【南方新課堂 金牌學(xué)案】高中化學(xué) 1.3 氨氧化法制硝酸課件 魯科版選修2

目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引1.認(rèn)識氨氧化法制HNO3的反應(yīng)原理和特點。2.理解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡在HNO3制備的最佳條件、選擇主要設(shè)備和生產(chǎn)流程中的應(yīng)用。3.理解排放物治理達標(biāo),保護生態(tài)環(huán)境的意義。目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引1.實驗室觀察氨氧化法制HNO3的模擬實驗中,用到的催化劑是Cr2O3,工業(yè)上氨氧化法制HNO3使用的選擇性良好的催化劑鉑系催化劑,催化活性更好,是目前硝酸生產(chǎn)主要采用的催化劑。2.實驗室可用NO2和H2O反應(yīng)制取硝酸,同時還生成NO,反應(yīng)的化學(xué)方程式是3NO2+H2O 2HNO3+NO,該反應(yīng)只能在微熱條件下進行,溫度過高會使生成的硝酸揮發(fā)。3.氨氧化法制硝酸可分兩個生產(chǎn)階段,在第一階段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是4NH3+5O2 4NO+6H2O,在第二階段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2NO+O2 2NO2、3NO2+H2O 2HNO3+NO,這種方法制得的硝酸只是稀硝酸。要把它制成濃硝酸可加入Mg(NO3)2再進行蒸餾濃縮,就可以得到98%的濃硝酸。常用濃硝酸的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約是63%。目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引4.凈化尾氣。堿液吸收氮氧化物:用NaOH溶液吸收氮的氧化物,除了能吸收氮的氧化物外,還可以得到硝酸鹽和亞硝酸鹽。感悟思考1.NO2與水反應(yīng)中有NO生成,因而吸收設(shè)備中應(yīng)不斷補充O2,為什么?提示：O2與NO反應(yīng)又生成NO2,提高NO2的吸收效率。2.氨氧化爐中采用了哪些工業(yè)生產(chǎn)原理?提示：增大反應(yīng)物接觸面積。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測要點一氮氧化物的制備及HNO3的生成問題導(dǎo)思硝酸的工業(yè)制法有幾種?提示：硝石法、電弧法、氨催化氧化法等。氨的催化氧化法采用的催化劑是什么?提示：鉑系催化劑。綜合法中的常壓和加壓分別針對什么化學(xué)反應(yīng)過程?提示：氨的氧化常壓下進行,NO的氧化和NO2的吸收在加壓下進行。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測1.硝酸工業(yè)制法的發(fā)展。硝酸的工業(yè)制法有三種:第一種是早在17世紀(jì)就使用的硝石法。它是利用鈉硝石跟濃硫酸共熱而得硝酸。由于硝酸較易揮發(fā),所以,反應(yīng)產(chǎn)生的是硝酸蒸氣,經(jīng)冷凝后即為液體。反應(yīng)生成的酸式硫酸鹽,在高溫條件下可進一步與鈉硝石反應(yīng),生成硫酸正鹽和硝酸。但硝酸在高溫時會分解,所以硝石法一般控制在第一步反應(yīng)。此法產(chǎn)量低,消耗硫酸多,又受到硝石產(chǎn)量的限制,已逐步被淘汰。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測第二種是電弧法。它是利用電弧使空氣中的氮氣和氧氣直接化合生成NO。這是可逆反應(yīng),而且這兩種單質(zhì)互相化合時是吸熱的,因此高溫對于NO的生成有利。不過,即使在3 000 ,平衡混合物中也僅含有5%的一氧化氮。工業(yè)上用強大的電源產(chǎn)生的電弧做加熱器,溫度可達4 000 左右。當(dāng)空氣流迅速通過電弧時,空氣受到強熱,于是就生成了少量的一氧化氮。立即將混合氣體冷卻到1 200 以下,以后再進一步冷卻?；旌蠚怏w中的NO與O2化合生成NO2,最后用水吸收而成硝酸。因為電弧法耗費大量的電能,同時NO的產(chǎn)率低,當(dāng)氨氧化法問世后,它也逐漸被淘汰了。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測第三種是氨的催化氧化法。按生產(chǎn)流程和操作條件不同,可分為常壓法、加壓法和綜合法。這種方法成本低,產(chǎn)率高,消耗電能少。