第三单元 硫酸工业
1．掌握接触法制硫酸的化学原理，能写出各阶段反应的化学方程式和需要控制的反应条件，能依据反应的各个阶段说明生产中反应物和生成物之间的数量关系。
2．了解接触法制硫酸的生产工艺，了解各阶段反应的主要设备、工艺要求，结合反应原理理解各阶段生产条件控制的必要性与方法。
浓硫酸也能泼出《清明上河图》？增城高级中学的化学老师黄秉均教学数十载，凭着扎实的化学知识和绘画功底，竟然用浓硫酸独创出一种“酸蚀版”的《清明上河图》，画中各类人物、小桥流水、街头商铺用硫酸勾画得惟妙惟肖。由于浓硫酸有强氧化性、吸水性、脱水性等特性，加上他深爱画画，功底比较扎实，于是他便一直琢磨着将两种自己都熟悉的事物联系起来。“我将浓硫酸稀释后，用毛笔蘸上，然后在木板上画画，之后用红外线灯反复加热，硫酸将木板内的水分子吸收后，颜色变得深浅不一。”黄秉均说，加热温度越高，颜色就越深，最后就达到如水墨画一样的效果了。
一、接触法制硫酸的化学原理
第一步：硫黄或硫铁矿的燃烧氧化。化学方程式为S＋O2SO2或者4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。
第二步：二氧化硫的催化氧化。化学方程式为2SO2＋O22SO3。
第三步：三氧化硫的吸收。化学方程式为SO3＋H2O===H2SO4。
二、硫酸的生产工艺
1．硫黄或硫铁矿的燃烧
从硫铁矿制造二氧化硫，是先将矿物粉碎，放入沸腾焙烧炉中，从该炉下部通入空气，在高温下鼓入炉中的空气把矿石小颗粒扬起，呈沸腾状燃烧氧化。
硫铁矿沸腾焙烧得到的炉气中除了含有二氧化硫外，还含有多种杂质。这些杂质有的使催化剂中毒、失效，有的对反应设备有腐蚀作用，有的使制得的硫酸带色。所以，从沸腾焙烧炉出来的高温炉气需要经过冷却、除尘和酸洗。焙烧工序产生的矿渣和粉尘，经冷却增湿后，被送到钢铁厂作为炼铁原料。
2．二氧化硫的催化氧化
精制得到的炉气补充空气后送入装有钒催化剂的接触室，氧化生成三氧化硫。二氧化硫的催化氧化是一个放热的可逆反应。反应在450
℃左右进行，有利于钒催化剂发挥催化作用。
3．三氧化硫的吸收
三氧化硫进入吸收塔后用98.3%的硫酸吸收，得到浓硫酸或发烟硫酸。不用水来吸收三氧化硫是为了避免产生酸雾而降低吸收效率。
三、硫酸工业的三废治理
1．废渣：硫铁矿沸腾焙烧产生的炉渣中含铁量大于45%，可以用于炼铁及制造硫酸铁、氧化铁红颜料等产品。
2．废液：用水洗涤、净化沸腾焙烧炉的炉气，产生废水。废水中主要含有微量硫酸、氟化物、铁离子、铅离子等，一般用石灰中和硫酸，形成氢氧化铁絮状沉淀可以吸附重金属离子使污水净化。
3．废气：由吸收塔排出的尾气中二氧化硫的含量如果超过500
μL·L－1，就要加以处理后才能排出。处理的方法之一是用氨水洗涤烟气脱硫。
思考讨论：如何用化学方程式表示用氨水洗涤吸收塔排出的尾气、用石灰处理洗涤沸腾焙烧炉的炉气所产生的废水的过程？
提示： 1 吸收塔排出的尾气中的二氧化硫常用氨—酸法吸收，即用氨水吸收尾气中低浓度的二氧化硫生成亚硫酸氢铵，然后再用浓硫酸处理，生成二氧化硫和硫酸铵。
SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3
SO2＋2NH3＋H2O=== NH4 2SO3
2NH4HSO3＋H2SO4=== NH4 2SO4＋2SO2↑＋2H2O
NH4 2SO3＋H2SO4=== NH4 2SO4＋SO2↑＋H2O
产生的二氧化硫可经过干燥重新用于制硫酸，也可经干燥后制成液态二氧化硫产品，硫酸铵作化肥。
2 用石灰处理洗涤炉气所产生废水的反应：
先中和硫酸：Ca OH 2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O；后与Fe3＋反应：3Ca OH 2＋Fe2 SO4 3===3CaSO4＋2Fe OH 3↓；Fe OH 3絮状沉淀可以吸附废水中的重金属离子，从而净水。
一、硫酸工业
三个反应原理
(1)燃烧硫黄或硫铁矿制取SO2；(2)SO2在适当温度和催化剂作用下氧化成SO3；(3)SO3与水化合生成H2SO4。
三个主要反应
4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO22SO2＋O22SO3SO3＋H2OH2SO4
三种原料
硫铁矿(硫黄)、空气、98.3%的浓硫酸。
三个生产阶段
造气；接触氧化；SO3的吸收。
三种主要设备
沸腾炉；接触室；吸收塔。
三种主要杂质
矿尘；砷、硒等化合物；水蒸气。
三种净化方法
除尘；洗涤；干燥。
接触氧化的三个适宜条件
450
℃左右(催化剂活性较高)；常压；催化剂主要为V2O5。
三废与处理
废气(主要为SO2)：氨水洗涤；废水(主要含硫酸)：加石灰后排放等；废渣(含铁量较高)：炼铁等。
计算涉及的三个关系式
FeS2～2SO2；SO2～SO3；SO3～H2SO4。
二、化工厂选址的主要因素
化工厂厂址选择涉及原料、水源、能源、土地供应、交通运输、环境保护和市场需求等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的选择。
一般应考虑下列因素：①是否有市场需求；②是否接近原料供应地；③土地供应是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且廉价；⑥交通运输是否方便；⑦能否达到环境保护要求。
上述这些因素必须在遵循科学原则的基础上，着重考虑综合经济效益，即要求最大限度地提高劳动生产率，降低成本，保护生态环境。
三、硫酸工业实际生产中条件的选择
1．温度：根据平衡移动原理，应在低温下进行，但低温时催化剂的活性不高，反应速率低，实际生产中采用400～500
℃的温度。
2．常压：根据平衡移动原理，应在高压下进行，但增大压强对SO2的转化率提高不大，且加压会增大成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产采用常压操作。
3．适当过量的空气：目的是提高SO2的转化率。
知识点1
硫酸工业的生产原理
【例题1】在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的原因二者都正确的是( )。
A．硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎，这样易于向沸腾炉中投料
B．炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应
C．SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可提高SO2的转化率
D．接触室的反应温度控制在400～500
℃，因为在这个温度范围内，反应速率和SO2的转化率都比较理想，且催化剂的活性也较高
解析：题中所提到的对硫酸工业采取措施的叙述都是正确的。但硫铁矿进入沸腾炉之前粉碎的原因是为了增大矿粒与空气的接触面积，使其燃烧得更快、更充分，从而提高硫铁矿的利用率；从沸腾炉出来的炉气必须净化干燥的目的是因为炉气中的一些杂质气体会使接触室中的催化剂中毒，使催化剂丧失活性，同时防止炉气中的水蒸气和SO2生成酸而腐蚀管道；SO2转化为SO3时使用催化剂是为了缩短到达平衡的时间，但它并不能影响化学平衡的移动，并不影响SO2转化率的大小；接触室控制反应的温度在400～500
℃，这是综合考虑了催化剂活性、反应速率及SO2的转化率等因素而确定的，故D项正确。
答案：D
点拨：本题考查的是接触法制硫酸的生产过程、反应原理、生产设备和一些生产措施在工业生产中的意义。要从最本质的角度分析实际操作的原因，以免被一些次要问题所迷惑。
知识点2
硫酸工业生产中反应条件的控制
【例题2】工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为：SO27%，O211%，N282%)：
(1)已知SO2的氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？____________________；
(2)在400～500
℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是______________；
(3)选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？______(填“是”或“否”)，是否可以增大该反应所放出的热量？______(填“是”或“否”)；
(4)为提高SO3吸收率，实际生产中用______吸收SO3；
(5)已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6
kJ·mol－1，计算每生产1万吨98%的硫酸所需要的SO3的质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。
解析：(1)根据表格中的数据可以看出，在相同压强下(如在0.1
MPa下)升高温度(如由400
℃升高到500
℃)时SO2的转化率降低(由99.2%降低为93.5%)，即升高温度时此化学平衡向逆反应方向移动，而升高温度化学平衡应该向吸热反应方向移动，所以此反应的正反应为放热反应。(2)根据表格中的数据可以得知：在0.1
MPa
SO2的转化率已经很高，如在400
℃时已达99.2%，若增大压强到10
MPa，压强增大了100倍但是SO2的转化率增大为99.9%，只增大了0.7%，变化不大。而压强增大100倍，需要对设备的材料、动力、能源等都作相应的提高，即要增大成本投入。(3)使用催化剂只能改变化学反应的速率，改变反应到达平衡的时间，不能使化学平衡发生移动，即对SO2的转化率不产生影响；而在一定条件下，化学反应放出的热量与参加反应的反应物的量成正比，因SO2的转化率不变，所以反应放出的热量也不会增大。(4)在生产实际中是采用98.3%的浓硫酸作吸收剂来吸收SO3的。因为若用水进行吸收会形成酸雾，将影响SO3的吸收效率。
(5)SO2―→SO3―→H2SO4 ～ 反应热
＝＝
解得：m(SO3)＝8.0×109
g＝8.0×103
t，Q＝9.83×109kJ。
答案：(1)压强一定时，温度升高，SO2转化率下降，说明升温有利于逆反应进行，所以正反应为放热反应
(2)增大压强对提高SO2转化率无显著影响，反而会增加成本 (3)否 否 (4)浓硫酸
(5)8.0×103
t 9.83×109kJ
点拨：化工生产条件的选择是理论联系生产实际的一个重点应用，在处理问题选择生产条件时既涉及外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，又会考虑生产实际问题。在备考复习时应对合成氨、二氧化硫催化氧化生产条件的选择充分理解、熟练掌握，并学会举一反三。
知识点3
硫酸工业综合经济效益
【例题3】分析下面两个案例并回答有关问题。
(1)某城镇生产、生活的分布情况如图所示，河流中W、X、Y、Z处某次水样抽测结果如表所示。
①导致X、Y处水样pH变化的原因可能是___________________________________；
②Z处鱼类大量减少，产生这种现象的原因可能是______________________________。
(2)某地区已探明蕴藏有丰富的赤铁矿(主要成分为Fe2O3，还含有SiO2等杂质)、煤矿、石灰石和黏土。拟在该地区建设大型炼铁厂。
①随着铁矿的开发和炼铁厂的建立，需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成有规模的工业体系。据此确定上图中相应工厂的名称A______、B______、C______、D______；
②以赤铁矿为原料，写出高炉炼铁中得到生铁和产生炉渣的化学方程式：________________；
③从三废利用、环境保护等角度考虑，该地区和企业在生产中应采取的一些措施有(举出两种措施即可)________________________。
解析：(1)从给出的数据看，X处水样呈碱性，Y处水样呈酸性，Z处水样缺氧。造纸厂排放的碱性污水使X处河水pH升高，火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未达标就排放，造成Y处等的河水pH降低(或火力发电厂燃烧产生的SO2会导致酸雨的产生，使Y处等的河水pH降低)，化肥厂、农田及生活污水使Z处河水富营养化，水温较高，适于藻类等水生植物生长，河水中溶解氧被大量消耗，导致鱼类死亡。
(2)①某地区有丰富的煤矿可建立发电厂和焦化厂，有丰富的赤铁矿和石灰石可建立炼铁厂，有丰富的石灰石和黏土可建立水泥厂。②高炉炼铁相关反应：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。③从三废利用、环境保护等角度考虑，该地区和企业在生产中应建立污水处理系统，将石灰石煅烧成生石灰用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO2，减少对空气的污染。
答案：(1)①造纸厂排放的碱性污水使X处河水pH升高，火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未达标就排放，造成Y处等的河水pH降低(或火力发电厂燃烧产生的SO2会导致酸雨，飘落后使Y处等的河水pH降低) ②化肥厂、农田及生活污水使Z处河水富营养化，水温较高，适于藻类等水生植物生长，河水中溶解氧被大量消耗，导致鱼类死亡
(2)①发电厂 焦化厂 炼铁厂 水泥厂
②Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；
CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
③用炼铁厂的炉渣(或CaSiO3)作为水泥厂的原料；用发电厂的煤矸石和粉煤灰作为水泥厂的原料；将石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO2，减少对空气的污染；建立污水处理系统(任选两种)
点拨：本题考查了有关化学与环境保护的相关知识。关注有关化学与环境保护综合应用的相关命题。解答本题要将工业生产与化学反应原理相结合、将环境污染与实际生活相联系，注意创造性地利用化学知识解决实际问题。
知识点4
硫酸工业中的多步计算题
【例题4】某硫酸厂初步处理后的尾气中含0.2%的SO2和10%的O2(均为体积分数)。为了进一步除去SO2，并将SO2转变为(NH4)2SO4，有人设计了如下方案：在400
℃时，尾气以5
m3/h的速率通过V2O5的催化剂层后，与20
L/h速率的氨气混合喷水。此时气体温度由400
℃降至200
℃，在热的结晶装置中得到(NH4)2SO4晶体(气体的体积已转为标准状况)。请回答下列问题：
(1)按反应中的理论值，SO2和O2的体积比为2∶1，但实际生产中这个比值是多少？为什么？
(2)通过计算说明为什么尾气以5
m3/h的速率与20
L/h速率的氨气混合？
(3)若该厂每天排放10
000
m3尾气，求该厂每月(按30天计算)可得到(NH4)2SO4的质量为多少？
解析：(1)根据2SO2＋O22SO3，SO2和O2按2∶1(体积比)的理论值反应，但实际上V(SO2)∶V(O2)＝0.2%∶10%＝1∶50。根据化学平衡移动原理，增大廉价的氧气的浓度，可使反应向生成三氧化硫的方向移动，这样可以提高二氧化硫的转化率。
(2)2NH3 ～ SO2
2
1
v(NH3)
5×103×0.2%
L/h
v(NH3)＝20
L/h
(3)根据2SO2＋O22SO3以及SO3＋H2O＋2NH3===(NH4)2SO4
得关系式：SO2 ～ 2NH3～ (NH4)2SO4
22.4
L
132
g
107
L×0.2%×30
m〔(NH4)2SO4〕
m〔(NH4)2SO4〕≈3.54×106
g＝3.54
t
答案：(1)见解析
(2)见解析
(3)3.54
t
点拨：关于多步反应的计算方法有：
(1)关系式法：先写出多步反应的化学方程式，然后找出反应物和生成物之间物质的量(或质量)之比，列出关系式，即可一步计算。
(2)元素守恒法：找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系。找出此关系的简便方法，就是分析原料与产物之间所含关键元素原子个数关系，如：FeS2～2H2SO4，S～H2SO4。若已知(欲求)FeS2含量，用前面的关系式，若已知(欲求)S的含量，用后一关系式，且二氧化硫转化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2(或S)进行计算。
1下列化工生产中所发生的主要化学反应，不涉及氧化还原反应的是( )。
A．氯碱工业
B．接触法制硫酸
C．制造普通玻璃
D．工业合成氨
解析：各选项涉及的主要反应为：A项，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；B项，4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2，2SO2＋O22SO3，SO3＋H2O===H2SO4；C项，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；D项，N2＋3H22NH3。
答案：C
2工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是( )。
A．NaOH溶液、酚酞试液
B．石灰水、石蕊试液
C．碘水、淀粉溶液
D．氨水、酚酞试液
解析：测定SO2含量必须要能跟SO2反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性，没变色，而D在SO2还没与氨水完全反应就开始变色了。石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显。
答案：C
3工业制硫酸生产流程如下图：
(1)我国黄铁矿资源比较丰富，但很多工厂仍以硫黄为原料生产硫酸，理由是__________________。
(2)在催化反应室，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有______________________。
A．升高温度
B．减小压强
C．不断补充空气
D．及时分离出SO3
(3)在生产中为提高催化剂催化效率采取了哪些措施？______________。(至少答出两点措施)
(4)已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196
kJ·mol－1。在450
℃、常压和钒催化条件下向一密闭容器中充入2
mol
SO2和1
mol
O2，充分反应后，放出的热量______(填“＜”“＞”或“＝”)196
kJ，理由是______________________________。
(5)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO27%、O211%、N282%。在500
℃，0.1
MPa条件下达到平衡时，各种气体的体积比为V(SO2)∶V(SO3)∶V(O2)∶V(N2)＝0.46∶6.54∶7.73∶82，则SO2的利用率约为____________________。
解析：二氧化硫转化为三氧化硫的正反应为气体体积减小的放热反应，所以低温高压有利于提高二氧化硫的转化率。在生产过程中，氮气没有参加反应，所以其体积不变，则可看作反应前气体的体积SO2、O2、N2分别为7
L、11
L、82
L，反应后SO2的体积为0.46
L，所以SO2的转化率为×100%≈93.4%。
答案：(1)黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高
(2)CD
(3)①净化气体；②控制温度在400～500
℃；③增大催化剂与反应气体的接触面积(任选两点)
(4)＜ 在1.01×105
Pa和298
K条件下，2
mol
SO2和1
mol
O2完全反应生成2
mol
SO3，放出196
kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为450
℃，所以放出的热量小于196
kJ
(5)93.4%
4用含FeS278%(质量分数，下同)的硫铁矿制硫酸，若煅烧时损失6%的硫，在接触氧化时又损失2%，求制得1
t
98%的浓硫酸需这种矿石多少吨。
解析：每种化合物都有固定的组成，即每种化合物的组成元素的质量都有一定的比例，当某一化合物损失a%时，其组分元素也必然损失各自的a%，反之亦然。由此可知接触氧化时硫损失2%，也就是接触氧化时FeS2的转化率为98%。
设需硫铁矿的质量为x，涉及的有关化学方程式如下：
4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
2SO2＋O22SO3
SO3＋H2O===H2SO4
根据各化学方程式中反应物和生成物之间的比例关系，可找出FeS2与每步反应中产物之间的关系式：
4FeS2～8SO2～8SO3～8H2SO4
容易得出这组连续反应的反应关系：
FeS2 ～ 2H2SO4
120
t
2×98
t
x·78%(1－6%)·(1－2%)
1
t×98%
解之得：x≈0.84
t。
答案：0.84
t(共44张PPT)
第一单元 氨的合成
1．N2与H2生成NH3的反应特点？
提示 可逆反应，即N2、H2与NH3是一个共存体系。
2．影响化学反应速率和化学平衡移动的因素？
提示 (1)影响化学反应速率的因素
①浓度 ②温度 ③压强 ④催化剂
(2)影响化学平衡移动的因素
①浓度 ②压强 ③温度
3．从合成氨的经济效益考虑如何选择恰当的条件？
提示 要提高合成氨经济效益，一要考虑反应快慢
二要考虑N2与H2的转化率，所以合适的条件为温度为500～700
℃，选择中压、适宜的催化剂，N2与H2的投料比为1∶2.8时，生成的NH3及时分离移出。
1．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，知道催化剂的研制对促进化工发展的重大意义，认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强技术意识。
2．从合成氨工业流程与技术出发了解化学在工农业生产中的具体应用，认识化学学科发展对化工生产技术进步的促进作用，认识化学工业在国民经济发展中的地位。
哈伯
高压
适宜温度
催化剂
减小
放热
2．合成氨反应条件的选择
在合成氨生产中要综合考虑
、
、
、
与
来确定反应的条件。
目前，工业上用
作催化剂，在
MPa、450
℃左右用氮、氢混合气体进行氨的合成，得到的平衡混合物中，氨的含量约为20%。
反应速率
催化剂工作温度
反应物转化率
反应装置材料
生产技术水平
铁触媒
20～50
1.合成氨的工业流程
(1)制备原料气：合成氨的生产首先需要合成
。原料气由体积比约为1∶3的
和
组成。
(2)反应前原料气的处理：把原料气
、
后送到合成塔。
(3)合成反应：在一定条件下发生合成反应，就可以得到含有一定质量分数
的平衡混合气。
(4)反应后平衡混合气体的处理：从合成塔里排出的平衡混合气体中分离出氨气后，把未反应的
送回合成塔循环利用。
原料气
氮气
氢气
加压
预热
氨气
氮、氢原料气
2．合成塔的构造特点
原料气从
进入，向上流经
的环隙，至顶端后再进入
。折流向下的气体穿过
的管间，被加热到400
℃左右进入第一层催化剂，经反应后温度上升到
左右。在第一、二层间，反应气与冷的
混合后进入第二层催化剂，以此类推，最后的气体从
排出，折流向上穿过中心管，再经
的管内换热后自塔顶排出塔外。
外筒
热交换器
热交换器
500
℃
原料气
第四层催化剂底部
热交换器
塔底
为什么氮气氢气的混合气体送入合成塔前要压缩？
提示 提高反应物的浓度，能加快化学反应速率，有利于氨的合成。
合成氨是一个可逆反应，从原料的利用率角度考虑，未反应N2和H2如何处理？
提示 循环使用
【慎思1】
【慎思2】
什么是固氮？常见的固氮方式有哪些？
提示 将空气中的游离态的N2转化为化合态的过程称“固氮”，固氮方式有：生物固氮、自然固氮、化学固氮、人工模拟生物固氮。
为什么N2与H2的投料之比为1∶2.8而不是1∶3
提示 尽管N2与H2按1∶3反应但是为了提高价格较高的H2的转化率，可适当增加N2的投量，故选择1∶2.8。
原料N2和H2在进合成塔前为什么净化？
提示 防止催化剂中毒。
【慎思3】
【慎思4】
【慎思5】
常温下，合成氨反应能自发进行，所以合成氨的反应特点：①所有的反应物和生成物都是气态，且该反应为可逆反应；②气体的物质的量减少的熵减反应；③该反应的正反应是放热反应。
2．合成氨反应原理的实验研究
实验方法
在一干燥的硬质试管中放入适量铁丝绒，按照右图连接好实验装置。加热试管中的铁丝绒至红热后，用注射器抽取20
mL干燥氮气和60
mL干燥氢气，将混合气体通入试管，并将湿润的pH试纸置于导管口处，观察试纸的变化。
合成氨的实验装置
实验现象
导管口处的湿润的pH试纸变为蓝色。
实验结论
在铁丝绒和加热的条件下，氮气与氢气反应生成了氨。
3．合成氨最佳条件
反应条件
对化学反应速率的影响
对平衡混合物中氨含量(体积分数)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氨的含量
增大压强，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等要求也高，因此，工业上一般采用20～50
MPa的压强
续表
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氨的含量
升高温度，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中氨的含量，因此，合成氨时温度要适宜，工业上一般采用400～500
℃左右的温度，在这个温度时，铁触媒的活性也最大
使用
催化剂
有利于增大化学反应速率
没有影响
工业上一般采用铁触媒，使反应能在较低温度下较快地进行
影响化学平衡和反应速率的因素在合成氨中的综合应用。
在合成氨工业中，采用下列哪些措施可以提高原料气的转化率
( )。
①使用催化剂 ②采用500
℃左右的高温 ③采用1×107～3×107
Pa的压强 ④不断将氨分离出来
A．①③
B．②③
C．③④
D．①④
解析 根据合成氨反应的特点，要提高原料的利用率，应尽量使化学平衡向生成NH3的方向移动，应为高压、降低温度并减少NH3的浓度，故③④合理。
答案 C
【体验1】
2．原料气的净化
(1)对原料气净化的原因：在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”，所以必须除去，这一过程称为原料气的净化。
(2)吸收H2S：用稀氨水吸收H2S杂质：NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O
3．氨的合成与分离
净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，氮气与氢气在高温、高压和催化剂作用下合成氨。从合成塔出来的混合气体，通常约含20%(体积分数)的氨。为了使氨从没有起反应的氮气和氢气里分离出来，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐。由气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。
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、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)对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是
( )。
【例2】
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时
间
C．都能缩短达到平衡状态所用时间，只有压强对化学平衡状态
有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用时间，而压强无此作用
(2)综合考虑各种因素，在实际生产中，合成氨一般选择以________为主的催化剂，压强在________之间，温度________。
(3)要实现合成氨的工业化生产，首先要解决氢气和氮气的来源问题。氢气的制取可有以下几条途径：①电解水制取氢气，②由煤或焦炭来制取氢气，③由天然气或重油制取氢气。你认为哪种方法是最佳选择？________(填序号)，其反应的化学方程式为______________________________________________。
(4)下面是合成氨的简要流程示意图：
沿X路线回去的物质是
( )。
A．N2和H2
B．催化剂
C．NH3
D．H2
(5)硝酸厂的尾气中含有NO和NO2等污染物，为了防止污染大气可以用烧碱溶液吸收从吸收塔中放出的尾气，发生的反应如下：2NaOH＋NO＋NO2===2NaNO2＋H2O
2NaOH＋2NO2===NaNO2＋NaNO3＋H2O
但在实际生产中常用纯碱代替烧碱，也能发生类似的反应，且放出CO2，试写出用纯碱溶液吸收NO和NO2的两个反应的化学方程式：①___________________________________；
②____________________________________________。
解析 (1)对合成氨的反应，催化剂只能提高反应速率，不能使化学平衡发生移动；高压能提高化学反应速率，也能使化学平衡向生成氨的方向移动。(3)电解水制氢气，电能消耗大，成本高；煤作原料，能源消耗大，污染大。天然气作为洁净燃料，便于管道运输，有投资省、能耗低的优点。(4)合成氨的反应是一可逆反应，所以从合成塔出口出来的含氨混合气中有相当一部分是未反应的氮气和氢气的混合气。采用循环法，先通过冷凝把氨从合成塔出来的混合气中分离出来，余下未反应的氮气和氢气的混合气体用循环压缩机重新送入合成塔进行反应。
化工生产中采用循环操作的原因：①很多化学反应并不能将反应进行到底；②循环操作能充分利用原料，降低成本；③有利于实现全封闭、连续化生产，有利于减少工序、控制废弃物的排放。
为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中具有开发价值的是
( )。
A．研制高温下活性较大的催化剂
B．寻求NH3的新来源
C．研制低温下活性较大的催化剂
D．研制耐高温、高压的新型材料建造合成塔
解析 合成氨的反应特点是放热反应，降低温度有利于提高合成氨的生产效率。
答案 C
【体验2】
自1913年世界上第一座合成氨厂投产以来，合成氨工业不断发展。目前，合成氨工业的主要研究领域有：
1．原料及原料气的净化
由于氮气来自空气，取之不尽用之不竭。制氢气的工艺和技术成为研究的主要课题。早期的合成氨工业，主要以焦炭与水为原料生产水煤气以得到氢气。现在已经可以使用各种不同的固态(煤和焦炭等)、液态(石油中提炼的石脑油和重油等)和气态(天然气、焦炉气等)可燃物作为制氢气的原料，由于原料不同，原料气的净化工艺和技术也不断改进。
表 世界合成氨原料的用量变化
原料
各种氨原料的份额/%
1971
1975
1980
1985
1990
2000
天然气
60
62
71.5
71.0
69.5
68.0
石脑油
20
19
15.0
13.0
8.5
6.5
燃料油
4.5
5
7.0
8.5
10.0
12.0
煤
9
9
5.5
6.5
7.5
10.5
其他
6.5
5.0
1.0
1.0
4.5
3.0
2.
