第一单元　　氨的合成以及候氏制碱法（４、５、６课时）

〔知识回顾〕

1. 从平衡的速率角度思考如何选择合成氨气的条件？

2. 合成氨气的温度选择为什么选择５００摄氏度左右

3. 为什么工业制硫酸中选择常压，而工业合成氨气选择高压？

4. 工业设计考虑的因素有哪些？

〔知识学习〕

1. 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？

2. 循环设计的目的是什么？如何实现循环？

3. 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？

5. 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？

8. 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？

10. 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？

14. 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：

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

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