常壓法是在常壓下進行的,加壓法是在加壓(600 kPa900 kPa)下進行的,綜合法是既有常壓過程又有加壓過程,即氨的氧化在常壓下進行,一氧化氮的氧化和二氧化氮的吸收在加壓(600 kPa900 kPa)下進行。常壓法生產(chǎn)的硝酸中HNO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小,一般為47%50%。它的生產(chǎn)設(shè)備所需的不銹鋼數(shù)量較多,但操作方便,鉑催化劑損失小,消耗電能較小。加壓法生產(chǎn)的硝酸中HNO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大,一般為58%60%,可以節(jié)省吸收塔數(shù)目,因而所需不銹鋼數(shù)量較少,但操作復(fù)雜,消耗電能較大,鉑催化劑損失也較大。綜合法則兼有二者的優(yōu)點。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測2.氨氧化法制硝酸。(1)氨氧化生成一氧化氮。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測(2)硝酸的生成。這樣制得的稀硝酸,要想獲得95%100%的濃硝酸,可采用的方法是:稀硝酸濃縮脫水制濃硝酸:以硝酸鎂作脫水劑,將濃硝酸鎂溶液與稀硝酸按一定比例混合進行蒸餾。由于硝酸鎂具有脫水作用,因此可蒸出濃度較高的硝酸蒸氣。將硝酸蒸氣再進行精餾,即可得到含量在98%以上的硝酸蒸氣,冷凝后形成濃硝酸。直接合成濃硝酸:在一定的溫度和壓強下,利用液態(tài)四氧化二氮(N2O4)、純氧和水可直接合形成濃硝酸。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測液態(tài)四氧化二氮是怎樣獲得的呢?第一步,制取一氧化氮。氨催化氧化生成一氧化氮并迅速冷卻,使生成的水蒸氣經(jīng)冷凝而除去。第二步,將一氧化氮氧化成二氧化氮。一氧化氮的氧化分兩步進行:首先一氧化氮與空氣中的氧氣反應(yīng)生成二氧化氮,未被氧化的一氧化氮再用濃度為98%的濃硝酸深度氧化。第三步,分離出二氧化氮,將二氧化氮冷凝即可獲得液態(tài)四氧化二氮。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測3.氮的氧化物溶于水的計算規(guī)律。(1)關(guān)系式法。NO2和O2的混合氣體溶于水時,由4NO2+O2+2H2O 4HNO3可知,當(dāng)體積比要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測當(dāng)體積比 要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測值得注意的是:4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當(dāng)于2N2O5的組成。即兩種情況中的總反應(yīng)式都與N2O5+H2O 2HNO3等效。這不僅是記憶兩式的方法,也為相關(guān)計算題的解法提供了新的思路。即利用混合氣體中的N、O原子個數(shù)比進行分析判斷:(2)電子守恒法。NO2或NO轉(zhuǎn)化為HNO3時要失去電子,若上述兩種氣體與O2混合,O2得電子,且得失電子數(shù)必然相等,這是電子守恒法解答此類題目的依據(jù)。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測【例1】 某興趣小組用下圖裝置探究氨的催化氧化。 (導(dǎo)學(xué)號52710011)(1)氨催化氧化的化學(xué)方程式為:。 (2)加熱玻璃管2一段時間后,擠壓1中打氣球鼓入空氣,觀察到2中物質(zhì)呈紅熱狀態(tài);停止加熱后仍能保持紅熱,該反應(yīng)是反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。 (3)為保證在裝置4中觀察到紅棕色氣體,裝置3應(yīng)裝入;若取消3,在4中僅觀察到大量白煙,原因是 。 (4)為實現(xiàn)氨催化氧化,也可用裝置5替換裝置(填裝置代號);化合物X為(只寫一種),Na2O2的作用是。 要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測解析：本題是一道綜合性較強的實驗題。氨的催化氧化,首先要制備NH3和O2,可得出裝置1的作用:制備NH3和鼓入O2。在裝置2中NH3和O2在催化劑、加熱條件下,反應(yīng)生成NO和H2O。利用裝置3除去H2O,在裝置4中NO被氧化為NO2。