催化剂的改进
氮气跟氢气合成氨的反应需要催化剂。催化反应的工艺条件常常决定于催化剂的性能，由于催化剂的突破而彻底改变工艺过程及条件的事例屡见不鲜。合成氨时，使用磁铁矿催化剂已经80多年，期间各国一直在进行研究和改进。例如，有采用钌为基础活性物质的新型催化剂，整个工艺流程也以此为核心设计。
3．环境保护
随着环境保护意识的增强以及相关法律、法规的严格实施，合成氨生产中产生的固体、液体和气体废弃物的处理越来越成为技术改造的重要问题。
废渣 主要来自造气阶段，特别是以煤为原料而产生的煤渣，以重油为原料产生的炭黑等，现在大都将它们用作建材和肥料的原料。
废气 主要是H2S和CO2等气体。对H2S的处理，先后采用了直接氧化法(选择性催化氧化)、循环法(使用溶剂将其吸收浓缩)等回收技术。CO2虽然是无毒无害的物质，但随着人们对其可能产生温室效应的关注，减少CO2的排放逐渐受到重视，所以在不断研究和改进将其作为尿素和碳铵生产原料的途径。
废液 主要是含氰化物和含氨的污水。目前，处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法；处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的，对浓度过低的含氨废水，可用离子交换法治理。
依据上述流程，完成下列填空：
(1)天然气脱硫时的化学方程式是____________________。
(2)n
mol
CH4经一次转化后产生CO
0.9n
mol、产生H2________mol(用含n的代数式表示)。
(3)K2CO3(aq)和CO2的反应在加压下进行，加压的理论依据是________。
a．相似相溶原理 b．勒夏特列原理 c．酸碱中和原理
(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于________(写出CO2的一种重要用途)。
(5)整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3(aq)循环。请在上述流程图中再标出第三处循环(循环方向、循环物质)。
(4)CO2的用途较多，也是中学生应当熟悉的。
(5)合成氨反应中，N2和H2的转化率较低，为了提高它们的转化率，在分离出NH3后再将N2和H2循环使用。
答案 (1)3H2S＋2Fe(OH)3===Fe2S3＋6H2O
(2)2.7n (3)b (4)作制冷剂
(5)
合成氨发展方向
：高效、环保、节能。
四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出)：
( )。
请填写下列空白：
(1)已知0.5
mol
甲烷与0.5
mol水蒸气在t
℃、p
kPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气)，吸收了a
kJ热量，该反应的热化学方程式是：_________________________________。
【体验3】
(2)在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中及时分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由：_________________。
(3)当甲烷合成氨气的转化率为75%时，以5.60
×107
L甲烷为原料能够合成________________L氨气。(体积均在标准状况下测定)
(4)已知尿素的结构简式为
，请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：
①_____________________________________；
②_____________________________________。
(1)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)
ΔH(t
℃，p
kPa)＝2a
kJ·mol－1
(2)增大氮气和氢气的浓度有利于增大反应速率；减小氨气浓度，也有利于平衡向正反应方向进行
(3)1.12×108 (4)①
②
答案第四单元 镁和铝的冶炼
1由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。其先后顺序正确的是( )。
A．②④⑤③①
B．③②④①⑤
C．③④②⑤①
D．②④③⑤①
2海水是镁的主要来源之一。从海水中提取镁可按如下步骤进行：
①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、洗涤、过滤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；④电解得到产物。
下列关于提取镁的说法中，不正确的是( )。
A．此法的优点之一是原料取自大海
B．进行①②③步骤的目的是富集MgCl2
C．可用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D．电解法冶炼金属要消耗大量的电能
3下列关于化工生产原理的叙述错误的是( )。
①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠 ②可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁 ③可电解冶炼铝，原料是氯化铝 ④炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热
A．①②
B．②③
C．①②③
D．②③④
4下列说法不正确的是( )。
A．金属的物理性质和化学性质是金属冶炼、金属材料加工和使用的基础
B．所有金属都与氧、硫等非金属元素形成化合物而存在
C．把金属从矿石中提取出来，一般要经过开采和初步加工阶段，主要包括探矿、采矿、选矿等工序，之后进入冶炼阶段
D．冶炼金属时，除原理可行外，实际生产中还要考虑经济、技术和环境保护等方面的问题
5铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是( )。
A．不易生锈
B．导电性好
C．密度小
D．强度高
6某化学兴趣小组用回收的镁铝合金制取氢气。现有10.8
g镁铝合金，下列说法正确的是( )。
A．常温下与足量18
mol·L－1
H2SO4溶液反应，最多可放出0.6
mol
H2
B．常温下与足量2
mol·L－1
HNO3溶液反应，最少可放出0.45
mol
H2
C．常温下与足量2
mol·L－1
H2SO4溶液反应，放出H2的物质的量在0.45～0.6
mol之间
D．常温下与足量2
mol·L－1NaOH溶液反应，放出H2的物质的量在0.45～0.6
mol之间
7如图所示是向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入NaOH溶液和盐酸时，沉淀的物质的量y
mol与加入NaOH溶液和盐酸的体积x
mL
的关系图，根据图示判断，下列结论中不正确的是( )。
A．N点时溶液中的溶质只有NaCl
B．原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)＝1∶2
C．c(NaOH)＝c(HCl)
D．M点之前加入的是NaOH溶液，M点之后加入的是盐酸
8铝是地壳中含量最多的金属元素，1854年法国化学家德维尔用金属钠还原氯化钠和氯化铝的复盐，获得了铝单质。1886年，美国人豪尔和法国人海郎特，分别独立地电解熔融的氧化铝和冰晶石的混合物，制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。
工业生产金属铝的原料是铝土矿(主要成分为Al2O3，另含有Fe2O3和SiO2)，工业中得到较纯氧化铝的过程如下图所示：
试回答下列问题：
(1)操作Ⅰ是一种重要的混合物分离方法，实验室进行该项操作用到的玻璃仪器有烧杯、________、________。
(2)经分析不溶物A的主要成分为______________。
(3)工业上电解冶炼铝的化学方程式为__________________________，若电路中通过1
mol电子，可以得到铝______g。
(4)为了提高综合经济效益，实际工业生产中常将上述反应中的相关物质循环利用。其部分转化关系如下图所示：
①上述转化中未涉及四种基本反应类型中的______反应；
②写出过程③的化学方程式：________________________。
(5)科学研究表明，人体过量吸入铝元素会严重危害身体健康。请你结合实际提出两条杜绝铝元素过量吸入的措施：______________________。
9往有机聚合物中添加阻燃剂，可增加聚合物的使用安全性，扩大其应用范围。例如，在某聚乙烯树脂中加入等质量由特殊工艺制备的阻燃型Mg(OH)2，树脂可燃性大大降低。该Mg(OH)2的生产工艺如下：
(1)精制卤水中的MgCl2与适量石灰乳反应合成碱式氯化镁〔Mg(OH)2－xClx·mH2O〕，反应的化学方程式为_______________________________________________________。
(2)合成反应后，继续在393～523
K下水热处理
8
h，发生反应：
Mg(OH)2－xClx·mH2O===(1－)Mg(OH)2＋MgCl2＋mH2O
水热处理后，过滤、水洗。水洗的目的是______________________________。
(3)阻燃型Mg(OH)2具有晶粒大、易分散、与高分子材料相容性好等特点。上述工艺流程中与此有关的步骤是____________________________。
(4)已知热化学方程式：
Mg(OH)2(s)===MgO(s)＋H2O(g) ΔH＝＋81.5
kJ·mol－1
Al(OH)3(s)===Al2O3(s)＋H2O(g) ΔH＝＋87.7
kJ·mol－1
①Mg(OH)2和Al(OH)3起阻燃作用的主要原因是__________________。
②等质量Mg(OH)2和Al(OH)3相比，阻燃效果较好的是______，原因是______________________________。
(5)常用阻燃剂主要有三类：A．卤系，如四溴乙烷；B．磷系，如磷酸三苯酯；C．无机类，主要是Mg(OH)2和Al(OH)3。从环保的角度考虑，应用时较理想的阻燃剂是______(填代号)，理由是________________________。
参考答案
1.
解析：本题是由海水制备无水氯化镁，主要步骤是先将海水中的氯化镁成分转变为氢氧化镁即②步为第一步骤，④过滤，得到氢氧化镁，再用③加盐酸的方法，将其变为氯化镁溶液，⑤浓缩结晶，①在一定条件下脱水干燥即可得到无水氯化镁。
答案：D
2.
解析：有关反应方程式：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2，MgCl2＋Ca(OH)2===CaCl2＋Mg(OH)2↓，Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，MgCl2Mg＋Cl2↑。
答案：C
3.
答案：D
4.
答案：B
5.
解析：建筑装潢材料属于长期使用的材料，其不易生锈、强度高、密度小等性能都有利于建筑物的长久、安全使用。但建筑装潢材料没有必要要求导电性好，相反，建筑装潢材料导电性好不利于建筑物的安全使用，因为它会导致建筑物遭雷击。
答案：B
6.
解析：利用极限法，把10.8
g金属都看成Mg，n(Mg)＝0.45
mol，生成H2也为0.45
mol，若全部为Al，n(Al)＝0.4
mol，可生成H2
0.6
mol，所以选C。A项中金属与浓硫酸、硝酸反应不生成H2。Mg与NaOH不反应。
答案：C
7.
解析：本题考查铝及其化合物的知识。N点的沉淀量最大，发生的反应有Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Mg2＋和Al3＋完全沉淀，溶液中只有NaCl，A选项正确；从N点到M点可知，Al(OH)3的溶解需要10
mL的NaOH溶液，而Mg2＋和Al3＋的沉淀需要50
mL的NaOH溶液，根据关系：Mg2＋～2OH－，Al3＋～3OH－，可知c(MgCl2)∶c(AlCl3)＝1∶1，B选项错误；根据反应过程：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，Al3＋＋4OH－===＋2H2O，＋4H＋===Al3＋＋2H2O，Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，所以消耗的NaOH和盐酸的物质的量相同，又因为两者消耗的体积相同，所以C选项正确；M点沉淀的量最小，说明Al(OH)3全部溶解，M点之后加的是盐酸，D选项正确。
答案：B
8.
解析：本题考查工业提取铝的流程实验。铝土矿加碱溶解后，溶液A为NaAlO2，不溶物为Fe2O3和SiO2，在NaAlO2溶液中通入CO2可生成Al(OH)3和Na2CO3，Al(OH)3受热分解生成Al2O3，Al2O3电解产生金属铝，方程式为2Al2O34Al＋3O2↑，该反应中产生4
mol铝需要转移电子数为12
mol，则转移1
mol电子可以得到铝1/3
mol，即为9
g；B为Na2CO3，根据题意可知，物质X为CaCO3，高温分解产生CaO和CO2，CaO与水反应生成Ca(OH)2，Ca(OH)2与Na2CO3反应生成NaOH和CaCO3，反应①为分解反应，反应②为化合反应，反应③为复分解反应。
答案：(1)漏斗 玻璃棒
(2)Fe2O3和SiO2(提示：Fe2O3不溶于水，且不与NaOH溶液反应；SiO2属于原子晶体，常温下与NaOH反应的速率很慢)
(3)2Al2O34Al＋3O2↑ 9
(4)①置换 ②Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH
(5)不用铝制品作炊具；不用铝箔包装食品(其他合理答案也可)
9.
解析：(1)根据质量守恒定律不难写出符合条件的化学方程式。(2)由生产流程图可知水热处理后的碱式氯化镁中含有可溶性的MgCl2、CaCl2和Ca(OH)2等杂质，故需过滤、水洗。(3)Mg(OH)2有上述特点与Mg(OH)2的生成过程和所得产品表面处理过程有关。(4)Mg(OH)2、Al(OH)3的分解都吸收热量，故都有阻燃作用。由所给热化学方程式可知，单位质量的Mg(OH)2、Al(OH)3的热效应分别为：≈14.1
kJ·g－1，≈1.12
kJ·g－1，显然Mg(OH)2阻燃效果好。(5)较理想的阻燃剂应具有分解产物不燃烧，不产生有害于环境的物质的特点，故应选C类。
答案：(1)2MgCl2＋(2－x)Ca(OH)2＋2mH2O===2Mg(OH)2－xClx·mH2O＋(2－x)CaCl2
(2)除去MgCl2、CaCl2、Ca(OH)2
(3)水热处理、表面处理
(4)①吸热(或“吸热分解”或“分解反应是吸热反应”)
②Mg(OH)2 单位质量的Mg(OH)2和Al(OH)3的热效应分别是1.41
kJ·g－1、1.12
kJ·g－1，单位质量的Mg(OH)2吸热更多
(5)C 分解物(氧化物)不燃烧、无毒害第二单元 氯碱工业
[知识回顾]
粗盐中含有钙离子、镁离子、硫酸根离子应该如何除去？
电解硫酸铜、氯化钠、氯化铜、氢氧化钠的电极反应以及总反应如何书写？阴极的放电顺序为？阳极的放电顺序为？
电解饱和食盐水时可能存在的副反应有哪些？
〔知识学习〕
完成活动与探究食盐思考
该装置的阴极区与阳极区分别的位置如何？阴阳极材料是否可以交换？
如何检验阳极产物？如何检验阴极产物？，本装置如何避免副反应发生？
观察图２－９石棉隔膜电解食盐水装置，分析其工作原理，阅读相应内容，思考该装置的缺点是什么？
利用上述方法电解食盐水时必须要进行粗盐的提纯原因是什么？，如何进行粗盐的提纯？请写出食盐的步骤，指出步骤的关键？
分析离子膜法电解槽的工作原理，其与隔膜法的不同有几点？改进在那里？
法拉第定律的内容是什么？
习题巩固：
1.
离子膜法制烧碱示意图如右图所示，2.
有关说法正确的是
A、a口进水
B、b口进精制饱和食盐水
C、c口出的是Cl—是由b口进入的
D、d口出的是H2
3.
从H+、Na+、Cu2+、Cl-、OH-、SO42-六种离子中恰当地组成电解质，4.
按下列要求进行电解.
⑴以碳棒为电极，5.
使电解质质量减小，6.
水量不7.
变进行电解，8.
则采用的电解质是
⑵以碳棒为电极，9.
使电解质质量不10.
变，11.
水量减小进行电解，12.
则采用的电解质是
⑶以碳棒为电极，13.
使电解质和水都减少且溶液的PH值降低；则采用的电解质是
14.
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，15.
完成下列填空：
（1）在电解过程中，16.
与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为
，17.
与电源负极相连的电极附近，18.
溶液pH值
（选填：不19.
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
，20.
（3）如果粗盐中SO含量较高，21.
必须添加钡式剂除去SO，22.
该钡试剂可以是
（选填a．b．c，23.
多选扣分）
A．Ba(OH)2
B．Ba(NO3)2
C．BaCl2
(4)为有效除去Ca2+．Mg2+．SO，24.
加入试剂的合理顺序为
（选填a，25.
b，26.
c多选扣分）
A．先加NaOH，27.
后加Na2CO3，28.
再加钡试剂
B．先加NaOH，29.
后加钡试剂，30.
再加Na2CO3
C．先加钡试剂，31.
后加NaOH，32.
再加Na2CO3
（5）脱盐工序中利用NaoH和NaCl在溶解度上的差异，33.
通过
．冷却．
（填写操作名34.
称）除去NaCl
（6）在隔膜法电解食盐水时，35.
电解槽分隔为阳极区和阴极区，36.
防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，37.
Cl2与NaOH充分接触，38.
产物仅是NaClO和H2，39.
相应的化学方程式为
40.
某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，41.
用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，42.
通电时，43.
为使Cl2被完全吸收，44.
制得有较强杀菌能力的消毒液，45.
设计了如图的装置，46.
则对电源电极名47.
称和消毒液的主要成分判断正确的是
A．a为正极，48.
b为负极；NaClO和NaClB．a为负极，49.
b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，50.
b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，51.
b为阳极；HClO和NaCl
52.
如图所示装置中，53.
a、b都是惰性电极，54.
通电一段时间后，55.
b极附近溶液呈蓝色。下列说法中正确的是
A．x是正极，56.
y是负极
B．x是负极，57.
y是正极
C．a极和Pt都有气泡产生
D．CuSO4溶液PH值保持不58.
变，59.
U形管溶液PH值增大。
60.
如图8－61.
4，62.
当阴极增重2.16g时，63.
