco3分解放出的co2(2nahco3na2co3＋co2↑＋h2o)、濾液(含nh4cl)與石灰乳混合加熱產生的氨氣**迴圈使用[cao＋h2o===ca(oh)2、2nh4cl＋ca(oh)2cacl2＋2nh3↑＋2h2o]。
聯合制鹼法：在低溫條件下，向濾液中加入細粉狀的氯化鈉，並通入氨氣，可以使氯化銨單獨結晶沉澱析出，經過濾、洗滌和乾燥即得氯化銨產品。此時濾出氯化銨沉澱後所得的濾液，已基本上是氯化鈉的飽和溶液，可迴圈使用。
4．綜合評價
化學選修四第一章知識點歸納
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化學選修4第一章知識點總結
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高二化學選修四第一章知識點
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