若取消裝置3,在裝置4中生成的NO與O2反應(yīng)生成NO2,NO2與水反應(yīng)生成HNO3,NH3與HNO3反應(yīng)生成了NH4NO3。(4)裝置5是制備NH3和O2。答案：(1)4NH3+5O2 4NO+6H2O(2)放熱(3)濃硫酸生成的NO與O2反應(yīng)生成NO2,NO2與水反應(yīng)生成HNO3,NH3與HNO3反應(yīng)生成了NH4NO3(4)1(NH4)2CO3與CO2、H2O反應(yīng)生成氧氣要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測1.工業(yè)上用氨的催化氧化法制HNO3時,用制得的50%左右的硝酸溶液制成98%的濃硝酸,一般采用的方法是()A.加CaCl2后再蒸餾濃縮B.加生石灰吸去水分后再過濾C.加硝酸鎂后再蒸餾濃縮D.加入濃硫酸后再分液答案：C要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測要點二尾氣的凈化和處理問題導(dǎo)思硝酸工業(yè)中尾氣的有害成分是什么?提示：NO、NO2等含氮氧化物。處理硝酸工業(yè)尾氣常用什么方法?提示：堿液吸收法和催化還原法。處理硝酸工業(yè)尾氣常用的原料是什么?提示：純堿溶液或甲烷、氫氣等。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測1.堿液吸收法。2.催化還原法。利用碳酸鈉溶液吸收氮的氧化物比較經(jīng)濟,但處理后的尾氣中氮的氧化物的含量仍難以達到排放標(biāo)準(zhǔn),人們又采用催化還原法凈化尾氣。在催化劑存在的條件下,利用各種燃料氣中的甲烷、氫氣等將氮的氧化物還原為氮氣和水,使尾氣中氮的氧化物的含量降低,達到甚至低于排放標(biāo)準(zhǔn)。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測【例2】 在硝酸生產(chǎn)過程所排放出來的廢氣中含有NO和NO2,它們污染環(huán)境,現(xiàn)用氨催化還原法將它們轉(zhuǎn)化為無毒氣體(填名稱)直接排入空氣中,寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:。 假設(shè)NO和NO2的物質(zhì)的量之比恰好為1 1,則兩者的混合物相當(dāng)于一種酸酐,寫出用燒堿溶液吸收這種酸酐的化學(xué)方程式:。 (導(dǎo)學(xué)號52710012)解析：硝酸的酸酐是N2O5,和NaOH反應(yīng)生成NaNO3,亞硝酸的酸酐是N2O3,和NaOH反應(yīng)生成NaNO2。要點一要點二典例導(dǎo)航即時演練即時檢測2.化工生產(chǎn)中的廢氣和汽車尾氣的排放是造成大氣污染的主要原因。下列氣體經(jīng)過處理后可用做燃料的是 ()A.硫酸工業(yè)尾氣B.硝酸工業(yè)尾氣C.汽車尾氣D.高爐煤氣解析：各選項與主要污染物的對應(yīng)關(guān)系是:A二氧化硫、三氧化硫;B一氧化氮、二氧化氮;C一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氮化氮和烴;D一氧化碳、二氧化碳。由于汽車尾氣很分散,而目前甚至于今后一段時間內(nèi),將汽車尾氣轉(zhuǎn)化為燃料還不現(xiàn)實,故選D。答案：D要點一要點二即時檢測1.在氨氧化法制硝酸中,二氧化氮的吸收反應(yīng)如下:3NO2+H2O 2HNO3+NO(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))為了提高硝酸的產(chǎn)率,應(yīng)該采取的措施是()A.降低溫度B.升高溫度C.減小壓強D.使用催化劑解析：該可逆反應(yīng)為正反應(yīng)氣體體積縮小的放熱反應(yīng),故增大壓強、降低溫度可使平衡向右移動,提高硝酸的產(chǎn)率。答案：A要點一要點二即時檢測2.關(guān)于NO的下列敘述中不正確的是() (導(dǎo)學(xué)號52710013)A.NO可以是某些含低價N元素的物質(zhì)被氧化的產(chǎn)物B.NO不是亞硝酸酐C.NO可以是某些含高價N元素的物質(zhì)被還原的產(chǎn)物D.NO是紅棕色氣體答案：D要點一要點二即時檢測3.下圖是A、B、C、D、E五種含氮物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系圖。其中A、B、C、D常溫下都是氣體,B為紅棕色,寫出A、B、C、D、E的化學(xué)式和各步反應(yīng)的化學(xué)方程式。 (導(dǎo)學(xué)號52710014)(1)A,B,C,D,E。 (2)AC;AD;DC;CB;BE;EC。 要點一要點二即時檢測答案：(1)N2NO2NONH3HNO3