下列判断正确的是
A．[AgNO3]=0.08mol／L
B．阳极产生112mL气体(标64.
况)
C．有1.204×1023个电子转移
D．反应中有0.02mol物质被氧化
65.
取500mL
4.84
mol/L的食盐水(ρ=1.18g/mL)，66.
以石墨做电极电解，67.
在标68.
准状况下，69.
阳极上放出5600mL气体。若电解前后溶液的体积变化忽略不70.
计，71.
求：
（1）电解后溶液的PH值约是多少？（2）电解后食盐的物质的量浓度是多大？第四单元
铝的冶炼
〔知识学习〕
请以线图的方式表示利用铝土矿（含杂质Fe2O3、SiO2）提纯得到三氧化二铝，并写出反应方程式
电解氯化钠得到金属钠，电解氯化镁得到金属镁，为何不电解其氧化物得到对应金属？为什么不能电解氯化铝得到金属铝，直接电解氧化铝得到金属铝的困难何在？科学家是如何解决这一难题的？解决该难题的意义何在？
观察图2-16解释装置如此设计的意图，预测在生产中可能存在的问题是什么？
〔习题巩固〕
1.
冶炼金属一般有下列方法：①焦炭法
②水煤气（或氢气，2.
或一氧化碳）法
③活泼金属置换法
④电解法;四种方法在工业上均有应用。
（1）请对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入表中空格：
火烧孔雀石炼铜
湿法炼铜
铝热法炼铬
从光卤石中炼镁
火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式（写主要的两个）：________
、__________。
（2）请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个（用化学方程式表示）：
②____________________________________
、③____________________________________
、
④____________________________________
。
3.
下列反应原理不4.
符合工业冶炼金属实际情况的是
（A）
（B）
（C）
（D）
5.
冰晶石在冶炼铝的过程中的作用是A催化剂B助熔剂C氧化剂D还原剂
6.
下列关于铝的冶炼的说法正确的是
A用石墨作阳极，7.
阳极因高温与氧气反应而8.
不9.
断减少，10.
因此要不11.
断更换阳极
B用石墨作阴极，12.
利用了石墨的稳定性
C
不13.
能用电解氯化铝来得到金属铝，14.
是因为氯化铝的熔点高
D冰晶石的加入，15.
有利于降低能耗，16.
降低冶炼成本。
17.
Fe是地壳中含量很丰富的元素，18.
也是生物体所必需的元素。
自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿。金属铁是在高炉中冶炼的，19.
高炉炼铁除了加入铁矿石外，20.
还需加入焦炭和石灰石。请填空：
①写出磁铁矿主要成分的化学式：_______________________。
②写出赤铁矿还原成铁的化学方程式：__________________________。
③写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：______________________。
④写出CaCO3所参与反应的两个化学方程式：______________________________。
21.
（1）用铝热反应把V2O5中的V还原出来，22.
每还原得到1
mol
V则被氧化的铝的物质的量是______mol，23.
反应方程式____________________
。
（2）利用铝热反应原理，24.
将铝粉、石墨和二氧化钛按一定的比例混合置于金属表面上，25.
在高温下煅烧可制得耐热物质TiC。试进一步写出反应的方程式：______________________。（用双线桥分析电子得失）
26.
某课外活动小组加热炭粉（过量）和氧化铜的混合物。再用图11—9装置，27.
对获得的铜粉（含炭）样品进行实验。图中铁架台等装置已略去。请你帮助他们完成下列报告。
图11—9
(1)
实验目的：______________________
(2)
实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬质玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等
药品：红褐色（含炭）样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等
(3)
实验内容：
(4)
计算：样品中铜的质量分数＝________（用含Ｗ、ｍ1、ｍ2的代数式表示）
(5)
问题和讨论：
实验完成后，(6)
老师评议说：按上述实验设计，(7)
即便C中反应完全，(8)
D中吸收完全，(9)
也不(10)
会得出正确的结果。经讨论，(11)
有同(12)
学提出在B与C之间加入一个装置。再次实验后，(13)
得到了较正确的结果。那么，(14)
原来实验所测得的铜的质量分数偏小的原因可能是______________
。在B与C之间加入的装置可以是______________
，(15)
其中盛放的药品是__________________。
28.
铁是自然界里分布最广的金属元素之一，29.
在地壳中的质量约占5%左右。铁矿石的种类很多，30.
重要的有磁铁矿石（主要成分是Fe3O4）、赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）等。
（1）写出用赤铁矿炼铁的主要化学反应方程式：__________________。
（2）红热的铁能跟水蒸气起反应，31.
有一种产物是可燃气体，32.
则其化学反应方程式为：___________________。在常温下，33.
铁跟水不34.
起反应。但是，35.
在水和空气里的氧气及二氧化碳等的共同36.
作用下，37.
铁很容易生锈而38.
被腐蚀，39.
每年因腐蚀而40.
损失的钢材占世界钢铁产量的四分之一。刷油漆是重要的防腐蚀措施之一，41.
油漆防腐蚀的主要原理是____________________
。
（3）铁元素是人体的重要营养元素，42.
举一例说明铁元素在人体中的重要作用__________。第三单元硫酸工业及铝的冶炼
〔知识回顾〕
写出接触法制硫酸的化学原理
思考加快固体和气体反应速率的方法？思考可以使二氧化硫充分转化成三氧化硫的方法
在合成氨气的实验中如何选择反应的条件？如何充分利用能量
请列举冶炼金属的工业方法？从原理上指出钠、镁、铝、铁、铜、银、金的冶炼方法，方法选择的依据是什么？
〔知识学习〕
工业制硫酸的三原理对应的三设备是什么？三原理是如何指导三设备的设计的？三设备的设计哪些方面考虑了速率因素？哪些方面考虑了平衡因素？哪些方面考虑了工业效益？
为何进行二氧化硫气体的净化？为什么不直接使用水来吸收三氧化硫？二氧化硫中含有三氧化硫如何除去？硫酸为什么不氧化还原性较强的二氧化硫？
9.
如何治理工业三废？
习题巩固：
在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见下图。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为
A．
SO2
B．
SO3，O2
C．
SO2，
O2
D．SO2，SO3
硫铁矿高温下空气氧化产生二氧化硫：4FeS2＋11O2→8SO2＋2Fe2O3设空气中N2、O2的含量分别为0.800和0.200（体积分数，以下气体含量均用体积分数表示），试完成下列各题：
（1）1.00mol
FeS2完全氧化，需要空气的体积（标准状况）为
L
（2）55L空气和足量FeS2完全反应后，气体体积（同温同压）变为
L
（3）用空气氧化FeS2产生的气体混合物中，O2的含量为0.0800，计算SO2的含量。
（4）设FeS2氧化产生的气体混合物为100L，其中O2为aL，SO2为bL。
①
写出a和b的关系式②
在右图中画出a和b的关系曲线（FeS2氧化时，空气过量20%）
说明：为方便作图，纵坐标用13b表示
工业上测量SO2、N2、O2混合气体中SO2含量的装置如下图；反应管中装有碘的淀粉溶液。SO2和I2发生的反应为（N2、O2不与I2反应）：SO2＋I2＋2H2O→H2SO4＋2HI
（1）混合气体进入反应管后，量气管内增加的水的体积等于
的体积（填写气体的分子式）。
（2）反应管内溶液蓝色消失卮，没有及时停止通气，则测得的SO2含量
（选填：偏高，偏低，不受影响）。
（3）反应管内的碘的淀粉溶液也可以用
代替（填写物质名称）。
（4）若碘溶液体积为VamL．，浓度为C
mol·L－1，N2与O2的体积为VbmL（已折算为标准状况下的体积）。用C、Va、Vb表示SO2的体积百分含量为：
。
（5）将上述装置改为简易实验装置，除导管外，还需选用的仪器为．
（选下列仪器的编号）。
a．烧杯
b．试管
c．广口瓶
d．容量瓶
e．量筒
f．单孔塞
g．双孔塞
（1）用含硫48%的硫铁矿为原料，用接触法制硫酸，如果原料的利用率为96%，硫酸的产率为90%30t硫铁矿能生产98%的硫酸多少吨？
（2）用含FeS290%的硫铁矿为原料，用接触法制硫酸，如果原料的利用率为96%，硫酸的产率为90%30t硫铁矿能生产98%的硫酸多少吨？
（3）用接触法制硫酸时，在吸收塔中用98%的浓硫酸1000g来吸收SO3，生成H2SO4·SO3，然后再稀释成98%的浓硫酸，可得98%的硫酸多少克？
在工业制取硫酸时，混合气体的组成是SO2占7%，O2占11%，N2占82%。将100体积的混合气体通入接触室反应后，在恢复到原来的温度和压强后导出气体的体积变为97.2体积，则SO2的转化率为
A、40%
B、60%
C、80%
D、90%
在氧气中充分煅烧1g铁和硫组成的化合物，使其中的硫全部转化为SO3气体，然后又全部转化为硫酸，这些硫酸恰好被60mL0.5mol·L-1的NaOH溶液完全中和，则原化合物中硫的质量分数为
A、48%
B、44%
C、34%
D、42.8%第二单元 氯碱生产
1家用消毒液的发生器是以精盐和自来水为反应物，通电时，发生器电解槽的极板上产生大量气泡，切断电源后，生成液具有强烈的杀菌消毒能力。与该反应器工作原理直接有关的化学方程式是( )。
A．2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O
B．H2＋Cl22HCl
C．2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
D．2HClO===2HCl＋O2↑
2下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是( )。
3某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )。
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
4电解饱和食盐水两电极上产生气体的体积比应是1∶1，但实际测量时却发现V(H2)＞V(Cl2)(常温常压)，其原因可能是( )。
A．H2的摩尔质量比Cl2的小
B．Cl2有刺激性气味
C．H2的熔、沸点比Cl2的低
D．H2的溶解度比Cl2的小
5下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法中正确的是( )。
A．X是正极，Y是负极
B．X是负极，Y是正极
C．CuSO4溶液的pH逐渐变小
D．CuSO4溶液的pH不变
6下列关于离子交换膜电解槽的叙述，错误的是( )。
A．精制的饱和食盐水进入阳极室
B．纯水(加少量NaOH)进入阴极室
C．阴极产物为NaOH和氢气
D．电解槽的阳极用金属铁网制成
7关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )。
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
8下图是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置。请填空：
(1)X的电极名称是______极，电极反应式为________，Y极的电极材料是________。检验X极产物的方法是________________。
(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致X极上未收集到预期产物。一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现X一端出现了白色沉淀，此沉淀是______(填化学式)。其形成原因是_______________，该沉淀在空气中放置，现象是_______________________。
(3)工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个极室用离子交换膜隔开(如下图)，其目的是______________，阳极室(A处)加入______，阴极室(B处)加入______，离子交换膜只允许________等通过。
9海水占地球总储水量的97.2%，若把海水淡化和化工生产结合起来，既可解决淡水资源缺乏的问题，又可充分利用海洋资源。
(1)海水中存在大量的氯化钠，氯化钠中的金属元素位于元素周期表第________周期第________族。
(2)目前，国际上实用的“海水淡化”主要技术之一是蒸馏法。蒸馏法是将海水变成蒸气，蒸气经冷却而得高纯度淡水。由此可判断蒸馏法是______(填“物理变化”或“化学变化”)。
(3)工业上利用电解饱和食盐水可制得重要化工产品。反应式为：
食盐＋H2O―→NaOH＋H2↑＋Cl2↑(未配平)
利用电解所得气体制36.5%的浓盐酸1
000
t，最少需消耗食盐______
t。(可能需要的相对原子质量：Na：23 Cl：35.5 H：1 O：16)
(4)近年来，有人提出了一种利用氯碱工业产品及氯化钠循环治理含二氧化硫废气并回收二氧化硫的方法。该方法流程如下：
请写出②④的化学方程式：________________、________________。
(5)上述亚硫酸氢钠与甲醛经过一定反应可以合成俗称“吊白块(雕白粉)”的物质，因该物质对人体有害，不能用于食品漂白。“吊白块”结构简式为HOCH2SO3Na，根据其结构特点，“吊白块”能发生的反应有________。(填字母)
A．皂化反应
B．聚合反应
C．与金属钠反应
D．氧化反应
参考答案
1.
解析：根据发生器的反应物和反应条件，可以推测在发生器中电解食盐水，C中反应会发生。再根据生成液具有强烈的杀菌消毒能力，结合电解食盐水后的产物可以推断Cl2和NaOH发生反应生成NaClO，A中反应也会发生。
答案：AC
2.
解析：由电解原理可知，电解饱和NaCl溶液时阳极(电子流出的一端)发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，可用淀粉KI溶液来检验产生的Cl2，阴极(电子流入的一端)发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，同时由于该极因H＋放电，而使溶液中c(OH－)增大，酚酞试液变红。放出的H2用向下排空气法收集后可做爆鸣实验。结合所给图示，电子流动方向与题要求一致的有B、D两个选项，但因B选项不能检出是否产生Cl2，而不符合题意。
答案：D
3.
解析：为了确保氯气吸收充分，应该使氯气在下端产生：2Cl－－2e－===Cl2↑(阳极反应)，所以b为电池的正极。Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，则漂白液的主要成分为NaCl、NaClO。
答案：B
4.
解析：由于H2难溶于水而Cl2能溶于水，故实测V(H2)＞V(Cl2)。
答案：D
5.
答案：AC
6.
解析：离子交换膜电解槽阳极产物为Cl2，阴极为NaOH和H2。阳极发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，若是铁作阳极，则Fe原子失去电子，阳极不会得到Cl2；阴极发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，需补充H2O，Na＋自阳极室进入阴极室后，与OH－形成NaOH。故选D。
答案：D
7.
解析：电解NaCl水溶液时，溶液中的离子有Na＋、Cl－、H＋、OH－，阳离子在阴极放电，2H＋＋2e－===H2↑，c(H＋)减小，在附近的溶液中滴入酚酞试液溶液变红；阴离子在阳极上放电，2Cl－－2e－===Cl2↑，在附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色(2KI＋Cl2===2KCl＋I2)。电解反应为2NaCl＋H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，电解后的溶液呈碱性。
答案：B
8.
解析：(1)由图可知X与电源正极相连应为阳极，电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，电极材料为石墨，则Y极电极材料为Fe；用湿润的淀粉碘化钾试纸放在管口，若变蓝，说明有Cl2产生。
(2)若反接则铁会失电子生成Fe2＋，与溶液中生成的OH－结合成Fe(OH)2，在空气中先变灰绿色，后变红褐色。
(3)工业上电解饱和食盐水的方法之一，是将两个极室用离子交换膜隔开，其目的是防止H2与Cl2混合爆炸，防止Cl2与NaOH生成NaClO使NaOH不纯。
答案：(1)阳 2Cl－－2e－===Cl2↑ Fe 用湿润的淀粉碘化钾试纸放在管口，若变蓝，说明有Cl2产生
(2)Fe(OH)2 铁作阳极时被氧化为Fe2＋，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H＋＋2e－===H2↑，生成的OH－与Fe2＋结合成Fe(OH)2 先变灰绿色，后变红褐色
(3)防止H2与Cl2混合爆炸，防止Cl2与NaOH生成NaClO使NaOH不纯 饱和食盐水 纯水(或NaOH稀溶液) Na＋
9.
解析：(1)氯化钠中的金属元素(钠)位于元素周期表第三周期ⅠA族。
(2)蒸馏法是将海水变成蒸气，蒸气经冷却而得高纯度淡水，整个过程中无新物质生成，由此可判断蒸馏法是物理变化。
(3)由方程式2NaCl＋2H2O===2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；H2＋Cl22HCl得：
NaCl ～ HCl
58.5
36.5
m(NaCl)
36.5%×1
000
t
m(NaCl)＝585
t
(4)氢氧化钠溶液吸收二氧化硫生成亚硫酸氢钠的化学方程式：NaOH＋SO2===NaHSO3
亚硫酸氢钠与氯化氢反应的化学方程式：
NaHSO3＋HCl===NaCl＋H2O＋SO2↑
(5)“吊白块”结构简式为HOCH2SO3Na，即：H—O—CH2—SO3Na，分子内含有醇羟基，所以能发生的反应有与金属钠反应、氧化反应。
答案：(1)三 ⅠA (2)物理变化 (3)585
(4)NaOH＋SO2===NaHSO3 NaHSO3＋HCl===NaCl＋H2O＋SO2↑
(5)CD(共30张PPT)
第四单元 镁和铝的冶炼
1．为什么不用电解AlCl3(熔融)制备Al
提示 AlCl3是共价化合物，熔融态不导电，无法电解得到
Al。
2．Al3＋、Mg2＋均易发生水解，其离子方程式？
1．了解如何根据元素在自然界的存在状态和性质来开发、利用自然资源。
2．了解从海水中提取氯化镁、从铝土矿中提取氧化铝的方法，以及获得金属镁、铝的基本原理。
3．通过学习活动提高学习能力、交流合作能力和分析、解决实际问题的能力。
石灰
石灰乳
氢氧化镁
1.
