2025届高三化学二轮复习 讲义　硫酸和硝酸的工业制备

硫酸和硝酸的工业制备 一、硫酸的工业制备 1.工业上接触法制硫酸的主要设备及生产流程如下图： 　填写下列各进口或出口物质的名称 A__________(如__________)； B___________________________________________； C___________________________________________； D__________________________________________________________________。 2.接触法制硫酸分为三个阶段，如下表。 三原料 硫黄或含硫矿石(硫铁矿) 空气 98.3%的 浓硫酸 三阶段 造气(生成SO2) 接触氧化(生成SO3) SO3被吸收(生成H2SO4) 三设备 沸腾炉 接触室 吸收塔 三反应 (均放 热) S＋O2SO2； 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 2SO2＋O22SO3 SO3＋ H2O===H2SO4 二、硝酸的工业制备 1.原料 氨(由氢气和空气制得)、空气和水。 2.流程 注意：在上述流程中，每一步反应均为氧化还原反应，氮元素的化合价均发生变化。 相关化学方程式： N2＋3H22NH3 4NH3＋5O24NO＋6H2O 2NO＋O2===2NO2 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 3.尾气吸收 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 1.在硫酸的工业制法中，下列措施以及采取这些措施的原因分析都正确的是(　　) A.硫铁矿燃烧前需要粉碎，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时需要使用催化剂，这样可以使SO2全部转化为SO3 D.SO3的吸收一般用98.3%的浓H2SO4，而不用水，因为用水吸收易形成酸雾，不利于SO3的吸收 2.工业上制硫酸的设备分为三大部分：沸腾炉、接触室、吸收塔。下面的装置是仿照工业上制备硫酸工艺的流程设计出来的，用于探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。 请回答下列问题： (1)写出沸腾炉内煅烧硫铁矿的反应方程式： __________________________________________________________________。 (2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸装置中的________、________。 (3)从乙装置中出来的气体有_____________。 (4)丙装置的作用为___________________________________________，丁中的现象为____________________________。 (5)本实验设计还存在的较明显缺陷是__________________________________________________________________。 3.NH3和HNO3是重要的工业产品，下图是合成氨和氨氧化制硝酸的工艺流程。 (1)合成塔中发生反应的化学方程式是_________________________________。 (2)氨分离器中压强约为15 MPa，温度约为－20 ℃，分离氨应用了氨________的性质，从氨分离器中又回到合成塔中的物质是________。 (3)氧化炉中发生反应的化学方程式是___________________________________。 (4)尾气中的少量NO、NO2可以用NH3来处理，在催化剂作用下生成无污染的气体，写出NO2和NH3反应的化学方程式__________________________________。 当有标况下5.6 L NO2被还原时，转移电子的物质的量为________ mol。 (5) 氧化炉中出来的气体，先降温再进入吸收塔，吸收塔中通入空气的作用是__________________________________________________________________。 硫酸和硝酸的工业制备 微思考 含硫矿石　FeS2　炉渣　二氧化硫、氧气、氮气　尾气(SO2、O2、N2) 培优专练 1.D　[将硫铁矿石粉碎，能增大矿粒与空气的接触面积，使燃烧更快、更充分，从而提高硫铁矿的利用率，故A错误；净化SO2的目的是防止杂质使催化剂中毒，干燥的目的是防止水蒸气与SO2、SO3反应生成的酸腐蚀设备，故B错误；SO2转化为SO3的反应是可逆的，不可能完全转化为SO3，故C错误。] 2.(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2　(2)接触室　吸收塔 (3)SO2、O2、SO3　(4)吸收SO3　有酸雾产生　(5)缺少尾气吸收装置 解析　乙装置相当于接触室，将SO2催化氧化为SO3，由于该反应是一个可逆反应，故从乙装置中出来的气体中含有SO2、O2、SO3；丙装置相当于吸收塔，用浓硫酸吸收SO3；丁装置是用水吸收SO3，SO3溶于水会放出大量的热，使水汽化为水蒸气，从而形成酸雾；本实验中缺少尾气吸收装置。 3.(1)N2＋3H22NH3 (2)易液化　N2、H2 (3)4NH3＋5O24NO＋6H2O (4)6NO2＋8NH37N2＋12H2O　1 (5)使NO2和NO尽可能都转化为HNO3 解析　(1)合成塔中发生的反应是氮气和氢气的化合反应，反应的化学方程式是N2＋3H22NH3。(2)氨分离器中压强约为15 MPa，温度约为-20 ℃，分离氨应用了氨易液化的性质。由于是可逆反应，因此为了提高原料的利用率，从氨分离器中又回到合成塔中的物质是氮气和氢气。(3)氧化炉中发生的反应是氨气的催化氧化，则反应的化学方程式是4NH3＋5O24NO＋6H2O。(4)尾气中的少量NO、NO2可以用NH3来处理，在催化剂作用下生成无污染的气体，因此生成的气体是氮气，则NO2和NH3反应的化学方程式为6NO2＋8NH37N2＋12H2O。反应中氮元素的化合价从＋4价降低到0价，因此当有标况下5.6 L NO2被还原时，即0.25 mol NO2被还原，则转移电子的物质的量为1 mol。(5)为提高原料的利用率，则氧化炉中出来的气体，先降温再进入吸收塔，因此吸收塔中通入空气的作用是使NO2和NO尽可能都转化为HNO3。 集训真题　走进高考 1.B　[A.Cu与稀硝酸的反应产物之一为NO，NO与氧气发生反应2NO＋O2===2NO2生成NO2，A正确；B.氮气与氧气在放电或高温条件下生成NO，但NO无法与水发生化学反应，B错误；C.汽车尾气催化转化器主要将污染气体NO、CO转化为无污染的气体，故该反应方程式为2NO＋2CON2＋2CO2，C正确；D.实验室利用熟石灰和氯化铵制备少量NH3，化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，D正确。] 2.D　[A.实验室配制AlCl3溶液时向其中加入少量的稀盐酸以抑制Al3＋水解，A不合题意；B.蔗糖和淀粉水解时常采用稀硫酸作催化剂，B不合题意；C.清洗附有银镜的试管用稀硝酸，反应原理为：3Ag＋4HNO3(稀)===3AgNO3＋NO↑＋2H2O，C不合题意；D.苯的磺化是苯和浓硫酸共热生成苯磺酸的反应，故不需要浓硝酸，D符合题意。] 3.B　[浓H2SO4使糖类化合物脱水并炭化，体现了浓H2SO4的脱水性，A错误；溶液酸性越强，NaClO、KClO3等氯的含氧酸盐的氧化性越强，B正确；H3PO4的酸性比HI弱，加热NaI与浓H3PO4混合物可制备HI，是因为H3PO4的沸点高且具有难挥发性，C错误；浓HNO3的氧化性强于稀HNO3，D错误。] 4.D　[①中浓HNO3受热分解，发生反应4HNO3(浓)4NO2↑＋O2↑＋2H2O，产生的气体为混合气体，故A正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体NO2，所以“产生红棕色气体”不能说明②中木炭能与浓硝酸发生反应，故B正确；根据①和②，浓硝酸反应产生红棕色NO2时需要加热，所以浓硝酸具有挥发性才可与上方红热木炭接触，同时，N元素化合价降低，所以生成的NO2为还原产物，故C正确；红热的木炭可与空气中的O2反应生成CO2，故D错误。] 5.具支试管　防倒吸 学科网（北京）股份有限公司 $$