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高一化学教学案 主备人：姜沈勇 审核：李岚 20090212
氯碱、硫酸、硝酸三大工业专项复习
一、氯碱工业
1、电解饱和食盐水反应原理 2、离子交换膜法制烧碱
2H2O + 2NaCl = H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH 电解食盐水得到的氢氧化钠是一种重要的化工原料，也是工业生产中最常用的碱；电解食盐水得到的氢气可用于与氯气反应生产盐酸，也可用于有机合成、金属冶炼。
（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽
阳离子交换膜：只允许阳离子通过。
①防止氯气和氢气混合而引起爆炸，
②避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量。
[练习1]某氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：
依据上图，完成下列填空：
（1）如果粗盐中SO42-含量较高，必须添加钡试剂除去SO42-，该钡试剂可以是____。(选填“a”“b”或“c”，多选扣分)
a．Ba(OH)2 b．Ba(NO3)2 c．BaCl2
（2）为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-，加入试剂的合理顺序为___。(同上)
a．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂
b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3
c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3
[练习2] 我国化学侯德榜（下图）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：
⑴上述生产纯碱的方法称 ，副产品的一种用途为 。
⑵沉淀池中发生的化学反应方程式是 。
⑶写出上述流程中X物质的分子式 。
⑷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 。
⑸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 。
[练习3]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：
⑴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 。
⑵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）。
⑶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。
二、硫酸工业
1、设计路线（逆推法）：H2SO4←SO3←SO2←FeS2
↑
S
2、工业生产要考虑：原料的来源、能源的利用、环境保护、经济效益等因素。
3、硫酸生产的流程和设备
黄铁矿 98.3％的硫酸
→ 矿粒煅烧 → 催化氧化 → SO3的吸收——
热空气 ↓ ↓ ↓ ↓
沸腾炉 接触室 吸收塔 高浓度硫酸
稀硫酸↓
成品硫酸
4、生产原理及工业设备
三阶段 SO2制取和净化 SO2转化为SO3 SO3吸收和H2SO4的生成
三方程 4FeS2 + 11O22Fe2O3+ 8SO2 2SO2 + O2 2SO3 SO3+H2O= H2SO4用98.3%浓硫酸吸收
三设备 沸腾炉 接触室 吸收塔
5、有关硫酸工业的讨论：
①为什么要粉碎矿石？为什么用沸腾炉煅烧黄铁矿？
粉碎矿石，通过强空气流使矿石处于沸腾状态，增大反应物的接触面积，加快反应速率。
②沸腾炉出来的气体为什么要经过净化处理？防止催化剂中毒，水蒸气对生产和设备有不良影响，因此，必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。
③进入接触室的二氧化硫要预热，而二氧化硫催化氧化是放热反应，怎样充分利用这部分热量呢？
充分利用热交换，用放出的热量来加热未起反应的SO2和空气，利用热能，节约燃料。
④为什么不用水而用98.3％的硫酸吸收SO3？为什么浓硫酸必须从塔顶喷下来？
采用98.3％的硫酸吸收SO3，防止因用水吸收SO3而产生酸雾。
⑤为什么硫酸生产的尾气未经处理不准直接排放到大气中？防止污染空气。
6、多步计算：硫的关系式、硫元素守恒法。S→H2SO4 ；FeS2→2H2SO4
注意：纯度、转化率、产率的应用。
[练习4]下表所示黄铁矿为开始物的一系列变化，其中不含硫的反应产物已略去．
⑴写出化学式：A　　　　 ，B　　　　　，C　　　　　，D　　　　　，E　　　　　。
⑵写出化学反应方程式：反应①　　　　　　　 　　 ，
反应③　　　　　　 　　　　，反应⑤　　　　 　　　　　　。
⑶写出离子反应方程式：反应②　　　　　　　　 　 ，反应④　　　　　　　　　　。
三、硝酸工业
1、工业合成氨
N2+3H2 2NH3
2、工业制硝酸法
⑴第一阶段：氨的催化氧化
⑵第二阶段：NO2的生成和吸收2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO
⑶计算关系：NH3-NO-NO2-HNO3
⑷主要设备：氧化炉 吸收塔
⑸尾气处理：NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O
3、硝酸的用途：是重要的化工原料，也是化学实验室里必备的重要试剂。在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等。
[练习5]工业上由氮气制得氨气，氨再经催化氧化最终制得硝酸，如用去标准状况下560m3空气中的氮气（按N 2占空气体积的4/5计算），则理论上可制得12mol/ L的硝酸多少立方米（设反应过程中氮损失14%）？
参考答案
一、氯碱工业
[练习1] (1) ac (2) bc
[练习2]（1）联合制碱法或侯德榜制碱法 化肥或电解液或焊药等（其他合理答案均给分）（2）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl→NH4Cl＋NaHCO3↓或NH3＋CO2＋H2O→NH4HCO3 NH4HCO3＋NaCl→NaHCO3↓＋NH4Cl
（3）CO2 （4）I 过滤 （5）稀硝酸和硝酸银溶液
[练习3] (1）NH4HCO3分解 反应速率降低 水浴加热
（2）使反应充分进行 NaHCO3的溶解度最小 NaCl NH4Cl NH4HCO3
（3）NaHCO3 NaCl NH4Cl NH4HCO3 HCl
二、硫酸工业
[练习4] (1)A为FeS，B为S，C为SO2，D为H2SO4，E为H2S．
(2)反应①：FeS2FeS＋S 反应③：S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O
反应⑤：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
(3)反应②：FeS＋2H＋＝Fe2＋＋H2S↑，反应④：SO2＋Cl2＋2H2O＝4H＋＋SO＋2Cl－。
三、硝酸工业
[练习5] 解析：生成硝酸的体积为V
N2 —— 2NH3 —— 2HNO3
1 2
V×103L/m3×12mol/L
V=2.8m3
答：理论上可制得2.8m312mol/L的硝酸。
高温
V2O5
400—500℃
高温高压
催化剂
化 盐
盐
溶解度
温度
精 制
电 解
脱 盐
粗盐 H2O NaOH Na2CO3 Cl2 H2
10%NaOH 、16%NaCl溶液
50%NaOH
NaCl晶体
沉渣

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