制备纯度较高的氧化铝
(1)铝元素的含量占地壳中元素总量的7.45%，是地壳中含量最
的金属元素。铝在地壳中主要以
的形式存在。要从铝土矿中提取铝，首先必须制备纯度较高的
。
多
铝土矿
氧化铝
(2)原料：
。
(3)制备过程：先要除去铝土矿中的
、
等杂质。在工业上可以使用
来处理铝土矿得到偏铝酸钠溶液，在得到的偏铝酸钠溶液中通入
，析出
，加热分解
，就得到纯度较高的
。主要方程式有：
氧化铁
二氧化硅
二氧化碳
氢氧化铝沉淀
氢氧化铝
氧化铝
浓氢氧化钠溶液
铝土矿
较强
电解熔融氧化铝
熔点
冰晶石
将MgCl2·6H2O中的结晶水失去，在加热时需注意什么？
提示 由于Mg2＋水解得到Mg(OH)2故加热MgCl2·6H2O时需在HCl(g)气氛中防止Mg2＋水解。
电解熔融态的Al2O3制备Al时，将Al2O3熔化需较高能量，为了使Al2O3在相对较低的温度下熔化需加什么物质？作用是什么？
提示 冰晶石(Na3AlF6)、降低Al2O3的熔化温度。
电解MgCl2和Al2O3时，阳极材料能否为活泼电极？为什么？
提示 需用惰性电极，否则阳极本身发生氧化反应。
【慎思1】
【慎思2】
【慎思3】
海水是一种丰富的资源，工业上从海水中可提取许多种物质，广泛应用于生活、生产、科技等方面。下图是某工厂对海水资源进行综合利用的示意图。
【例1】
回答下列问题：
(1)流程图中操作a的名称为________。
(2)工业上从海水中提取的NaCl，可用来制取纯碱，其简要过程如下：向饱和食盐水中先通入气体A，后通入气体B，充分反应后过滤得到晶体C和滤液D，将晶体C灼烧即可制得纯碱。
①气体A、B是CO2或NH3，则气体A应是________(填化学式)。
②滤液D中主要含有NH4Cl、NaHCO3等物质，工业上是向滤液D中通入NH3，并加入细小食盐颗粒，冷却析出不含有NaHCO3的副产品NH4Cl晶体，则通入NH3的作用是________。
(3)镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。
①若要验证所得无水MgCl2中不含NaCl，最简单的操作方法是_________________________________________________。
②操作b是在________氛围中进行，若在空气中加热，则会生成Mg(OH)Cl，写出有关反应的化学方程式：___________。
答案 C
阴极(和电源负极相连)：4Al3＋＋12e－===4Al
阳极(和电源正极相连)：6O2－－12e－===3O2↑
在高温下，阳极产生的氧气会跟碳电极发生反应，生成二氧化碳，所以在电解中要定时补充碳块。铝的熔点是660
℃，电冶铝反应的温度是1
000
℃左右。所以电解生成的铝呈液态，从电解装置的底部流出。
2．电解过程：
铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答：
(1)工业上冶炼铝的化学方程式是________________。
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是___________。
(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。
【例2】
①该电解槽的阳极反应式是_______________。
②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因
________________________________________________。
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________(填写“A”或“B”)导出。
解析 (1)金属铝的冶炼是电解熔融Al2O3。(2)铝与强碱反应放出氢气生成偏铝酸盐。(3)结合题中给出的信息提示进行解题。①溶液中存在阴离子为OH－和含氧酸根，应是OH－先放电。②溶液中存在的阳离子为K＋和H＋，应是H＋先放电。在阴极由于H＋放电，H＋不断减少，水的电离平衡向正反应方向移动，OH－浓度增大，pH增大。③K＋可通过阳离子交换膜流向B口，B口的OH－不断增多，但无法通过阳离子交换膜，故氢氧化钾溶液从B口导出。
从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下：
请回答下列问题：
(1)流程甲加入盐酸后生成Al3＋的离子方程式为________。
_________。
【体验2】
(3)验证滤液B含Fe3＋，可取少量滤液并加入________(填试剂名称)。
(4)滤液E、K中溶质的主要成分是________(填化学式)，写出该溶质的一种用途_______________________。
(5)已知298
K时，Mg(OH)2的溶度积常数Ksp＝5.6×10－12。取适量的滤液B，加入一定量的烧碱至达到沉淀溶液平衡，测得pH＝13.00，则此温度下残留在溶液中的c(Mg2＋)＝________。
解析 本题考查的基本原理：利用氧化铝的两性进行氧化铝的分离与提纯。(4)由于CO2过量与碱反应时均产生碳酸氢盐；(5)根据溶度积Ksp＝c(Mg2＋)·c2(OH－)，又根据pH＝13.00，即c(OH－)＝0.1
mol·L－1代入易得。第四单元 镁和铝的冶炼
1．了解如何根据元素在自然界的存在状态和性质来开发、利用自然资源。
2．了解从海水中提取氯化镁、从铝土矿中提取氧化铝的方法，以及获得金属镁、铝的基本原理。
3．通过学习活动提高学习能力、交流合作能力和分析、解决实际问题的能力。
法国皇帝拿破仑三世，为显示自己的富有和尊贵，命令官员给自己打造了一顶铝皇冠。他戴上铝皇冠，神气十足地接受百官的朝拜。在宴请宾客时，拿破仑三世使用了一套珍藏的铝制餐具，而大臣们使用的是金或银制餐具。
门捷列夫创建了元素周期表，受到英国皇家学会的表彰，奖品是一只铝制奖杯。
思考：为什么当时的铝很贵？
提示：铝在地壳中都以化合态形式存在，如氧化铝等。在19世纪中期铝冶炼的困难导致了铝价格的昂贵，甚至超过了黄金，但现在随着科学技术的进步，人们已经熟练地掌握了较好的冶炼铝的方法，铝的价格大大降低，走进了我们普通百姓的家。
一、从海水中提取镁
1．氯化镁的提取
(1)可以将海边大量存在的贝壳煅烧成石灰，再制成石灰乳，将石灰乳加入到海水中，可得到沉淀物氢氧化镁，有关反应方程式为CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2，MgCl2＋Ca(OH)2===CaCl2＋Mg(OH)2↓。
(2)滤出氢氧化镁沉淀，加入盐酸转化为氯化镁溶液，浓缩得到水合晶体(MgCl2·6H2O)，有关反应方程式：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，MgCl2＋6H2O===MgCl2·6H2O。
(3)氯化镁的水合晶体在充满氯化氢气体的设备中加热脱水得到无水氯化镁。反应方程式为MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O。
2．氯化镁的电解
用惰性电极作阳极，电解熔融的氯化镁得到金属镁，反应方程式为MgCl2Mg＋Cl2↑。
思考：实际生产中，氯化镁的水合晶体加热脱水的过程在充满氯化氢气体的设备中进行。为什么在这种条件下可以得到无水氯化镁？
提示：因为MgCl2属于强酸弱碱盐，能发生水解转化为碱式氯化镁〔Mg(OH)Cl〕，化学方程式为MgCl2＋H2OMg(OH)Cl＋HCl。在充满氯化氢气体的环境中，氯化氢分子浓度大，使水解平衡向逆向移动，抑制了MgCl2的水解，从而加热脱水可得到无水氯化镁。
二、铝的冶炼
1．制备纯度较高的氧化铝
(1)铝元素的含量占地壳中元素总量的7.45%，是地壳中含量最多的金属元素。铝在地壳中主要以铝土矿的形式存在。要从铝土矿中提取铝，首先必须制备纯度较高的氧化铝。
(2)原料：铝土矿。
(3)制备过程：先要除去铝土矿中的氧化铁、二氧化硅等杂质。在工业上可以使用浓氢氧化钠溶液来处理铝土矿得到偏铝酸钠溶液，在得到的偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，析出氢氧化铝沉淀，加热分解氢氧化铝，就得到纯度较高的氧化铝。主要方程式有：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
2．电解冶炼铝
单质铝的活泼性较强，只能采用电解熔融氧化铝的方法冶炼。而氧化铝的熔点很高，冶炼铝的生产能耗很大。所以在熔融氧化铝中添加了冰晶石，在较低的温度下得到熔融氧化铝冰晶石的熔融体，降低了炼铝的能耗。反应方程式为2Al2O34Al＋3O2↑。
一、从海水中提取镁
镁是活泼的金属，不宜用热还原法制取，一般采用电解熔融MgCl2的方法。MgCl2主要存在于海水和光卤石中，所以制取MgCl2的途径是在海水或光卤石中加入熟石灰，使Mg(OH)2析出：MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2，再用盐酸溶解Mg(OH)2，然后将溶液浓缩，得到MgCl2晶体，将晶体在HCl气体的氛围中加热除去结晶水，即得无水MgCl2。然后电解熔融的MgCl2，MgCl2Mg＋Cl2↑，就可得到金属镁。工业提取镁的流程图：
二、铝的冶炼
1．铝土矿的主要成分：Al2O3(含Fe2O3、SiO2)，怎样从铝土矿中获得纯净的氧化铝？
实验方案一及步骤：
(1)加足量HCl溶液并过滤(除去SiO2)：
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
(2)加足量NaOH并过滤〔除去Fe(OH)3〕：
Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
(3)通足量CO2并过滤〔保留Al(OH)3〕：
AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
(4)煅烧：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
流程图为：
实验方案二及步骤：
(1)加足量NaOH溶液并过滤(除去Fe2O3)：
Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(2)加足量盐酸并过滤(除去H2SiO3)：
AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O
(3)通足量NH3并过滤〔保留Al(OH)3〕：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
(4)煅烧：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
流程图为：
2．电解过程：
阴极(和电源负极相连)：4Al3＋＋12e－===4Al
阳极(和电源正极相连)：6O2－－12e－===3O2
在高温下，阳极产生的氧气会跟碳电极发生反应，生成二氧化碳，所以在电解中要定时补充碳块。铝的熔点是660
℃，电冶铝反应的温度是1
000
℃左右。所以电解生成的铝呈液态，从电解装置的底部流出。
知识点1
镁的提取
【例题1】海水是一种丰富的资源，工业上从海水中可提取许多种物质，广泛应用于生活、生产、科技等方面。下图是某工厂对海水资源进行综合利用的示意图。
回答下列问题：
(1)流程图中操作a的名称为__________。
(2)工业上从海水中提取的NaCl，可用来制取纯碱，其简要过程如下：向饱和食盐水中先通入气体A，后通入气体B，充分反应后过滤得到晶体C和滤液D，将晶体C灼烧即可制得纯碱。
①气体A、B是CO2或NH3，则气体A应是________(填化学式)。
②滤液D中主要含有NH4Cl、NaHCO3等物质，工业上是向滤液D中通入NH3，并加入细小食盐颗粒，冷却析出不含有NaHCO3的副产品NH4Cl晶体，则通入NH3的作用是
________________________________________________________________________。
(3)镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。
①若要验证所得无水MgCl2中不含NaCl，最简单的操作方法是____________________。
②操作b是在__________氛围中进行，若在空气中加热，则会生成Mg(OH)Cl，写出有关反应的化学方程式：____________________。
解析：本题是实验流程题，考查海水中提取金属镁。(1)将海水蒸发结晶得到粗盐，在提取粗盐后的母液中主要含有的是Mg2＋。(2)①先通氨气的原因是氨气易溶于水，CO2微溶于水，若先通CO2，则影响产率；②从平衡的角度去分析，增加NH的浓度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向进行，将NaHCO3转化为Na2CO3而不析出。(3)①采用焰色反应来检验；②HCl的作用是防止MgCl2的水解。
答案：(1)蒸发结晶(或蒸发) (2)①NH3 ②增加NH的浓度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向进行，将NaHCO3转化为Na2CO3而不析出
(3)①用铂丝蘸取少量固体，置于酒精灯火焰上灼烧，若无黄色火焰产生，则证明所得无水氯化镁晶体中不含氯化钠(答焰色反应也可) ②HCl(气流)
MgCl2·6H2OMg(OH)Cl＋HCl＋5H2O
点拨：本题是工业流程题，读懂流程是关键。从流程中找到实验原理和实验目的，正确分析每一个实验步骤，题中涉及粗盐的提取、制碱工业、镁的提取等，是一道综合性很强的实验流程题。
知识点2
铝的冶炼
【例题2】铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答：
(1)工业上冶炼铝的化学方程式是______________。
(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是____________________。
(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。
①该电解槽的阳极反应式是________________。
②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：_________________________。
③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口____(填“A”或“B”)导出。
解析：(1)金属铝的冶炼是电解熔融Al2O3。(2)铝与强碱反应放出氢气生成偏铝酸盐。(3)结合题中给出的信息提示进行解题。①溶液中存在阴离子为OH－和含氧酸根，应是OH－先放电。②溶液中存在的阳离子为K＋和H＋，应是H＋先放电。在阴极由于H＋放电，H＋不断减少，水的电离平衡向正反应方向移动，OH－浓度增大，pH增大。③K＋可通过阳离子交换膜流向B口，B口的OH－不断增多，但无法通过阳离子交换膜，故氢氧化钾溶液从B口导出。
答案：(1)2Al2O34Al＋3O2↑
(2)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(3)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大
③B
点拨：本题综合考查了金属铝的冶炼，铝与强碱溶液的反应，以及有关电解、水解的知识，综合性较强，需做好知识与解题能力的衔接，方能从容解决这类题目。
1冶炼金属一般有以下四种方法：①焦炭法；②水煤气法(或氢气、一氧化碳法)；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜〔Cu2(OH)2CO3〕，(Ⅱ)湿法炼铜；现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬，(Ⅳ)从光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)中炼镁。下列对应关系不正确的是( )。
A．Ⅰ①
B．Ⅱ②
C．Ⅲ③
D．Ⅳ④
解析：本题难点是涉及一些化学史的知识。
(1)火烧孔雀石炼铜是用树木煅烧孔雀石，孔雀石分解后产生CuO，树木变成焦炭后还原CuO得到Cu。
Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑，2CuO＋C2Cu＋CO2↑符合①
(2)湿法炼铜是我国西汉时期用铁从铜的化合物溶液中置换出铜。
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 符合③
(3)铝热法炼铬：2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3
符合③
(4)从光卤石中炼镁是先从光卤石中得到MgCl2，再电解熔融MgCl2，得到Mg。
MgCl2Mg＋Cl2↑ 符合④
答案：B
2蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2组成。由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验步骤如下：
(1)蛇纹石矿加盐酸溶解后，溶液里除了Mg2＋外，还含有的金属离子是________。
(2)进行Ⅰ操作时，控制溶液pH＝7～8(有关氢氧化物沉淀的pH见下表)。
氢氧化物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
开始沉淀pH
1.5
3.3
9.4
Ca(OH)2不能过量，若Ca(OH)2过量可能会导致________溶解、________沉淀。
(3)从沉淀混合物A中提取红色氧化物作颜料，先向沉淀物A中加入________(填物质的化学式)，然后__________(依次填写实验操作名称)。
(4)物质循环使用，能节约资源。上述实验中，可以循环使用的物质是__________(填物质的化学式)。
(5)现设计一个实验，确定产品
aMgCO3·bMg(OH)2·cH2O中a、b、c的值，请完善下列实验步骤(可用试剂：浓硫酸、碱石灰)：
①样品称量；
②高温分解；
③________________________________；
④________________________________；
⑤MgO称量。
(6)18.2
g产品完全分解后，产生6.6
g
CO2和8.0
g
MgO，由此可知，产品的化学式中：
a＝________，b＝________，c＝________。
解析：(1)由蛇纹石的组成可知，与盐酸反应所得溶液中除含有Mg2＋外，还应含有Fe3＋、Al3＋等。
(2)由于Ca(OH)2碱性强，所以其过量时Al(OH)3会溶解，由表中所给氢氧化物开始沉淀的pH可知，Ca(OH)2过量时Mg(OH)2会沉淀。
(3)由操作流程可知沉淀物A为Al(OH)3和Fe(OH)3的混合物，故要得到Fe2O3，需先将其中的Al(OH)3溶解并分离出去。即先加入NaOH〔或Ca(OH)2〕，然后再过滤、洗涤、灼烧。
(4)由于操作Ⅱ需要CO2，而Mg(HCO3)2热解时产生CO2，故可循环使用。
(6)n(CO2)＝0.15
mol，n(MgO)＝0.2
mol，n(H2O)＝＝0.2
mol，所以a∶b∶c＝0.15
mol∶(0.2－0.15)
mol∶[0.2
mol－(0.2－0.15)
mol]＝3∶1∶3。
答案：(1)Fe3＋、Al3＋
(2)Al(OH)3 Mg(OH)2
(3)NaOH或Ca(OH)2 过滤、洗涤、灼烧
(4)CO2
(5)用浓硫酸吸收水蒸气 称量碱石灰吸收CO2前后的质量
(6)3 1 3第一单元 氨的合成
1我国合成氨工业生产的主要原料是( )。
A．N2和H2
B．空气、煤、水
C．硫铁矿、空气
D．O2和水蒸气
2合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是( )。
①减压 ②加压 ③升温 ④降温 ⑤及时从平衡混合气中分离出NH3 ⑥补充N2或H2 ⑦加催化剂 ⑧减小N2或H2的量
A．③④⑤⑦
B．②④⑥
C．②⑥
D．②③⑥⑦
3下面四个选项是四位同学在学习过化学反应速率理论和化学平衡理论以后，联系化工生产实际所发表的看法，你认为不正确的是( )。
A．化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品
B．化学平衡理论可指导怎样使用有限原料多出产品
C．化学反应速率理论可指导怎样提高原料的转化率
D．正确利用化学反应速率和化学平衡理论都可提高化工生产的综合经济效益
4对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＜0，下列说法中正确的是( )。
A．达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡时的大，H2的浓度比原平衡时的小
B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应的速率，又提高了NH3的产率
C．达到平衡后，缩小容器的体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率
D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，逆反应速率减小了
5工业合成氨时将N2和H2按体积比1∶3通入合成塔中，在不同条件下达到平衡时，混合物中NH3的含量(体积分数)如下表：
试分析上表所提供的数据，判断下列说法一定正确的是( )。
A．无论其他条件如何改变，只要增大压强就能提高NH3在平衡混合物中的含量
B．无论其他条件如何改变，只要升高温度就有利于提高N2的转化率
C．无论其他条件如何改变，只要降低温度就能提高NH3在平衡混合物中的含量
D．由上表数据可知，NH3的合成是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应
6下面是合成氨的简要流程示意图，沿X线路回去的是( )。
A．N2和H2
B．催化剂
C．N2
D．H2
7实验室用N2、H2合成氨气，并用酚酞试液检验生成的氨气，用锌与盐酸反应制取氢气；用NaNO2饱和溶液和NH4Cl饱和溶液共热制取氮气：
NaNO2＋NH4Cl===NaCl＋NH4NO2
NH4NO2N2↑＋2H2O
制取装置如图所示：
(1)装置A用于制取______。
(2)装置E中分液漏斗上方常用导管与圆底烧瓶相通，作用是__________。装置E与装置C直接相连，连接时导管口连接方法为e接______。
(3)装置C的另一接口与其他装置相连接时，导管口的连接顺序为：另一接口____接____，____接____，____接____。
(4)装置D的作用为________。装置F导出气体的成分为________。
(5)装置G内滴有酚酞试液，用于检验氨气的生成，该装置中导管口能否插入液面以下____(填“能”或“不能”)，理由是____________。
(6)从充分利用原料的角度看，装置G应装双孔塞，此时另一接口应与________为佳。
8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：
根据表中数据计算0～2
h内N2的平均反应速率为________
mol·L－1·h－1，若起始时与平衡时的压强之比为a，则N2的转化率为________(用含a的代数式表示)。
(2)希腊亚里士多德大学的George
Marnellos和Michael
Stoukides，发明了一种合成氨的新方法(Science,2，Oct.1998，p98)，在常压下，把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570
℃的电解池，利用能通过氢离子的多孔陶瓷固体作电解质，氢气和氮气在电极上合成了氨，转化率达到78%，试写出电解池阴极的电极反应式：____________________。
(3)已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)
ΔH＝180.5
kJ·mol－1
4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905
kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)
ΔH＝－483.6
kJ·mol－1
则N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH＝______。
(4)氨气和氧气从145
℃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＋5O24NO＋6H2O K1＝1×1053(900
℃)
4NH3＋3O22N2＋6H2O K2＝1×1067(900
℃)
温度较低时以生成________为主，温度高于900
℃时，NO产率下降的原因：________________________________。
吸收塔中需要补充空气的原因：___________________________________________。
(5)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NO2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〔CO(NH2)2〕反应生成CO2和N2。请写出有关反应的化学方程式：________________，__________________。
9合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重大影响。合成氨反应的化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2
kJ·mol－1。合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到，H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得。我国合成氨工业目前的生产条件为：
催化剂：铁触媒；温度：400～500
℃；压强：30～50
MPa。
回答下列问题：
(1)合成氨工业中原料气压缩到30～50
MPa的原因是__________________。从平衡移动原理分析，低温有利于原料气的转化，实际生产中采用400～500
℃的高温，原因之一是考虑到催化剂的催化活性，原因之二是__________________。
(2)500
℃、50
MPa时，在容积为V
L的容器中加入n
mol
N2、3n
mol
H2，反应达平衡后测得平衡常数为K，此时N2的转化率为x。则K和x的关系满足K＝________。
(3)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HClNH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式：__________________________。
(4)已知H2(g)、CO(g)、CH4(g)三种物质的燃烧热分别是－285.8
kJ·mol－1、－283.0
kJ·mol－1、－890.3
kJ·mol－1，1
mol
H2O(g)转变为1
mol
H2O(l)时放出44.0
kJ热量。甲烷在高温下与水蒸气反应的化学方程式为CH4＋H2OCO＋3H2。那么该反应的反应热ΔH____0(填“＞”“＝”或“＜”)。
参考答案
1.
答案：B
2.
解析：合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的特点为正反应放热且气体体积减小。要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选C。
答案：C
3.
解析：对化学反应速率理论的研究能够提高单位时间的产量，但不能提高原料的利用率和转化率，而对化学平衡理论的研究可以使化学平衡向生成某种产品的方向进行。
答案：C
4.
解析：达到平衡后，加入N2平衡向正反应方向移动，NH3的浓度增大了，而H2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。
答案：AC
5.
解析：由题目中所给数据可知，若温度最低，压强最大，则转化率最高，只改变一个条件，氨气的含量不能确定。当温度不变时，压强越大，氨气的含量越高，可知正反应为气体总体积缩小的反应；当压强相等时，温度越低，氨气的含量越高，所以确定正反应为放热反应。
答案：D
6.
解析：因合成氨为可逆反应，从合成塔出来的混合气体中含有大量的N2、H2，为提高原料的利用率，将分离后的氮气、氢气再输送到压缩机，循环利用。
答案：A
7.
解析：由题意知，该反应装置的核心是F，之前的装置是制取合成氨的原料气：氮气(装置E)和氢气(装置A)；还应该将它们均匀地混合(装置C)和干燥(装置D)。之后要检验氨气的生成(装置G)。因氮气、氢气合成氨反应为可逆反应，故在反应最终从F中流出的气体中有氮气、氢气和氨。
答案：(1)H2 (2)便于液体顺利流下 b (3)a d c f g h (4)干燥N2、H2 NH3、H2、N2
(5)不能 氨气极易溶于水而发生倒吸
(6)d相连
8.
解析：本题考查以工业制HNO3的知识为载体，考查化学平衡、电极反应、热化学等知识，综合性较强，属中档题。(1)由反应速率的计算表达式，可求出v(N2)＝(1.500
mol·L－1－1.200
mol·L－1)/2
h＝0.150
0
mol·L－1·h－1。设N2转化x
mol。
N2
＋
3H2 2NH3
起始浓度/ mol·L－1
1.500
4.500
0
平衡浓度/ mol·L－1
1.500－x
4.500－3x
2x
转化浓度/ mol·L－1
x
3x
2x
由压强之比等于物质的量之比有：，解得x＝3(1－)，N2的转化率为＝2(1－)。(2)阴极反应为还原反应，即得电子，化合价降低，则应为N2转化为NH3，由信息知，其中有H＋参与反应。(3)此问为盖斯定律的运用。ΔH＝kJ·mol－1＝－92.4
kJ·mol－1。(4)从图中不难读出低温生成N2，高温生成NO，但当温度高于900
℃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，NH3的转化率进一步提高。(5)根据题中信息，可写出反应物和产物，关键运用化合价和原子守恒来配平。
答案：(1)0.15 2(1－1/a)
(2)N2＋6e－＋6H＋===2NH3
(3)－92.4
kJ·mol－1
(4)N2 生成NO的反应为放热反应，升高温度转化率下降 进一步与NO反应生成硝酸
(5)NO＋NO2＋H2O===2HNO2
CO(NH2)2＋2HNO2===CO2↑＋2N2↑＋3H2O
9.
解析：本题以合成氨工业的原料为背景考查了化学平衡的移动、化学平衡常数的计算以及电极反应和盖斯定律的应用，综合性较强。(1)工业合成氨是化学平衡和化学反应速率的一个具体应用。既要考虑理论知识，又要兼顾实际生产。
(2) N2
＋
3H2
2NH3
起始n
3n
0
平衡n(1－x)
3n(1－x)
2nx
转化nx
3nx
2nx
由化学平衡常数表达式得将平衡时的数据代入，可得出K和x的关系：。
(3)正极为得电子反应，化合价降低，可分析为N2从0价转变为－3价的。
(4)本题运用盖斯定律来解，由题给数据可写出其热化学方程式：
CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3
kJ·mol－1①
CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g)
ΔH＝－283
kJ·mol－1②
H2(g)＋1/2O2(g)H2O(l)
ΔH＝－285.8
kJ·mol－1③
H2O(g)H2O(l) ΔH＝－44.0
kJ·mol－1④
将①－②－③×3＋④可得ΔH＞0。
答案：(1)加压有利于平衡正向移动，提高原料气的转化率 提高反应速率，缩短达到平衡的时间
(2)
(3)N2＋6e－＋8H＋===2 (4)＞第三、四单元
硫酸工业及铝的冶炼
〔知识回顾〕
写出接触法制硫酸的化学原理
思考加快固体和气体反应速率的方法？思考可以使二氧化硫充分转化成三氧化硫的方法
在合成氨气的实验中如何选择反应的条件？如何充分利用能量
请列举冶炼金属的工业方法？从原理上指出钠、镁、铝、铁、铜、银、金的冶炼方法，方法选择的依据是什么？
〔知识学习〕
工业制硫酸的三原理对应的三设备是什么？三原理是如何指导三设备的设计的？三设备的设计哪些方面考虑了速率因素？哪些方面考虑了平衡因素？哪些方面考虑了工业效益？
为何进行二氧化硫气体的净化？为什么不直接使用水来吸收三氧化硫？二氧化硫中含有三氧化硫如何除去？硫酸为什么不氧化还原性较强的二氧化硫？
9.
如何治理工业三废？
习题巩固：
在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见下图。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为
A．
SO2
B．
SO3，O2
C．
SO2，
O2
D．SO2，SO3
硫铁矿高温下空气氧化产生二氧化硫：4FeS2＋11O2→8SO2＋2Fe2O3设空气中N2、O2的含量分别为0.800和0.200（体积分数，以下气体含量均用体积分数表示），试完成下列各题：
（1）1.00mol
FeS2完全氧化，需要空气的体积（标准状况）为
L
（2）55L空气和足量FeS2完全反应后，气体体积（同温同压）变为
L
（3）用空气氧化FeS2产生的气体混合物中，O2的含量为0.0800，计算SO2的含量。
（4）设FeS2氧化产生的气体混合物为100L，其中O2为aL，SO2为bL。
①
写出a和b的关系式②
在右图中画出a和b的关系曲线（FeS2氧化时，空气过量20%）
说明：为方便作图，纵坐标用13b表示
工业上测量SO2、N2、O2混合气体中SO2含量的装置如下图；反应管中装有碘的淀粉溶液。SO2和I2发生的反应为（N2、O2不与I2反应）：SO2＋I2＋2H2O→H2SO4＋2HI
（1）混合气体进入反应管后，量气管内增加的水的体积等于
的体积（填写气体的分子式）。
（2）反应管内溶液蓝色消失卮，没有及时停止通气，则测得的SO2含量
（选填：偏高，偏低，不受影响）。
（3）反应管内的碘的淀粉溶液也可以用
代替（填写物质名称）。
（4）若碘溶液体积为VamL．，浓度为C
mol·L－1，N2与O2的体积为VbmL（已折算为标准状况下的体积）。用C、Va、Vb表示SO2的体积百分含量为：
。
（5）将上述装置改为简易实验装置，除导管外，还需选用的仪器为．
（选下列仪器的编号）。
a．烧杯
b．试管
c．广口瓶
d．容量瓶
e．量筒
f．单孔塞
g．双孔塞
（1）用含硫48%的硫铁矿为原料，用接触法制硫酸，如果原料的利用率为96%，硫酸的产率为90%30t硫铁矿能生产98%的硫酸多少吨？
（2）用含FeS290%的硫铁矿为原料，用接触法制硫酸，如果原料的利用率为96%，硫酸的产率为90%30t硫铁矿能生产98%的硫酸多少吨？
（3）用接触法制硫酸时，在吸收塔中用98%的浓硫酸1000g来吸收SO3，生成H2SO4·SO3，然后再稀释成98%的浓硫酸，可得98%的硫酸多少克？
在工业制取硫酸时，混合气体的组成是SO2占7%，O2占11%，N2占82%。将100体积的混合气体通入接触室反应后，在恢复到原来的温度和压强后导出气体的体积变为97.2体积，则SO2的转化率为
A、40%
B、60%
C、80%
D、90%
在氧气中充分煅烧1g铁和硫组成的化合物，使其中的硫全部转化为SO3气体，然后又全部转化为硫酸，这些硫酸恰好被60mL0.5mol·L-1的NaOH溶液完全中和，则原化合物中硫的质量分数为
A、48%
B、44%
C、34%
D、42.8%
第四单元
铝的冶炼
〔知识学习〕
请以线图的方式表示利用铝土矿（含杂质Fe2O3、SiO2）提纯得到三氧化二铝，并写出反应方程式
电解氯化钠得到金属钠，电解氯化镁得到金属镁，为何不电解其氧化物得到对应金属？为什么不能电解氯化铝得到金属铝，直接电解氧化铝得到金属铝的困难何在？科学家是如何解决这一难题的？解决该难题的意义何在？
观察图2-16解释装置如此设计的意图，预测在生产中可能存在的问题是什么？
〔习题巩固〕
1.
冶炼金属一般有下列方法：①焦炭法
②水煤气（或氢气，2.
或一氧化碳）法
③活泼金属置换法
④电解法;四种方法在工业上均有应用。
（1）请对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入表中空格：
火烧孔雀石炼铜
湿法炼铜
铝热法炼铬
从光卤石中炼镁
火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式（写主要的两个）：________
、__________。
（2）请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个（用化学方程式表示）：
②____________________________________
、③____________________________________
、
④____________________________________
。
3.
下列反应原理不4.
符合工业冶炼金属实际情况的是
（A）
（B）
（C）
（D）
5.
冰晶石在冶炼铝的过程中的作用是A催化剂B助熔剂C氧化剂D还原剂
6.
下列关于铝的冶炼的说法正确的是
A用石墨作阳极，7.
阳极因高温与氧气反应而8.
不9.
断减少，10.
因此要不11.
断更换阳极
B用石墨作阴极，12.
利用了石墨的稳定性
C
不13.
能用电解氯化铝来得到金属铝，14.
是因为氯化铝的熔点高
D冰晶石的加入，15.
有利于降低能耗，16.
降低冶炼成本。
17.
Fe是地壳中含量很丰富的元素，18.
也是生物体所必需的元素。
自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿。金属铁是在高炉中冶炼的，19.
高炉炼铁除了加入铁矿石外，20.
还需加入焦炭和石灰石。请填空：
①写出磁铁矿主要成分的化学式：_______________________。
②写出赤铁矿还原成铁的化学方程式：__________________________。
③写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：______________________。
④写出CaCO3所参与反应的两个化学方程式：______________________________。
21.
（1）用铝热反应把V2O5中的V还原出来，22.
每还原得到1
mol
V则被氧化的铝的物质的量是______mol，23.
反应方程式____________________
。
（2）利用铝热反应原理，24.
将铝粉、石墨和二氧化钛按一定的比例混合置于金属表面上，25.
在高温下煅烧可制得耐热物质TiC。试进一步写出反应的方程式：______________________。（用双线桥分析电子得失）
26.
某课外活动小组加热炭粉（过量）和氧化铜的混合物。再用图11—9装置，27.
对获得的铜粉（含炭）样品进行实验。图中铁架台等装置已略去。请你帮助他们完成下列报告。
图11—9
(1)
实验目的：______________________
(2)
实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬质玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等
药品：红褐色（含炭）样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等
(3)
实验内容：
(4)
计算：样品中铜的质量分数＝________（用含Ｗ、ｍ1、ｍ2的代数式表示）
(5)
问题和讨论：
实验完成后，(6)
老师评议说：按上述实验设计，(7)
即便C中反应完全，(8)
D中吸收完全，(9)
也不(10)
会得出正确的结果。经讨论，(11)
有同(12)
学提出在B与C之间加入一个装置。再次实验后，(13)
得到了较正确的结果。那么，(14)
原来实验所测得的铜的质量分数偏小的原因可能是______________
。在B与C之间加入的装置可以是______________
，(15)
其中盛放的药品是__________________。
28.
铁是自然界里分布最广的金属元素之一，29.
在地壳中的质量约占5%左右。铁矿石的种类很多，30.
重要的有磁铁矿石（主要成分是Fe3O4）、赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）等。
（1）写出用赤铁矿炼铁的主要化学反应方程式：__________________。
（2）红热的铁能跟水蒸气起反应，31.
有一种产物是可燃气体，32.
则其化学反应方程式为：___________________。在常温下，33.
铁跟水不34.
起反应。但是，35.
在水和空气里的氧气及二氧化碳等的共同36.
作用下，37.
铁很容易生锈而38.
被腐蚀，39.
每年因腐蚀而40.
损失的钢材占世界钢铁产量的四分之一。刷油漆是重要的防腐蚀措施之一，41.
油漆防腐蚀的主要原理是____________________
。
（3）铁元素是人体的重要营养元素，42.
举一例说明铁元素在人体中的重要作用__________第一单元 氨的合成
1．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，知道催化剂的研制对促进化工发展的重大意义，认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强技术意识。
2．从合成氨工业流程与技术出发了解化学在工农业生产中的具体应用，认识化学学科发展对化工生产技术进步的促进作用，认识化学工业在国民经济发展中的地位。
卡尔·博施是德国工业化学家。他的主要贡献是改进了哈伯首创的高压合成氨法，找到了合适的氧化铁型催化剂，使合成氨生产工业化，称为“哈伯—博施法”。1908～1913年他改进了高压合成氨的催化方法，实现了合成氨的工业化生产，并在发展高压化学方面取得了成就。因此他获得了1931年的诺贝尔化学奖。他的高压化学方法标志着化学合成工艺的巨大进步，此外，他还进行了合成汽油、合成甲醇的研究工作。
一、合成氨反应条件的选择
1．合成氨反应的特点
合成氨是20世纪初德国人哈伯发明的。实际生产在高压、适宜温度和催化剂条件下进行：
N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH＝－92.4
kJ·mol－1，这一可逆反应的特点是正反应为气体体积减小的放热反应。
2．合成氨反应条件的选择
在合成氨生产中要综合考虑反应速率、催化剂工作温度、反应物转化率、反应装置材料与生产技术水平来确定反应的条件。
目前，工业上用铁触媒作催化剂，在20～50MPa、450
℃左右用氮、氢混合气体进行氨的合成，得到的平衡混合物中，氨的含量约为20%。
二、合成氨的生产工艺
1．合成氨的工业流程
(1)制备原料气。
合成氨的生产首先需要合成原料气。原料气由体积比约为1∶3的氮气和氢气组成。
(2)反应前原料气的处理。
把原料气加压、预热后送到合成塔。
(3)合成反应。
在一定条件下发生合成反应，就可以得到含有一定质量分数氨气的平衡混合气。
(4)反应后平衡混合气体的处理。
从合成塔里排出的平衡混合气体中分离出氨气后，把未反应的氮、氢原料气送回合成塔循环利用。
2．合成塔的构造特点
原料气从塔底进入，向上流经外筒的环隙，至顶端后再进入热交换器。折流向下的气体穿过热交换器的管间，被加热到400
℃左右进入第一层催化剂，经反应后温度上升到500_℃左右。在第一、二层间，反应气与冷的原料气混合后进入第二层催化剂，以此类推，最后的气体从第四层催化剂底部排出，折流向上穿过中心管，再经热交换器的管内换热后自塔顶排出塔外。
思考讨论：观察教科书中所示的合成氨塔结构，请思考问题：
为什么原料气从塔底流经外筒环隙进入？为什么气体在反应前后都要通过热交换器？
提示：原料气从塔底流经外筒环隙进入，原料气在反应前后都要通过热交换器，这样使温度低的原料气与管内温度较高的平衡混合气逆向流动，目的是充分利用反应放出的热量，提高热交换效率。
一、合成氨条件的选择
外界条件
有利于增大速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
综合分析结果
实际生产中选择的条件
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度，减小产物的浓度
不断补充反应物，及时分离出产物
N2与H2体积比约为1∶3，及时将氨气分离出，循环操作
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
铁触媒(催化剂的活性最大)
温度
高温
ΔH＜0，选择低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
450
℃左右
压强
高压
Δn(g)＜0，选择高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
20～50
MPa
二、合成氨的基本生产过程
1．造气
原料气中的氮气来自于空气，而氢气来自于含氢的天然气、煤、炼油产品。以天然气为原料时，反应可简单表示为CH4＋H2OCO＋3H2，CO＋H2OCO2＋H2。
2．原料气的净化
(1)对原料气净化的原因：在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”，所以必须除去，这一过程称为原料气的净化。
(2)吸收H2S：用稀氨水吸收H2S杂质：NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O。
(3)除去CO：制造原料气过程中产生的CO必须变成CO2除去。工业生产中在催化剂(如Fe2O3和CuO等)作用下，一氧化碳可以与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气：CO＋H2OCO2＋H2。生成的二氧化碳，常采用K2CO3溶液吸收：K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3。
(4)精制原料气：原料气通过用醋酸、铜和氨配制成的溶液来吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害气体，进行精制处理。
3．氨的合成与分离
净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，氮气与氢气在高温、高压和催化剂作用下合成氨。从合成塔出来的混合气体，通常约含20%(体积分数)的氨。为了使氨从没有起反应的氮气和氢气里分离出来，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐。由气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。
拓展思考：如何防止催化剂的中毒？
提示：催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂的中毒。一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据而引起中毒。催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。催化剂中毒会严重影响
生产的正常进行。工业上为了防止催化剂中毒，一方面要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本；另一方面，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，也是一个重要的化工生产研究方向。
三、合成氨工业的发展
1．原料及原料气的净化
作为原料气之一的氮气来自空气，可谓取之不尽用之不竭，因此，制氢气的工艺和技术成为研究的主要课题。早期的合成氨工业，主要以焦炭与水为原料生产水煤气以得到氢气。现在已经可以使用各种不同的固态(煤和焦炭等)、液态(石油中提炼的石脑油和重油等)和气态(天然气、焦炉气等)可燃物作为制氢气的原料，由于原料不同，原料气的净化工艺和技术也不断改进。
2．催化剂的改进
催化反应过程的工艺条件常常决定于催化剂的性能，由于催化剂的突破而彻底改变工艺过程及条件的事例屡见不鲜。合成氨时，使用磁铁矿催化剂已经80多年，其间各国一直在进行研究和改进。例如，有采用钌为基础活性物质的新型催化剂，整个工艺流程也以此为核心设计。
3．环境保护
(1)废渣的处理：主要来自造气阶段，特别是以煤为原料而产生的煤渣，用重油为原料产生的炭黑等，现在大都将它们用作建材和肥料的原料。
(2)废气的处理：主要是H2S和CO2等有害气体。对H2S的处理，先后采用了直接氧化法(选择性催化氧化)、循环法(使用溶剂将其吸收浓缩)等回收技术。CO2虽然是无毒无害的物质，但随着人们对其可能产生温室效应的关注，减少CO2的排放逐渐受到重视，所以，在不断研究和改进将其作为尿素和碳铵生产原料的途径。
(3)废液的处理：主要是含氰化物和含氨的污水。目前，处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法；处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的，对浓度过低的含氨废水，可用离子交换法治理。
知识点1
合成氨反应条件的选择
【例题1】下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是( )。
A．使用铁触媒，将N2和H2混合有利于合成氨
B．高压比常压条件更有利于合成氨
C．450
℃左右比室温更有利于合成氨
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
解析：勒夏特列原理运用范围，就是能使已平衡的可逆反应发生平衡移动的一些因素。选项A中催化剂不能使平衡移动。选项B中加压可使合成氨反应正向移动。选项C中高温不利于合成氨，只能加快反应速率，另外，450
℃左右铁触媒活性最大。选项D中，循环使用，不涉及平衡移动问题。
答案：B
点拨：勒夏特列原理只能解释有关平衡移动问题，不能用于解释化学反应速率问题。有效碰撞理论、勒夏特列原理各有其应用的对象，应加以区分。
知识点2
综合考查合成氨的实验流程
【例题2】(2010·广东模拟)工业生产硝酸铵的流程图如下：
请回答下列问题：
(1)写出硝酸铵在工农业生产中的主要用途：_________________________________(任写一条)。
(2)已知N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH＝－92
kJ·mol－1。请回答：
①在500
℃、2×107
Pa和铁触媒作催化条件下向一密闭容器中充入1
mol
N2和3
mol
H2，充分反应后，放出的热量________(填“＜”“＞”或“＝”)92.4
kJ，理由是________________________________________________________________________。
②为有效提高氢气的转化率，实际生产中宜采取的措施有________。
A．降低温度 B．最适合催化剂活性的适当高温 C．增大压强 D．降低压强 E．循环利用和不断补充氮气 F．及时移出氨
(3)写出氨在铂铑合金网催化氧化的化学方程式：________________________________。
(4)在一定温度和压强的密闭容器中，将物质的量为3∶2
的H2和N2混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气中氨的体积分数为15%，此时H2的转化率为________。
(5)请写出实验室检验产品中阳离子的方法：__________________________________。
(6)硝铵受热会发生爆炸，在某温度下反应生成N2，其中被氧化和被还原的氮原子为5∶3，请写出该反应的化学方程式：__________________________________________________。
解析：本题考查化学工业的知识。反应热是指物质按方程式中的化学计量数完全参加反应后的能量变化，而合成氨的反应为可逆反应，因此1
mol
N2不可能全部参加反应。根据热化学方程式可判断此反应的正反应为气体体积减小的放热反应，所以增大压强、增加反应物以及减少生成物均可使平衡正向移动。
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
初始n/mol 2 3 0
转化n/mol a 3a 2a
平衡n/mol 2－a 3－3a 2a
则平衡时氨的体积分数为×100%＝15%，a≈0.33，则氢气的转化率为×100%＝33%。
氨气为中学阶段所学的唯一的一种碱性气体，因此常利用铵离子在碱性条件下加热得到氨气来鉴别铵盐。
答案：(1)可做氮肥等
(2)①＜ 在1.01×105
Pa和298
K条件下，1
mol氮气和3
mol氢气完全反应生成2
mol氨气，放出92.4
kJ热量，但该反应为可逆反应，不可能进行完全 ②CEF
(3)4NH3＋5O24NO＋6H2O
(4)33%
(5)取少量产品于试管中，加入NaOH溶液，微热，产生使红色石蕊试纸变蓝的气体
(6)5NH4NO32HNO3＋4N2↑＋9H2O
点拨：工业化学与化学平衡的结合也是最近出现的考题内容，另外还有与硫酸工业的结合考查。在解答这些题目时，一方面要注意理论知识的应用，另一方面还要注意实际操作的可行性。
1合成氨所用的H2可由煤与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0，欲提高CO转化率可采用的方法有：①降低温度；②增大压强；③使用催化剂；④增大CO的浓度；⑤增大水蒸气的浓度。其中正确的组合是( )。
A．①②③④⑤
B．①⑤
C．①④⑤
D．只有⑤
解析：该反应是一个气体总体积不变的放热反应，欲提高CO的转化率，可设法使化学平衡向正反应方向移动，显然降低温度可以满足这一要求，增加水蒸气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率也可以增大；但若增加CO的浓度，平衡虽然向右移动，但CO的总量增大，其转化率反而减小。增大压强和使用催化剂的操作只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，而与平衡时CO的转化率无关。
答案：B
2一定条件下，合成氨反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0%，与反应前的体积相比，反应后体积缩小的百分率约是( )。
A．16.7%
B．20.0%
C．80.0%
D．83.3%
解析：设达到平衡后混合气体的体积为1
L，则其中生成氨气的体积为1
L×20.0%＝0.2
L。则根据反应的方程式有：
N2＋3H22NH3 ΔV
1
3
2
2
0.2
L
0.2
L
所以平衡前混合气体的体积为1
L＋0.2
L＝1.2
L，因此反应后气体体积缩小率为×100%≈16.7%。
答案：A
3利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下：
依据上述流程，完成下列填空：
(1)天然气脱硫时的化学方程式是____________。
(2)n
mol
CH4经一次转化后产生CO
0.9n
mol，产生H2________mol。(用含n的代数式表示)
(3)K2CO3溶液和CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是____________________。
A．相似相溶原理
B．勒夏特列原理
C．酸碱中和原理
(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于__________(写出CO2的一种重要用途)。
(5)整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3溶液循环，请在上述流程图中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。
解析：(1)流程图中已给出反应物是H2S和Fe(OH)3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4没有参与反应，写出方程式再配平即可。
(2)写出此反应的方程式：CH4＋H2OCO＋3H2，就很容易看出产生H2应为3×0.9n
mol＝2.7n
mol。
(3)CO2为气体，加压有利于平衡右移，利用的是勒夏特列原理。
(4)此题考查了CO2的用途，写任一种用途即可。
(5)合成氨反应是一可逆反应，H2和N2的转化率低，必须循环利用。
答案：(1)3H2S＋2Fe(OH)3===Fe2S3＋6H2O
(2)2.7n (3)B (4)生产纯碱(或作制冷剂等，其他合理答案也可以)
(5)(共32张PPT)
专题归纳整合
请用一句话表达下列关键词：
电解 化学平衡 化学平衡移动 盐类水解 金属冶炼 催化剂 工业三废
提示 电解：在直流电的作用下，阴阳离子分别在两个电极上发生氧化还原反应的过程，是将电能转化为化学能。
化学平衡：在一定条件下的可逆反应，当v正与v逆相等时，各组分的含量不再发生变化的状态。
化学平衡移动：对于一个处于平衡状态的可逆反应，当外界条件改变时，v正与v逆不再相等到两者达到相等(新平衡)的过程。
盐类水解：弱碱阳离子或弱酸阴离子结合水电离出的OH－或H＋生成弱碱或弱酸的反应。
金属冶炼：由化合态的金属元素被还原为游离态(金属单质)。
催化剂：在一个反应中，能够改变其反应速率，而反应前后自身的质量和化学性质不变的物质。
工业三废：废气(如SO2、CO、NO等)，废水(含有害物质)、废渣。
1．电解池与原电池有什么区别？
提示
原电池
电解池
电镀池
定义
将化学能转变成电能的装置
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置
原电池
电解池
电镀池
形成条件
①活泼性不同的两电极(连接)
②电解质溶液(电极插入其中，并与电极发生自发反应)
③形成闭合回路
①两电极接直流电源②两电极插入电解质溶液中③形成闭合回路
①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极②电镀液必须含有镀层金属的离子(电镀过程浓度不变)
续表
电极名称
负极：氧化反应，金属失电子或者氢气等还原性物质失电子
正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子(吸氧腐蚀)
阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子
阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子
阳极：金属电极失电子
阴极：电镀液中镀层金属阳离子得电子(在电镀控制的条件下，水电离产生的H＋及OH－一般不放电)
电子流向
同电解池
(1)同一原电池的正、负极的电极反应中得、失电子数相等。(2)同一电解池的阴、阳极的电极反应中得、失电子数相等。(3)串联电路中的各个电极反应时得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等；在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算
2.
影响化学平衡移动的因素有哪些？
提示 温度、压强、浓度
3．盐类水解规律是什么？
提示 谁弱谁水解，谁强显谁性
有弱才水解，无弱不水解
都弱都水解，越弱越水解
4．金属冶炼方法有哪些？
1．电解质在电解时有什么规律？
提示
类型
电极反应特点
实例
电解
物质
电解质
溶液浓度
pH
电解质
溶液复原
电解
水型
阴极：
4H＋＋4e－2H2↑
阳极：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
NaOH
水
增大
增大
水
H2SO4
水
增大
减小
水
Na2SO4
水
增大
不变
水
续表
电解电
解质型
电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
氯化氢
CuCl2
电解质
减小
不变
氯化铜
放H2
生碱型
阴极：放出H2生成碱
阳极：电解质阴离子放电
NaCl
电解质
和水
生成新
电解质
增大
氯化氢
放O2
生酸型
阴极：电解质阳离子放电
阳极：OH－放电生成酸
CuSO4
电解质
和水
生成新
电解质
减小
氧化铜
2．催化剂为什么只能加快反应速率而不能引起化学平衡的
移动？
提示 对一个可逆反应来说，使用催化剂时，正逆反应速率均增大且增大的程度相同，即v正与v逆仍相等，故化学平衡不移动。
3．利用电化学原理怎样保护金属不受腐蚀？
提示 牺牲阳极的阴极保护法和外加直流电源的阴极保护法。
4．如何科学地治理“工业三废”？
提示 “三废”主要是指废气、废水和废渣。治理“三废”要从设计生产工艺与选择原料做起，即从源头上根本性的解决问题，其次是把好排放关，对排出的“三废”的处理，要尽最大努力使垃圾资源化，最低要求是垃圾无害化。
5．化工生产厂址的选择的原则是什么？
提示 综合考虑原料、水源、能源、土地供给、市场需求，交通运输和环境保护等诸多因素，权衡利弊做出合理定址。
学科思想培养二
有关化工生产工艺的命题角度和解题指导
化学生产工艺是人类对自然资源利用的一项技术，自然资源丰富，利用化学原理为指导可对自然资源进行开发和利用，如合成氨工业、氯碱工业、硫酸工业、硝酸工业，从海水提取Mg、Br2、I2等，化学生产工艺为人类生活带来了很大的方便，因此在高考命题中成为命题的一个热点，多以综合题型呈现，具体有以下几个考查方向。
硫酸是许多化学工业的原料，其消费量可作为一个国家工业发展水平的一个标志。硫酸工厂厂址的选择是一个复杂的问题，如图是影响化工厂选址的部分因素。又已知硫酸是一种腐蚀性的液体，不便较多储存，需随产随销。另外，硫酸的运输价格也比较贵，据估算，1
t
H2SO4的运价约为同质量硫铁矿的三倍。
【例1】
据以上信息，分析下列条件：
条件(1)：
①A城市郊区有丰富的硫铁矿资源，水源、能源充足，交通方便。
②A城市需要使用硫酸的工业不多，而离它远的B城市却是一个消耗硫酸甚多的工业城市。
③A城市是一个风光秀丽的城市，对环境保护的要求甚高，而且土地价格较贵，土地供应紧张。
条件(2)：
①C地是重要的农业区，需消耗大量肥料。
②C地有丰富的磷灰石矿藏，水源、能源充足，土地价格较低，土地供应充足，交通方便。
③磷肥是由磷灰石[有效成分是Ca3(PO4)2]与H2SO4作用制得的，制造磷肥需消耗大量硫酸。
④C地无磷肥厂和硫酸厂，在相邻的D地有丰富的硫铁矿资源。
从不同的角度考虑在A、B、C、D四城市中，你认为应该建设硫酸厂的城市是哪个？应该建造磷肥厂的城市是哪个？为什么？
解析 对题目所给的条件必须一一对照比较，如题图所列，硫酸厂选择牵涉到的问题。
答案 B城市和C城市应该建硫酸厂；C城市应该建磷肥厂。
(1)A城市虽然接近原料供应地，但硫酸需求量不多，对环保的要求高，土地价格贵，如果在该地建污染较严重的硫酸厂，必然会破坏旅游资源，得不偿失。因此不适合建立硫酸厂。
B城市对硫酸的需求量多，且是一个工业城市，可以考虑建立硫酸厂。再运送少量硫酸到A城市供应生产的需求，这样资源配置比较合理。
(2)C地有磷灰石矿藏，水源、能源充足，土地价格较低，土地供应充足，交通方便，适合建立磷肥厂。但制磷肥要消耗大量硫酸，且C地无硫酸厂和磷肥厂，而邻近的D地有丰富的硫铁矿资源，暗示可以通过运送硫铁矿的方法在C地建硫酸厂是可行的。因此在C地建大型的磷肥厂，并配套建大型的硫酸厂是正确的。
【解题指导】
依据化学反应原理中影响化学反应速率和化学平衡移动的条件，从生产实际出发，结合生产设备的承受能力和经济效益，选择适宜的生产条件。
工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下(原料气中各成分的体积分数为SO2 7%，O2 11%，N2 82%)：
【例2】
压强/MPa
转化率/%
温度/℃
0.1
0.5
1
10
400
99.2
99.6
99.7
99.9
500
93.5
96.9
97.8
99.3
600
73.7
85.8
89.5
96.4
(宁夏高考)
(1)已知SO2的氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？________________________________________；
(2)在400～500
℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是___________________________________；
(3)选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？________(填“是”或“否”)，是否可以增加该反应所放出的热量________(填“是”或“否”)；
(4)为了提高SO3吸收率，实际生产中用________吸收SO3；
(5)已知：2SO2(g)＋O2(g),2SO3(g)；ΔH＝－196.6
kJ·mol－1，计算每生产1万吨98%的硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。
解析 (1)从表中数据可以看出当压强一定时随温度的升高，SO2的转化率降低可说明反应逆向进行，因此可得出结论。(2)因为400～500
℃时SO2的转化率已经较高，增大压强对提高SO2转化率影响不大，反而会增加成本。(3)催化剂只能改变反应速率，不能改变SO2的转化率，也就不能影响反应放出的热量的多少。(4)因SO3与水反应是一个放热反应，为了提高SO3的吸收率，工业生产中常用98%以上的浓H2SO4吸收SO3。
答案 (1)压强一定时，温度升高，SO2转化率下降，说明升温向逆反应方向进行，所以正反应为放热反应
(2)增大压强对提高SO2转化率无显著影响，反而会增加成本
(3)否 否 (4)98%的浓硫酸
(5)解 1万吨98%的硫酸含H2SO4的质量：9.8×109
g
设需要SO3的质量为x，该反应产生的热量为y。
倡导“变废为宝、循环利用、绿色处理”，做到人与环境和谐相处。
【解题指导】
工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2、微量的SO3和酸雾。为了保护环境，同时提高硫酸工业的综合经济效益，应尽可能将尾气中的SO2转化为有用的副产品。请按要求回答下列问题：
(1)将尾气通入氨水中，能发生多个反应，写出其中可能发生的两个氧化还原反应的化学方程式：__________、______。
【例3】
(江苏高考)
(2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氢铵，此时溶液的温度会自行降低，并析出晶体。①导致溶液温度降低的原因可能是________；②析出的晶体可用于造纸工业，也可用于照相用显影液的生产，已知该结晶水合物的相对分子质量为134，则其化学式为________；③生产中往往需要向溶液中加入适量的对苯二酚和对苯二胺等物质，其目的是________。
(3)能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是________(填字母)。
A．NaOH溶液、酚酞试液
B．KMnO4溶液、稀H2SO4
C．碘水、淀粉溶液
D．氨水、酚酞试液
解析 (1)SO2和SO3都是酸性氧化物，可跟碱、水反应，由此可想到尾气通入氨水中可能发生的多个反应；＋4价硫在水溶液中有较强的还原性，尾气中含有O2，由此可想到多个反应中的氧化还原反应。
(2)①溶液温度降低一定是反应吸热所致；②析出的晶体用于造纸和显影液的制造，说明晶体中含有还原性＋4价硫，因此推知晶体的主要成分为(NH4)2SO3，根据相对分子质量为134，可推出其化学式为(NH4)2SO3·H2O；③根据对苯二酚具有还原性(或＋4价硫有还原性)推出加入对苯二酚和对苯二胺的目的。
(3)要测定尾气中SO2的含量，则所选物质的反应要较唯一，且反应后现象明显，故选B、C。
(1)2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4 2NH4HSO3＋O2===2NH4HSO4 (2)①反应吸热 ②(NH4)2SO3·H2O ③防止亚硫酸铵被氧化 (3)BC
答案 (共24张PPT)
第三单元 硫酸工业
1．氧化还原反应的本质和特征是什么？
提示 电子转移，元素化合价升降。
2．SO2中硫元素的价态为多少？据此判断SO2的氧化性和还
原性？
提示 ＋4价，居中间价态，故SO2既具有氧化性又具有
还原性。
3．导致酸雨的气体主要有哪些？“工业三废”是指什么？
提示 SO2、NOx；废气、废水、废渣
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
发展概况。
2．掌握工业制硫酸的工艺流程。
3．认识化学平衡原理在化工生产中的实际应用。
4．初步了解生产中三废的处理和利用。
从硫铁矿制造二氧化硫，是先将矿物
，放入
中，从该炉下部通入空气，在高温下鼓入炉中的
把矿石小颗粒扬起，呈沸腾状燃烧氧化。
硫铁矿沸腾焙烧得到的炉气中除了含有二氧化硫外，还含有多种杂质。这些杂质有的使催化剂
、
，有的对反应设备有
作用，有的使制得的硫酸
。所以，从沸腾焙烧炉出来的高温炉气需要经过
、
和
。焙烧工序产生的矿渣和粉尘，经冷却增湿后，被送到钢铁厂作为
原料。
粉碎
沸腾焙烧炉
空气
中毒
失效
腐蚀
带色
冷却
除尘
酸洗
1.硫磺或硫铁矿的燃烧
炼铁
2．二氧化硫的催化氧化
精制得到的炉气补充空气后送入装有
的接触室，氧化生成三氧化硫。二氧化硫的催化氧化是一个
热的
反应。反应在450
℃左右进行，有利于
。
3．三氧化硫的吸收
三氧化硫进入吸收塔后用
吸收，得到浓硫酸或发烟硫酸。不用水来吸收三氧化硫是为了
。
钒催化剂
可逆
钒催化剂发挥催化作用
98.3%的硫酸
避免产生酸雾而降低吸收效率
放
1.
废渣：硫铁矿沸腾焙烧产生的炉渣中含铁量大于45%，可以
用于
等产品。
2．废液：用水洗涤、净化沸腾焙烧炉的炉气，产生废水。废水中主要含有
、
、
、
等，一般用
，形成
可以吸附重金属离子使污水净化。
3．废气：由吸收塔排出的尾气中二氧化硫的含量如果超过500
μL·L－1，就要加以处理后才能排出。处理的方法之一是
。
炼铁及制造硫酸铁、氧化铁红颜料
微量硫酸
氟化物
铁离子
铅离子
石灰中和硫酸
氢氧化铁絮状沉淀
用氨水洗涤烟气脱硫
在实际硫酸工业中，吸收SO3的试剂是什么？为什么采用逆流吸收方式？
提示 并不是用H2O直接吸收而是用98.3%的浓H2SO4，这样可避免因SO3与H2O反应放热而形成酸雾，同时采取逆流方式吸收可提高SO3的吸收率。
【慎思1】
硫酸生产尾气中的少量SO2是如何吸收利用的？
提示 SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O
CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O
从化学反应速率与化学平衡角度，如何提高SO3的产量从而提高H2SO4的产量？
【慎思2】
【慎思3】
SO2进行催化氧化之前为什么对沸腾焙烧炉出来的炉气净化？
提示 防止气体中的杂质引起催化剂中毒。
浓H2SO4怎样存放和运输？
提示 在常温下，浓H2SO4存放在铁质槽车进行运输。
【慎思4】
【慎思5】
接触法制硫酸时，反应的重要条件是
( )。
A．二氧化硫必须提纯
B．必须用纯氧不可用空气
C．催化剂需要加热
D．三氧化硫需用稀硫酸吸收
解析 接触法制硫酸时制得的SO2必须先除去其中所含的杂质，因为炉气中含有的水蒸气会腐蚀设备，对设备带来不良影响，砷、硒化合物和矿尘等能使催化剂中毒，因而进行催化氧化反应前必须先进行除杂等操作；制H2SO4时使用的是空气而不是纯氧；进行SO2的催化氧化时使用的温度是400～500
℃；对三氧化硫进行吸收时只能使用浓H2SO4，因为使用水或稀硫酸容易形成酸雾，妨碍吸收的进行。
答案 AC
【例1】
催化剂必须在适宜的温度下才能发挥其催化作用，同时催化剂遇到杂质易引起催化剂中毒而降低催化活性。
以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：
【体验1】
(2)接触室中发生反应的化学方程式是__________________。
(3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是(选填序号字母)________。
a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
b．过量空气能提高SO2的转化率
c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率
d．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
解析 (1)黄铁矿的主要成分为FeS2，同时根据质量守恒也可推出。
(2)接触室实现了SO2氧化为SO3的目的。
(3)a相当于增大接触面积，正确；b中增加O2的量可使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率，正确；c中催化剂只对反应速率有影响，对平衡无影响，错误；d中矿渣含大量Fe2O3可用于炼铁，正确。
生产硫酸主要化学过程可分为二氧化硫的生成和二氧化硫转化为三氧化硫两个阶段。
1．生产阶段：(1)硫磺或硫铁矿的燃烧氧化；(2)二氧化硫的催
化氧化；(3)三氧化硫的吸收。
(1)设备：沸腾焙烧炉
(2)温度：炉膛温度775～825
℃，炉顶温度：900～950
℃
(3)含硫矿石在炉内燃烧，要先粉碎，并采用沸腾焙烧的好处：粉碎增大了固体表面积，与氧气接触氧化(燃烧)充分；沸腾焙烧，使粉末均匀接触氧气，矿石氧化更全面。
(4)炉气处理：冷却、除尘、酸洗，得到精制炉气进入接触室。
矿渣和粉尘处理：冷却增湿后，送钢铁厂作炼铁原料。
2．含硫矿石的燃烧
(1)设备：接触室(钒催化剂)。
(2)温度：450
℃左右。
(3)热交换器：充分利用SO2催化氧化过程中的反应放热。
方式：净化后的炉气(冷气)在交换器管外上升被预热，再进入接触室顶部，催化反应后，再从交换器管内流过，释放热量。
吸收剂：98.3%浓硫酸。
流向：逆流方式(气体从塔底通入，浓H2SO4从塔顶喷淋下
来)。
3．二氧化硫的催化氧化
4．三氧化硫的吸收
在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的原因二者都正确的是
( )。
A．硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎，这样易于向沸腾炉中投料
B．炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易
与SO2反应
C．SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可提高SO2的转化率
D．接触室的反应温度控制在400～500
℃，因为在这个温度范
围内，反应速率和SO2的转化率都比较理想，且催化剂的活
性也较高
【例2】
解析 题中所提到的对硫酸工业采取措施的叙述都是正确的。但硫铁矿进入沸腾炉之前粉碎的原因是为了增大矿粒与空气的接触面积，使其燃烧得更快、更充分，从而提高硫铁矿的利用率；从沸腾炉出来的炉气必须净化干燥的目的是因为炉气中的一些杂质气体会使接触室中的催化剂中毒，使催化剂丧失活性，同时防止炉气中的水蒸气和SO2生成酸而腐蚀管道；SO2转化为SO3时使用催化剂是为了缩短到达平衡的时间，但它并不能影响化学平衡的移动，并不影响SO2转化率的大小；接触室控制反应的温度在400～500
℃，这是综合考虑了催化剂活性、反应速率及SO2的转化率等因素而确定的，故D项正确。
答案 D
根据制备H2SO4的原理和条件设计合理的流程和生产设备。
在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见如图)。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为( )。
A．SO2
B．SO3，O2
C．SO2，O2
D．SO2，SO3
【体验2】
解析 干燥的SO2与O2发生化学反应的有利条件是催化剂和约450
℃的温度，在通常状况下不发生反应，在加热的条件下，也基本上不发生反应。从热交换器(或接触室)左侧进入热交换器的SO2与O2的混合气体，在热交换器内只是被加热升高温度，没有与催化剂接触，基本上没有SO3生成。从热交换器内出来的热的SO2与O2的混合气体，进入接触室内的催化剂区域后，发生可逆反应生成SO3。
答案 C专题二
从自然资源到化学品
〔课程标准要求〕
了解我国主要生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。
了解合成氨的主要反应原理、原料、重要设备、流程和意义，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。
用碳酸氢铵和食盐制备碳酸钠，了解氯碱工业的资料。
〔教学内容增减建议〕淡化合成氨的化学原理讲述，主要培养分析流程和装置图的能力，利用原料气的获得，强化反应方程式的书写；增加候氏制碱法的讲述。
〔课时安排〕第一单元用４课时；第二单元３课时，第三单元３课时。复习２课时。共１２课时
第一单元 氨的合成以及候氏制碱法（４、５、６课时）
〔知识回顾〕
从平衡的速率角度思考如何选择合成氨气的条件？
合成氨气的温度选择为什么选择５００摄氏度左右
为什么工业制硫酸中选择常压，而工业合成氨气选择高压？
工业设计考虑的因素有哪些？
〔知识学习〕
观察课本工业合成氨的流程图思考如何及时分离出氨气？原理是什么？
循环设计的目的是什么？如何实现循环？
原料气氮气的得到的途径你可以设计出哪些？你认为可行的方法是什么？能否直接利用空气？理由是什么？
你有几种方法得到氢气？你认为可行的研究方向为？利用水和煤得到氢气是普遍采用的方法请写出化学方程式，从实验的角度思考如何得到纯净的氢气？
请观察课本合成氨塔，思考合成氨气塔的设计的意图，为什么采用四层催化剂？热交换器的作用是什么？冷激气的设计思路是什么？
合成的氨气配水使用是一种肥料，为什么还要转化为铵盐或尿素？后者的好处是什么？
候氏制碱法的原理为： ， ，利用浓氨水、碳酸钙、盐酸、硝石灰、氯化铵、食盐为原料生产碳酸氢钠，并设计食盐测量所得产品中食盐的含量
习题巩固：
1、利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：
依据上述流程，完成下列填空：
（1）天然气脱硫时的化学方程式是
（2）n
mol
CH4经一次转化后产生CO
0.9n
mol、产生H2
mol（用含n的代数式表示）
（3）K2CO3（aq）和
CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是
（多选扣分）
（a）相似相溶原理
（b）勒沙特列原理
（c）酸碱中和原理
（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于
（写出CO2的一种重要用途）。
（5）整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）。
２、合成氨原料可以由天然气制取。其主要反应为：CH4（g）＋H2O（g）→CO（g）＋3H2（g）
（1）1m3（标准状况）CH4按上式完全反应，产生H2
mol。
（2）CH4和O2的反应为：2CH4（g）＋O2（g）→2CO（g）＋4H2（g）
设CH4同时和H2O（g）及O2（g）反应。1m3（标准状况）CH4按上述两式完全反应，产物气体的体积V（标准状况）为
。
（3）CH4和H2O（g）及富氧空气（O2含量较高，不同富氧空气氧气含量不同）混合反应，产物气体组成如下表：
气体
CO
H2
N2
O2
体积（L）
25
60
15
2.5
计算该富氧空气中O2和N2的体积比V（O2）／V（N2）。
（4）若CH4和H2O（g）及富氧空气混合反应的产物中，V（H2）／V（N2）＝3︰1
（合成氨反应的最佳比），则反应中的H2O（g）和富氧空气的体积比为何值
在合成氨时，将1体积氮气和3体积氢气混合后通过合成塔中催化剂，若从塔中导出的混合气体中，氨气的体积分数为12%，求N2和H2的体积分数各为多少
３、实验室用氨氧化制取NO2气体，可将下图中A，B，C三部分仪器直接相连来实现。
按上述装置制NO2时，在锥形瓶中常常观察到白色烟雾，试在方框I和II中分别出所需仪器，并在仪器中装入适当药品，能使锥形瓶中出现明显的红棕色NO2气体。
（1）在锥形瓶中出现白色烟雾的原因是______________
（2）现代工业生产硝酸，最主要的一个设备是___________制得HNO3的一般浓度为50%，若要制得更浓的HNO3，可用________作吸水剂，再经__________即可得到96%以上的浓HNO3
４.工业生产的纯碱常含有少量的NaCl等杂质．图2-3是测定产品中Na2CO3质量分数的实验装置．
操作步骤有：
A．在干燥管内填满碱石灰，质量为mg
B．取ng样品装入广口瓶中
C．检查装置气密性
D．关闭止水夹
E．打开止水夹
F．缓慢鼓入空气数分钟，再称干燥管质量为Wg
G．缓慢加入稀硫酸至不再产生气体为止
H．缓缓鼓入空气数分钟
(1)正确的操作顺序是(填符号)：C→________→E→________→D→________→G→________→F
(2)步骤F中，要缓缓鼓入空气数分钟，鼓入空气的目的是_________，装置甲的作用是________，装置乙的作用是_______．
(3)计算溶液中Na2CO3的质量分数的计算式是________．
(4)若去掉装置甲，测定结果会________，若去掉装置乙，测定结果会________．(填“偏大”、“偏小”或“无影响”．)
５、我国化学侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：
(1)
上述生产纯碱的方法称
，副产品的一种用途为
。
(2)
沉淀池中发生的化学反应方程式是
。
(3)
写出上述流程中X物质的分子式
。
(4)
使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了
（填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是
。
(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加
。
(6)
向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有
。
(a)
增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出
(b)
使NaHCO3更多地析出
(c)
使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度
６、根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na2CO3的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30～35℃，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得Na2CO3固体。
四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表
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
－①
－
－
－
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＞35℃NH4HCO3会有分解
请回答：
（1）反应温度控制在30～35℃，是因为若高于35℃，则
，若低于30℃，则
；为控制此温度范围，采取的加热方法为
。
（2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是
。静置后只析出NaHCO3晶体的原因是
。用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是除去
杂质（以化学式表示）。
（3）过滤所得的母液中含有
（以化学式表示），需加入
，并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH4Cl。
（4）测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是：准确称取纯碱样品W
g，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加1～2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色（指示CO32－＋H＋＝HCO3－反应的终点），所用HCl溶液体积为V1
mL，再加1～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液总体积为V2
mL。写出纯碱样品中NaHCO3质量分数的计算式：NaHCO3（％）＝
７、下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是
８、航天飞行器座舱内空气更新过程如图所示：
（1）Ⅱ是CO2和H2的反应装置，该反应的化学方程式
（2）从装置Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ可看出，O2的来源是CO2和H2O，宇航员每天消耗28mol
O2，呼出23
mol
CO2，则宇航员每天呼出的气体中含H2O
mol。
（3）以下是另一种将CO2转化为O2的实验设想
其中，由MgCl2·6H2O制取无水MgCl2的部分装置（铁架台、酒精灯已略）如下：
①上图中，装置a由
、
、双孔塞和导管组成
②循环物质甲的名称是
③制取无水氯化镁必须在氯化氢存在的条件下进行，原因是
④装置b中填充的物质可能是
（填入编号）
c.硅胶
f.碱石灰
g.
无水氯化钙
h.浓硫酸
⑤设计d装置要注意防止倒吸，请在方框中画出d装置的简图，并要求与装置c的出口处相连（铁架台不必画出）。
９、I.
合成氨工业对化学的国防工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途
。
II.
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
III.
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]
①
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。
②
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。
③
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
。
（2）C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
。
１０、联合制碱法中关键的一步是把NH4Cl从几乎饱和的NaHCO3溶液中分离出来，为此根据NaCl和NH4Cl溶解度的差异，向混合溶液中通入某种气体，同时加入磨细的食盐，可析出不夹带NaHCO3的NH4Cl.NaCl和NH4Cl共同存在时的溶解度曲
线如图所示，以下操作正确的是
通入气体
温度控制
（A）（B）（C）（D）
CO2CO2NH3NH3
30~40℃0~10
℃30~40
℃0~10℃第二单元 氯碱生产
1．了解氯碱生产的主要原理、重要设备、流程和意义，认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强技术意识。
2．从氯碱工业流程与技术了解化学在工农业生产中的具体应用，认识化学学科发展对化工生产技术进步的促进作用，认识化学工业在国民经济发展中的地位。
发明氯气、芥子气等毒气的弗里茨·哈伯，也曾是诺贝尔化学奖的得主。他在一战时曾为德国政府研发生化武器，生产出的毒气造成了近百万人伤亡。尽管当时表彰的是他关于合成氨的发现，不涉及毒气的研制，但对于一个扬言制造杀人毒气是为了尽早结束战争的人来说，他是否有资格接受这一神圣的奖项，引起了许多专家的激烈争论。
一、食盐水的电解原理
1．氯碱工业
氯碱工业是利用电解饱和食盐水生产氯气、烧碱和氢气为基础的工业体系。电解饱和食盐水的原料比较丰富：在海水和大陆盐湖中，食盐含量很高；在有些地区，地下也蕴藏着丰富的食盐矿。
2．电解饱和食盐水
(1)装置。
电解饱和食盐水简易装置图
在大烧杯和蛋壳里装入饱和食盐水，用导线把碳棒、电池和螺旋状铁丝连接好，碳棒作阳极，与电源正极相连，铁丝作阴极，与电源负极相连，接通直流电源。
(2)现象及产物的检验。
看到气泡产生后，用湿润的淀粉碘化钾试纸分别检验蛋壳内碳棒周围、烧杯溶液上方的气体，观察实验现象。蛋壳内碳棒周围的气体使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明阳极生成的气体为氯气。而烧杯溶液上方的气体遇到湿润的淀粉碘化钾试纸不变蓝。
用导管收集烧杯内产生的气体点燃，燃烧并产生淡蓝色火焰，说明阴极生成了氢气。分别在蛋壳和烧杯的溶液中滴入酚酞溶液，只有烧杯内的溶液变红色，说明阴极生成了氢氧化钠。
(3)反应方程式。
电极反应式：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，发生氧化反应。
阴极：2H＋＋2e－===H2↑，发生还原反应。
总反应的化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
二、食盐水电解工艺
1．食盐水的精制
粗盐中含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质，电解饱和食盐水时要将粗盐提纯，通常除去粗盐中杂质需加入的试剂顺序及其操作有①BaCl2、NaOH、Na2CO3，过滤，盐酸；②BaCl2、Na2CO3、NaOH，过滤，盐酸；③NaOH、BaCl2、Na2CO3，过滤，盐酸。其中①操作较好。
2．食盐水的电解工艺
(1)隔膜法电解工艺——石棉隔膜电解槽。
电解槽用石棉隔膜隔成阴极室和阳极室，用石墨作阳极，铁丝网作阴极。石棉隔膜能阻止气体通过，但不能阻止水分子和离子通过。从阳极室向电解槽中注入经净化的饱和食盐水，保持食盐水的液面高于阴极室液面，使电解液从阳极室流向阴极室。在阳极上，Cl－被氧化生成氯气溶解在电解液中直至饱和，其余从阳极室放出；在阴极上，H＋放电产生的氢气从阴极室放出。在阴极室形成的NaOH有少量渗透到阳极室，跟溶解在里面的氯气发生反应生成次氯酸盐及氯酸盐。
(2)离子膜电解技术——离子交换膜电解槽。
本方法采用阳离子交换膜代替前面介绍的石棉隔膜，电解时，经过净化精制的纯盐水不断送入阳极室，向阴极室不断加入稀NaOH溶液。阳离子交换膜具有很好的选择性，它只允许阳极室的Na＋、H＋透过交换膜进入阴极室。在阴极室放电产生氢气。OH－不能透过交换膜进入阳极室。在阳极室，Cl－失去电子形成Cl2，交换膜阻止Cl2从阳极室迁移到阴极室。OH－与从阳极室渗入的Na＋形成NaOH，产生的NaOH比较纯。
思考：隔膜和离子膜的作用有什么区别？
提示：隔膜和离子膜的作用比较：
电解NaCl时2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，H2＋Cl22HCl，Cl2＋2NaOH===
NaCl＋NaClO＋H2O，为了有效地防止H2、Cl2混合爆炸和Cl2与NaOH反应使制得的NaOH不纯，工业生产先后发明了立式隔膜法和离子膜法电解NaCl。这两种膜作用不完全相同，都能有效防止H2与Cl2混合和Cl2与NaOH反应，但隔膜不能阻止阴离子通过，从而使得到的烧碱纯度较低。而离子膜具有选择功能，只允许阳离子和水分子通过，这样制得的碱纯度高。
三、法拉第电解定律
英国科学家法拉第在1834年提出电解反应中通过的电量和析出产物数量关系的定律：在电解时，电极上每通过96
500
C的电量就会有1_mol电子发生转移，并产生1/Z_mol(Z是电极放电离子得失电子数)电解产物。
一、粗盐精制
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。例如：
加入Na2CO3溶液以除去Ca2＋：Ca2＋＋CO===CaCO3↓
加入NaOH溶液以除去Mg2＋、Fe3＋等：
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
为了除去SO，可以先加入BaCl2溶液，然后再加入Na2CO3溶液，以除去过量的Ba2＋：Ba2＋＋SO===BaSO4↓，CO＋Ba2＋===BaCO3↓。
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。
二、电解饱和食盐水反应原理
1．氯碱工业生产的原理——电解
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总化学方程式：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH
2．设备：阳离子交换膜电解池(槽)
(1)阳离子交换膜。
①阳离子交换膜具有很好的选择性，它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，即只允许Na＋、H＋通过，而Cl－、OH－和气体则不能通过。
②作用：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溶液作用而影响烧碱的质量。
(2)图示。
离子交换膜法电解原理示意图
拓展思考：为什么电解食盐水的阳极产物是氯气，阴极产物是氢气和氢氧化钠？
提示：(1)阳极产物的判断。
首先看电极，如果是活泼性电极(金属活动性顺序表中Ag之前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中阴离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序判断。
阴离子放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根＞F－。
(2)阴极产物的判断。
直接根据阳离子得电子能力进行判断，阳离子得电子顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。
(3)氯碱工业电解食盐水时，阳极为石墨，阴极为铁网。NaCl是强电解质，水是弱电解质，在NaCl水溶液中共有四种离子Na＋、Cl－、H＋、OH－。通电后在电场力的作用下，Cl－和OH－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Cl2，在阴极区产生H2和NaOH。电解的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
三、氯碱工业的应用
知识点1
粗盐提纯
【例题1】为除去粗盐中的Cu2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO以及泥沙等杂质，某同学设计了一种制备精盐的实验方案，步骤如下(用于沉淀的试剂稍过量)：
称取粗盐溶解滤液精盐
(1)判断BaCl2已过量的方法是______________________________________________。
(2)第④步中，相关的离子方程式是__________________________________________。
(3)若先用盐酸调pH再过滤，将对实验结果产生影响，其原因是__________________。
(4)为检验精盐纯度，需配制150
mL
0.2
mol·L－1NaCl(精盐)溶液，上图是该同学转移溶液的示意图，图中的错误是__________________。
解析：加入BaCl2、NaOH、Na2CO3等沉淀剂后，产生BaSO4、Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3沉淀，还有过量Na2CO3，需加入盐酸使Na2CO3转变成NaCl。但如果先加盐酸再过滤，Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3都可能溶解，造成产品纯度不高。
答案：(1)取第②步后的上层清液1～2滴于点滴板上，再滴入1～2滴BaCl2溶液，若溶液未变浑浊则表明BaCl2已过量
(2)Ca2＋＋CO===CaCO3↓；Ba2＋＋CO===BaCO3↓
(3)先加盐酸会有少量CaCO3、BaCO3等溶解，从而影响制得精盐的纯度
(4)未用玻璃棒引流；未采用150
mL容量瓶
点拨：关于粗盐提纯的操作，关键注意三点，一是每一步所加的试剂均过量，二是碳酸钠在氯化钡之后加，三是盐酸最后加入。
知识点2
氯碱工业
【例题2】下列有关工业生产的叙述正确的是( )。
A．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率
B．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量
C．电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室
D．电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小
解析：本题的C、D两个选项涉及了电解池的应用，其实都是考查电解原理，电解饱和食盐水阴极室产生的是H2，Cl2在阳极上生成，所以C错；电解精炼铜时要注意粗铜中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等，阳极开始放电的是Zn、Fe、Ni，而阴极上始终是Cu2＋得电子生成Cu，所以同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小，D对。
答案：D
点拨：电解池的应用比较多，学生掌握起来感觉很麻烦。总的来说，无论是出什么样的题目，考查电解池的哪种应用，都是从实质上考查电解的原理，这是以不变应万变的法宝。当然，在此基础上，还要抓住每种应用的特点，小细节的变化，像电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法的一些具体问题，电解精炼铜时阴阳两极铜的量的问题，电镀后溶液浓度不变等等，这也是近几年来高考命题的热点。
【例题3】电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中X极上的电极反应式为__________，在X极附近观察到的现象是________________________________________________________________________。
②Y电极上的电极反应式为__________，检验该电极反应产物的方法是____________。
(2)如果用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
①X电极的材料是______，电极反应式为______________________。
②Y电极的材料是______，电极反应式为__________________。(说明：杂质发生的电极反应不必写出)
解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H＋，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色。
(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活动性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2＋能得电子成为单质，其他较活泼金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
答案：(1)①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体，溶液变红 ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色 (2)①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
点拨：本题考查的是电解食盐水与电解精炼粗铜的基本反应，抓住离子的运动方向、放电顺序及电解精炼的基本规律便可迎刃而解。
1“粗盐提纯”实验中，蒸发时，正确的操作是( )。
A．把浑浊的液体倒入蒸发皿内加热
B．开始析出晶体后用玻璃棒搅拌
C．待水分完全蒸干后停止加热
D．蒸发皿中出现较多量固体时即停止加热
解析：“粗盐的提纯”实验涉及溶解、过滤、蒸发、结晶等基本操作内容，四项操作从始至终均要使用玻璃棒(加速溶解、引流、防迸溅)。为达到提纯目的，过滤后要用澄清滤液进行蒸发，加热至蒸发皿中出现较多固体时，停止加热，利用蒸发皿的余热使滤液蒸干(最后用玻璃棒把固体转移到纸上，称量后回收)。
答案：D
2在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如图所示。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：
(1)阳极上的电极反应式为__________________。
(2)阴极上的电极反应式为__________________。
(3)原上层液体是__________。
(4)原下层液体是__________。
(5)搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是___________________________________。
(6)要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是______，现象是_________________。
解析：(1)使用惰性电极(石墨)电解溶液时，阳极上离子按照I－、Br－、Cl－、OH－顺序失电子，结合题目给出的“下层液体呈紫红色”，可知这里是I－失电子生成I2。所以阳极反应是2I－－2e－===I2。(2)电解时，阴极发生得电子反应，溶液中能得电子变成气体的只有H＋，生成H2。所以阴极反应是2H＋＋2e－===H2↑。(3)两种无色的互不相溶的中性溶液，一为水溶液，一为有机溶剂。根据对电解过程的分析，反应会产生I2，最后I2会被有机溶剂萃取。因为最后下层液体呈紫红色，所以有机溶剂密度比水大。上层的水溶液应该为含I－的盐溶液，例如KI溶液、NaI溶液等。下层液体为CCl4、CHCl3等密度比水大的有机溶剂。(5)I2在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大部分I2都转移到有机溶剂中，有机溶剂显示出紫红色。(6)可以通过焰色反应来检验。若前面填KI，则这里正确的方法是用铂丝蘸取少量溶液放在无色火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃可观察到火焰呈紫色〔其他合理答案也可。例如，若(3)中答NaI水溶液，这里答火焰呈黄色〕。
答案：(1)2I－－2e－===I2 (2)2H＋＋2e－===H2↑
(3)KI(或NaI等)水溶液 (4)CCl4(或CHCl3等)
(5)I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大部分I2都转移到CCl4中 (6)焰色反应 透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色〔其他合理答案也可。例如，若(3)中答NaI水溶液，这里答火焰呈黄色〕
3海水是取之不尽的化工原料资源库，从海水中可提取各种化工原料。下列是工业上对海水的几项综合利用的示意图：
试回答下列问题：
(1)粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质，精制时所用试剂为：A．盐酸；B．BaCl2溶液；C．NaOH溶液；D．Na2CO3溶液。加入试剂的顺序是______________________________。
(2)电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上发生的反应为__________。与电源负极相连的电极附近溶液pH______(填“变大”“不变”或“变小”)。若1
mol电子的电量为96
500
C，则用电流强度为100
A的稳恒电流持续电解3分13秒，则在两极上共可收集到气体______mL(STP)。若保证电解后饱和食盐水的浓度不变，则可采取的方法是____________________________________。
(3)由MgCl2·6H2O晶体脱水制无水MgCl2时，MgCl2·6H2O晶体在______气氛中加热脱水，该气体的作用是________________________。
(4)电解无水MgCl2所得的镁蒸气可以在下列______气体中冷却。
A．H2 B．N2
C．CO2
D．O2
解析：(1)该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去Ca2＋、Mg2＋、SO时，不能带入杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：①Ba2＋必须在CO之前加入；②CO、OH－必须在H＋之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分前后，又必须放在B、C之后才能满足条件。
(2)电解饱和食盐水时，与正极相连的阳极发生的反应是2Cl－－2e－===Cl2↑，与负极相连的阴极发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。H＋不断消耗，使得溶液中c(OH－)增大，pH变大。电解中外逸的是Cl2、H2，所以要确保原溶液浓度不变，只能向体系中通入一定量的HCl气体以补足损失的氢、氯。易错处是加入盐酸，使溶液浓度变小。
(3)抑制水解平衡MgCl2＋H2OMg(OH)Cl＋HCl正向移动。
(4)镁蒸气可以与氮气、氧气和二氧化碳反应，所以只能用氢气来冷却。
答案：(1)BCDA或CBDA
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 变大 4
480 向电解液中通入一定量的HCl气体
(3)HCl 防止Mg2＋水解 (4)A第三单元 硫酸工业
1环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数。下列名词与环境污染无关的是( )。
①温室效应 ②赤潮 ③酸雨 ④光化学污染 ⑤臭氧层空洞 ⑥水俣病 ⑦潮汐 ⑧大脖子病
A．①②
B．⑦⑧
C．⑥⑦⑧
D．②⑤⑦
2关于工业生产的叙述中，错误的是( )。
A．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英
B．氨是制作氮肥、硝酸、铵盐的重要原料
C．将二氧化硫催化氧化成三氧化硫后，在吸收塔内用水吸收制得浓硫酸
D．制造普通水泥的主要原料是黏土、石灰石
3在接触法制硫酸的工业生产中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是( )。
A．硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧
B．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应
C．SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率
D．用98.3%的浓硫酸吸收SO3，可防止形成酸雾，利于SO3的吸收
4将三氧化硫溶解在硫酸中所得到的混合物叫做“发烟硫酸”(H2SO4·nSO3)，通常以三氧化硫的质量分数表示其组成。今将0.118
5
g发烟硫酸试样溶于水，用0.125
mol·L－1的NaOH标准溶液滴定，用去此标准溶液20
mL恰好中和，则试样中SO3的质量分数为( )。
A．15%
B．17%
C．34%
D．60%
5有关接触法制硫酸的叙述不正确的是( )。
A．硫黄和硫铁矿均可作为生产原料
B．将矿石粉碎，是为了提高矿石的利用率
C．反应中通入过量的空气是为了提高FeS2和SO2的转化率
D．从吸收塔出来的硫酸经浓缩后可以变成发烟硫酸
6在以下条件下，宜于建工厂的城市是( )。
A．城市郊区有丰富的黄铁矿资源，水源、能源充足
B．一座风光秀丽、空气清新的旅游城市
C．城市有丰富的磷灰石，拟建一座大型的磷肥厂
D．城市需使用硫酸的工业不多，却有丰富的黄铁矿资源
7在氧气中灼烧0.44
g硫和铁组成的化合物，使其中的硫全部转变为SO2，把这些SO2全氧化并转变为硫酸，这些硫酸可用20
mL
0.5
mol·L－1的NaOH溶液完全中和，则原化合物中的硫元素的质量分数为( )。
A．18%
B．46%
C．53%
D．36%
8黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可制备硫及铁的化合物。
(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2，若CuFeS2中Fe的化合价为＋2，反应中被还原的元素是______(填元素符号)。
(2)上述冶炼过程产生大量SO2。下列处理方案中合理的是______(填代号)。
a．高空排放
b．用于制备硫酸
c．用纯碱溶液吸收制Na2SO4
d．用浓硫酸吸收
(3)过二硫酸钾(K2S2O8)具有强氧化性，可将I－氧化为I2：＋2I－===2＋I2，通过改变反应途径，Fe3＋、Fe2＋均可催化上述反应。试用离子方程式表示Fe3＋对上述反应催化的过程：____________________、____________________。
(4)利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。方法为：
①用稀盐酸浸取炉渣，过滤；
②滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。
据以上信息回答下列问题：
a．除去Al3＋的离子方程式是________________。
b．选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。
提供的试剂：稀盐酸，稀硫酸，KSCN溶液，KMnO4溶液，NaOH溶液，碘水。所选试剂为__________。证明炉渣中含有FeO的实验现象为__________。
9、一种以黄铜矿和硫黄为原料制取铜和其他产物的新工艺，原料的综合利用率较高。其主要流程如下：
注：反应Ⅱ的离子方程式为Cu2＋＋CuS＋4Cl－===2[CuCl2]－＋S
请回答下列问题：
(1)反应Ⅰ的产物为________(填化学式)。
(2)反应Ⅲ的离子方程式为_________________________________________________。
(3)一定温度下，在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，其原因是
________________________________________________________________________。
(4)炼钢时，可将铁红投入熔融的生铁中，该过程中主要反应的化学方程式是
________________________________________________________________________。
10最近，我国利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功。具体生产流程如下：
回答下列问题：
(1)若操作a、操作b均在实验室进行，则操作a时用到的玻璃仪器有______________；进行操作b时需注意__________________________。
(2)装置a用于磷酸吸收NH3。若该过程在实验室中进行，画出装置a的示意图。
(3)热交换器是实现冷热交换的装置。化学实验中也经常利用热交换来实现某种实验目的，如气、液热交换时通常使用的仪器是______________。
(4)固体A为生石膏(CaSO4·2H2O)和不含结晶水且高温时也不分解的杂质。生石膏在120
℃时失水生成熟石膏(2CaSO4·H2O)，熟石膏在200
℃时失水生成硫酸钙。为测定固体A中生石膏的含量，某科研小组进行了如下实验：称取固体A
180
g置于坩埚中加热，加热过程中固体质量随温度变化记录如下图：
①实验中每次对固体称量时须在冷却后进行。为保证实验结果的精确性，固体冷却时必须防止____________________。
②将加热到1
400
℃时生成的气体通入品红溶液中，品红褪色。写出1
400
℃时反应的化学方程式：______________________。
③固体A中生石膏的质量分数约为________。
参考答案
1.
解析：①③④⑤属于大气污染，②⑥属于水污染，潮汐是一种自然现象，大脖子病是因人体缺乏碘元素造成的，所以⑦⑧不属于环境污染。
答案：B
2.
解析：H2SO4虽然是由SO3和H2O化合制得，但工业上并不直接用H2O或稀硫酸来吸收SO3。因为那样容易形成酸雾，不利于SO3的吸收，为了尽可能提高吸收效率，工业上用质量分数为98.3%的浓硫酸作吸收剂。
答案：C
3.
解析：选项A中操作正确，但解释不对，将矿石粉碎是使矿石与空气的接触面增大，可以燃烧得更充分、更快。选项B的说明不对，净化的目的是防止炉气中的杂质和粉尘使催化剂中毒失效。选项C的说明是错误的，催化剂的作用是缩短反应完成的时间。
答案：D
4.
解析：找到关系：H2SO4·nSO3～2(n＋1)NaOH，n(NaOH)＝0.125
mol·L－1×0.02
L＝2.5×10－3
mol，则n(H2SO4·nSO3)＝mol，则有：g·mol－1＝(98＋80n)
g·mol－1，n＝0.216
2，则试样中SO3的质量分数为×100%＝15%。
答案：A
5.
解析：A项，理论上，可转化成SO2的任何含硫物质均可作为硫酸的生产原料(如S、FeS、FeS2、H2S等)，但在生产实践中，应选取那些储量大、矿质品位高、资源丰富、便于开采和加工的矿物作为化工原料。综合分析，A正确。B项，生产中对矿石进行粉碎，既可增大原料之间的相对接触面积(增大反应速率)，又可提高原料的利用率(转化率)，故B正确。C项，从生产硫酸的三个反应看(FeS2SO2SO3H2SO4)，有两个反应要耗用氧气，故生产中可采用通过量空气的方法来提高FeS2和SO2的转化率，故C正确。D项，在吸收塔中，是用98.3%的浓硫酸吸收SO3的，所得到的是“发烟硫酸”，可用水或稀硫酸稀释，制得各种浓度的硫酸，故D错误。
答案：D
6.
解析：本题考查了从综合的角度分析建设工厂的一般条件。
答案：AC
7.
解析：由硫元素守恒知：n(S元素)＝n(SO2)＝n(H2SO4)＝n(NaOH)＝＝0.005
mol，则原化合物中w(S)＝×100%≈36%。
答案：D
8.
解析：(2)SO2是污染物，不能高空排放，a错。SO2不溶于浓硫酸，无法用浓硫酸吸收，d错。SO2既可回收用于制H2SO4，也可用Na2CO3溶液吸收生成Na2SO3，b、c方案均合理。
(3)Fe3＋具有氧化性，可以氧化I－，2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，Fe2＋又被氧化，＋2Fe2＋===2＋2Fe3＋。
(4)b．炉渣中只有FeO具有还原性，能使KMnO4溶液褪色，故可选择稀硫酸浸取炉渣，再加KMnO4溶液看是否褪色。注意不能选盐酸，因为它能还原KMnO4。
答案：(1)Cu、O (2)bc
(3)2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2 ＋2Fe2＋===2＋2Fe3＋
(4)a．Al3＋＋4OH－===＋2H2O
b．稀硫酸、KMnO4溶液 稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO4溶液褪色
9.
解析：本题考查工业流程。(1)黄铜矿和硫黄的反应为FeCuS2＋S===FeS2＋CuS，则反应Ⅰ的产物为FeS2、CuS；(2)[CuCl2]－中铜元素为＋1价，被空气中的氧气氧化为＋2价，离子方程式为4[CuCl2]－＋O2＋4H＋===4Cu2＋＋8Cl－＋2H2O；(3)根据沉淀溶解平衡的原理，应最先析出溶解度更小的物质，而在该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜。
答案：(1)FeS2、CuS
(2)4[CuCl2]－＋O2＋4H＋===4Cu2＋＋8Cl－＋2H2O
(3)该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜
(4)3C＋Fe2O32Fe＋3CO↑
10.
解析：本题以化工生产为背景，考查仪器的使用，含量的计算。(1)由流程图可知，操作a是将固体A和H3PO4分开，显然是过滤操作，操作b后将要进行过滤，所以b应是冷却结晶。(2)由于NH3极易溶于水，要注意它容易倒吸。(3)中学中常用的热交换器为冷凝管。(4)①固体在冷却时不能放在空气中，因为其吸水会导致称量不准。②由题给数据可得，1
400
℃时，反应物CaSO4分解，同时产生使品红褪色的气体，应是SO2，根据化合价升降可知还应有O2生成。③由差量法可得：
CaSO4·2H2O===CaSO4＋2H2O Δm
172
36
x
180
g－144
g
得x＝172
g
×100%≈95.6%
答案：(1)漏斗、玻璃棒、烧杯 低温蒸发结晶
(2)(如图或其他能防止氨气倒吸的装置)
(3)冷凝管
(4)①吸水 ②2CaSO42CaO＋2SO2↑＋O2↑ ③95.6%第二单元 氯碱工业
[知识回顾]
粗盐中含有钙离子、镁离子、硫酸根离子应该如何除去？
电解硫酸铜、氯化钠、氯化铜、氢氧化钠的电极反应以及总反应如何书写？阴极的放电顺序为？阳极的放电顺序为？
电解饱和食盐水时可能存在的副反应有哪些？
〔知识学习〕
完成活动与探究食盐思考
该装置的阴极区与阳极区分别的位置如何？阴阳极材料是否可以交换？
如何检验阳极产物？如何检验阴极产物？，本装置如何避免副反应发生？
观察图２－９石棉隔膜电解食盐水装置，分析其工作原理，阅读相应内容，思考该装置的缺点是什么？
利用上述方法电解食盐水时必须要进行粗盐的提纯原因是什么？，如何进行粗盐的提纯？请写出食盐的步骤，指出步骤的关键？
分析离子膜法电解槽的工作原理，其与隔膜法的不同有几点？改进在那里？
法拉第定律的内容是什么？
习题巩固：
1.
离子膜法制烧碱示意图如右图所示，2.
有关说法正确的是
A、a口进水
B、b口进精制饱和食盐水
C、c口出的是Cl—是由b口进入的
D、d口出的是H2
3.
从H+、Na+、Cu2+、Cl-、OH-、SO42-六种离子中恰当地组成电解质，4.
按下列要求进行电解.
⑴以碳棒为电极，5.
使电解质质量减小，6.
水量不7.
变进行电解，8.
则采用的电解质是
⑵以碳棒为电极，9.
使电解质质量不10.
变，11.
水量减小进行电解，12.
则采用的电解质是
⑶以碳棒为电极，13.
使电解质和水都减少且溶液的PH值降低；则采用的电解质是
14.
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，15.
完成下列填空：
（1）在电解过程中，16.
与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为
，17.
与电源负极相连的电极附近，18.
溶液pH值
（选填：不19.
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
，20.
（3）如果粗盐中SO含量较高，21.
必须添加钡式剂除去SO，22.
该钡试剂可以是
（选填a．b．c，23.
多选扣分）
A．Ba(OH)2
B．Ba(NO3)2
C．BaCl2
(4)为有效除去Ca2+．Mg2+．SO，24.
加入试剂的合理顺序为
（选填a，25.
b，26.
c多选扣分）
A．先加NaOH，27.
后加Na2CO3，28.
再加钡试剂
B．先加NaOH，29.
后加钡试剂，30.
再加Na2CO3
C．先加钡试剂，31.
后加NaOH，32.
再加Na2CO3
（5）脱盐工序中利用NaoH和NaCl在溶解度上的差异，33.
通过
．冷却．
（填写操作名34.
称）除去NaCl
（6）在隔膜法电解食盐水时，35.
电解槽分隔为阳极区和阴极区，36.
防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，37.
Cl2与NaOH充分接触，38.
产物仅是NaClO和H2，39.
相应的化学方程式为
40.
某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，41.
用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，42.
通电时，43.
为使Cl2被完全吸收，44.
制得有较强杀菌能力的消毒液，45.
设计了如图的装置，46.
则对电源电极名47.
称和消毒液的主要成分判断正确的是
A．a为正极，48.
b为负极；NaClO和NaClB．a为负极，49.
b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，50.
b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，51.
b为阳极；HClO和NaCl
52.
如图所示装置中，53.
a、b都是惰性电极，54.
通电一段时间后，55.
b极附近溶液呈蓝色。下列说法中正确的是
A．x是正极，56.
y是负极
B．x是负极，57.
y是正极
C．a极和Pt都有气泡产生
D．CuSO4溶液PH值保持不58.
变，59.
U形管溶液PH值增大。
60.
如图8－61.
4，62.
当阴极增重2.16g时，63.
下列判断正确的是
A．[AgNO3]=0.08mol／L
B．阳极产生112mL气体(标64.
况)
C．有1.204×1023个电子转移
D．反应中有0.02mol物质被氧化
65.
取500mL
4.84
mol/L的食盐水(ρ=1.18g/mL)，66.
以石墨做电极电解，67.
在标68.
准状况下，69.
阳极上放出5600mL气体。若电解前后溶液的体积变化忽略不70.
计，71.
求：
（1）电解后溶液的PH值约是多少？（2）电解后食盐的物质的量浓度是多大？(共33张PPT)
第二单元 氯碱生产
1．电解饱和食盐水的方程式？阴极与阳极产物是什么？
2．电解饱和食盐水，若使电解质溶液恢复到原来的状态，需加一定量的盐酸溶液，请问阳极产物是什么物质？
提示 由于加盐酸溶液电解质溶液才复原，说明电解分两个阶段，第一阶段电解饱和NaCl，第二阶段电解水，阳极产物为Cl2和O2。
1．了解氯碱生产的主要原理、重要设备、流程和意义，认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强技术意识。
2．从氯碱工业流程与技术了解化学在工农业生产中的具体应用，认识化学学科发展对化工生产技术进步的促进作用，认识化学工业在国民经济发展中的地位。
1.
氯碱工业
氯碱工业是利用电解饱和食盐水生产
、
和
为基础的工业体系。电解饱和食盐水的原料比较丰富：在
和
中，食盐含量很高；在有些地区，地下也蕴藏着丰富的
。
氯气
烧碱
氢气
海水
大陆盐湖
食盐矿
2．电解饱和食盐水
(1)装置
在大烧杯和蛋壳里装入
，用导线把
、
和
连接好，
作阳极，与电源正极相连，
作阴极，与电源
极相连，接通直流电源。
饱和食盐水
碳棒
电池
螺旋状铁丝
碳棒
铁丝
负
(2)现象及产物的检验
看到气泡产生后，用
分别检验蛋壳内碳棒周围、烧杯溶液上方的气体，观察实现现象。蛋壳内碳棒周围的气体使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明阳极生成的气体为
。而烧杯溶液上方的气体遇到湿润的淀粉碘化钾试纸
。
用导管收集烧杯内产生的气体点燃，燃烧并产生
，说明阴极生成了
。分别在蛋壳和烧杯的溶液中滴入
，只有烧杯内的溶液变红色，说明阴极生成了
。
湿润的淀粉碘化钾试纸
氯气
不变蓝
淡蓝色火焰
氢气
酚酞溶液
氢氧化钠
氧化
还原
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
提纯
BaCl2、NaOH、Na2CO3，过滤，盐酸
BaCl2、Na2CO3、NaOH，过滤，盐酸
NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、盐酸
2．食盐水的电解工艺
(1)隔膜法电解工艺——石棉隔膜电解槽。
电解槽用石棉隔膜隔成
和
，用
作阳极，
作阴极。石棉隔膜能阻止
通过，但不能阻止
通过。从阳极室向电解槽中注入经净化的
，保持食盐水的液面高于阴极室液面，使电解液从阳极室流向阴极室。在阳极上，
被氧化生成
溶解在电解液中直至饱和，其余从阳极室放出；在阴极上，H＋放电产生的
从阴极室放出。在阴极室形成的
有少量渗透到阳极室，跟溶解在里面的氯气发生反应生成
。
阴极室
阳极室
石墨
铁丝网
气体
水分子和离子
饱和食盐水
Cl－
氯气
氢气
NaOH
次氯酸盐及氯酸盐
(2)离子膜电解技术——离子交换膜电解槽。
本方法采用阳离子交换膜代替前面介绍的石棉隔膜，电解时，经过净化精制的纯盐水不断送入
，向阴极室不断加入
。阳离子交换膜具有很好的
，它只允许阳极室的
透过交换膜进入阴极室。在阴极室放电产生
。OH－
透过交换膜进入阳极室。在阳极室，Cl－失去电子形成
，交换膜阻止
从阳极室迁移到阴极室。OH－与从阳极室渗入的Na＋形成
，产生的NaOH比较纯。
阳极室
稀NaOH溶液
选择性
Na＋、H＋
氢气
不能
Cl2
Cl2
NaOH
以石墨为电极电解饱和NaCl溶液，阴、阳两极的电极反应？两极区pH如何变化？
【慎思1】
隔膜与离子交换膜有何区别？
【慎思2】
溶液中的离子在阴阳极上放电能力如何？
提示 阳极：活性电极＞Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋
阴极：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根＞F－
电解质溶液恢复到原来状态，加入物质的原则是什么？
提示 少什么加什么，少多少加多少
【慎思3】
【慎思4】
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。
(1)判断BaCl2已过量的方法是________________。
(2)第④步中，相关的离子方程式是___________。
(3)若先用盐酸调pH再过滤，将对实验结果产生影响，其原因是_______________________________。
(4)为检验精盐纯度，需配制100
mL
0.2
mol·L－1NaCl(精盐)溶液，上图是该同学转移溶液的示意图，图中的错误是______。
解析 加入BaCl2、NaOH、Na2CO3等沉淀剂后，产生BaSO4、Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3沉淀，还有过量Na2CO3，需加入盐酸使Na2CO3转变成NaCl。但如果先加盐酸再过滤，Mg(OH)2、BaCO3、CaCO3都可能溶解，造成产品纯度不高。
离子除杂要注意以下几点：①试剂的选择 ②试剂的添加顺序 ③恰当的操作(过滤、渗析、萃取、蒸馏等)
解析 由于每步所加试剂过量，故前边的过量部分试剂要用后面的试剂除去，D项中BaCl2过量时Ba2＋无法除去，故D错误。
答案 D
②作用：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溶液作用而影响烧碱的质量。
(2)图示。
关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )。
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液移到烧杯中，充分搅拌
后溶液呈中性
【例2】
答案 B
NaCl溶液中，阳离子放电顺序为H＋＞Na＋，阴离子放电顺序为Cl－＞OH－，电解NaCl溶液属放氢生碱型故pH＞7。
下列有关工业生产的叙述正确的是
( )。
A．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正反应速
率，提高N2、H2的转化率
B．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转
化为H2SO4时放出的热量
C．电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴
极室产生的Cl2进入阳极室
D．电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极
析出铜的质量小
【体验2】
解析 本题的C、D两个选项涉及了电解池的应用，其实都是考查电解原理，电解饱和食盐水阴极室产生的是H2，Cl2在阳极上生成，所以C错；电解精炼铜时要注意粗铜中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等，阳极开始放电的是Zn、Fe、Ni，而阴极上始终是Cu2＋得电子生成Cu，所以同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小，D对。
答案 D
答案 C
氧化还原反应中，氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数。对于一个串联电路，每个电极上电子转移数是相等的，即得失电子守恒。
将两个铂电极插入500
mL
CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064
g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为
( )。
A．4×10－3
mol·L－1
B．2×10－3
mol·L－1
C．1×10－3
mol·L－1
D．1×10－7
mol·L－1
【体验3】
答案 A第一单元 氨的合成以及候氏制碱法
（４、５、６课时）
〔知识回顾〕
从平衡的速率角度思考如何选择合成氨气的条件？
合成氨气的温度选择为什么选择５００摄氏度左右
为什么工业制硫酸中选择常压，而工业合成氨气选择高压？
工业设计考虑的因素有哪些？
〔知识学习〕
观察课本工业合成氨的流程图思考如何及时分离出氨气？原理是什么？
循环设计的目的是什么？如何实现循环？
原料气氮气的得到的途径你可以设计出哪些？你认为可行的方法是什么？能否直接利用空气？理由是什么？
你有几种方法得到氢气？你认为可行的研究方向为？利用水和煤得到氢气是普遍采用的方法请写出化学方程式，从实验的角度思考如何得到纯净的氢气？
请观察课本合成氨塔，思考合成氨气塔的设计的意图，为什么采用四层催化剂？热交换器的作用是什么？冷激气的设计思路是什么？
合成的氨气配水使用是一种肥料，为什么还要转化为铵盐或尿素？后者的好处是什么？
候氏制碱法的原理为： ， ，利用浓氨水、碳酸钙、盐酸、硝石灰、氯化铵、食盐为原料生产碳酸氢钠，并设计食盐测量所得产品中食盐的含量
习题巩固：
1、利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：
依据上述流程，完成下列填空：
（1）天然气脱硫时的化学方程式是
（2）n
mol
CH4经一次转化后产生CO
0.9n
mol、产生H2
mol（用含n的代数式表示）
（3）K2CO3（aq）和
CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是
（多选扣分）
（a）相似相溶原理
（b）勒沙特列原理
（c）酸碱中和原理
（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于
（写出CO2的一种重要用途）。
（5）整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）。
２、合成氨原料可以由天然气制取。其主要反应为：CH4（g）＋H2O（g）→CO（g）＋3H2（g）
（1）1m3（标准状况）CH4按上式完全反应，产生H2
mol。
（2）CH4和O2的反应为：2CH4（g）＋O2（g）→2CO（g）＋4H2（g）
设CH4同时和H2O（g）及O2（g）反应。1m3（标准状况）CH4按上述两式完全反应，产物气体的体积V（标准状况）为
。
（3）CH4和H2O（g）及富氧空气（O2含量较高，不同富氧空气氧气含量不同）混合反应，产物气体组成如下表：
气体
CO
H2
N2
O2
体积（L）
25
60
15
2.5
计算该富氧空气中O2和N2的体积比V（O2）／V（N2）。
（4）若CH4和H2O（g）及富氧空气混合反应的产物中，V（H2）／V（N2）＝3︰1
（合成氨反应的最佳比），则反应中的H2O（g）和富氧空气的体积比为何值
在合成氨时，将1体积氮气和3体积氢气混合后通过合成塔中催化剂，若从塔中导出的混合气体中，氨气的体积分数为12%，求N2和H2的体积分数各为多少
３、实验室用氨氧化制取NO2气体，可将下图中A，B，C三部分仪器直接相连来实现。
按上述装置制NO2时，在锥形瓶中常常观察到白色烟雾，试在方框I和II中分别出所需仪器，并在仪器中装入适当药品，能使锥形瓶中出现明显的红棕色NO2气体。
（1）在锥形瓶中出现白色烟雾的原因是______________
（2）现代工业生产硝酸，最主要的一个设备是___________制得HNO3的一般浓度为50%，若要制得更浓的HNO3，可用________作吸水剂，再经__________即可得到96%以上的浓HNO3
４.工业生产的纯碱常含有少量的NaCl等杂质．图2-3是测定产品中Na2CO3质量分数的实验装置．
操作步骤有：
A．在干燥管内填满碱石灰，质量为mg
B．取ng样品装入广口瓶中
C．检查装置气密性
D．关闭止水夹
E．打开止水夹
F．缓慢鼓入空气数分钟，再称干燥管质量为Wg
G．缓慢加入稀硫酸至不再产生气体为止
H．缓缓鼓入空气数分钟
(1)正确的操作顺序是(填符号)：C→________→E→________→D→________→G→________→F
(2)步骤F中，要缓缓鼓入空气数分钟，鼓入空气的目的是_________，装置甲的作用是________，装置乙的作用是_______．
(3)计算溶液中Na2CO3的质量分数的计算式是________．
(4)若去掉装置甲，测定结果会________，若去掉装置乙，测定结果会________．(填“偏大”、“偏小”或“无影响”．)
５、我国化学侯德榜（右图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：
(1)
上述生产纯碱的方法称
，副产品的一种用途为
。
(2)
沉淀池中发生的化学反应方程式是
。
(3)
写出上述流程中X物质的分子式
。
(4)
使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了
（填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是
。
(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加
。
(6)
向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有
。
(a)
增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出
(b)
使NaHCO3更多地析出
(c)
使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度
６、根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na2CO3的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30～35℃，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得Na2CO3固体。
四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表
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
－①
－
－
－
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＞35℃NH4HCO3会有分解
请回答：
（1）反应温度控制在30～35℃，是因为若高于35℃，则
，若低于30℃，则
；为控制此温度范围，采取的加热方法为
。
（2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是
。静置后只析出NaHCO3晶体的原因是
。用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是除去
杂质（以化学式表示）。
（3）过滤所得的母液中含有
（以化学式表示），需加入
，并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH4Cl。
（4）测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是：准确称取纯碱样品W
g，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加1～2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色（指示CO32－＋H＋＝HCO3－反应的终点），所用HCl溶液体积为V1
mL，再加1～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液总体积为V2
mL。写出纯碱样品中NaHCO3质量分数的计算式：NaHCO3（％）＝
７、下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是
８、航天飞行器座舱内空气更新过程如图所示：
（1）Ⅱ是CO2和H2的反应装置，该反应的化学方程式
（2）从装置Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ可看出，O2的来源是CO2和H2O，宇航员每天消耗28mol
O2，呼出23
mol
CO2，则宇航员每天呼出的气体中含H2O
mol。
（3）以下是另一种将CO2转化为O2的实验设想
其中，由MgCl2·6H2O制取无水MgCl2的部分装置（铁架台、酒精灯已略）如下：
①上图中，装置a由
、
、双孔塞和导管组成
②循环物质甲的名称是
③制取无水氯化镁必须在氯化氢存在的条件下进行，原因是
④装置b中填充的物质可能是
（填入编号）
c.硅胶
f.碱石灰
g.
无水氯化钙
h.浓硫酸
⑤设计d装置要注意防止倒吸，请在方框中画出d装置的简图，并要求与装置c的出口处相连（铁架台不必画出）。
９、I.
合成氨工业对化学的国防工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途
。
II.
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
III.
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]
①
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。
②
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。
③
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
。
（2）C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
。
１０、联合制碱法中关键的一步是把NH4Cl从几乎饱和的NaHCO3溶液中分离出来，为此根据NaCl和NH4Cl溶解度的差异，向混合溶液中通入某种气体，同时加入磨细的食盐，可析出不夹带NaHCO3的NH4Cl.NaCl和NH4Cl共同存在时的溶解度曲
线如图所示，以下操作正确的是
通入气体
温度控制
（A）（B）（C）（D）
CO2CO2NH3NH3
30~40℃0~10
℃30~40
℃0~10℃
