【南方新課堂 金牌學案】高中化學 1.3 氨氧化法制硝酸課件 魯科版選修2

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1、目標導航預習導引1.認識氨氧化法制HNO3的反應原理和特點。2.理解化學反應速率和化學平衡在HNO3制備的最佳條件、選擇主要設備和生產流程中的應用。3.理解排放物治理達標,保護生態(tài)環(huán)境的意義。目標導航預習導引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,是目前硝酸生產主要采用的催化劑。2.實驗室可用NO2和H2O反應制取硝酸,同時還生成NO,反應的化學方程式是3NO2+H2O 2HNO3+NO,該反應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階段,在第一階段

2、發(fā)生反應的化學方程式是4NH3+5O2 4NO+6H2O,在第二階段發(fā)生反應的化學方程式是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。常用濃硝酸的溶質的質量分數(shù)大約是63%。目標導航預習導引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與水反應中有NO生成,因而吸收設備中應不斷補充O2,為什么?提示：O2與NO反應又生成NO2,提高NO2的吸收效率。2.氨氧化爐中采用了哪些工業(yè)生產原理

3、?提示：增大反應物接觸面積。要點一要點二典例導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反應過程?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,反應產生的是硝酸蒸氣,經(jīng)冷凝后即為液體。反應生成的酸式硫酸鹽,在高溫條件下可進一步與鈉硝石反

4、應,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。此法產量低,消耗硫酸多,又受到硝石產量的限制,已逐步被淘汰。要點一要點二典例導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,而且這兩種單質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)上用強大的電源產生的電弧做加熱器,溫度可達4 000 左右。當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。混合氣體中的NO與O2化合生成NO2

5、,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的產率低,當氨氧化法問世后,它也逐漸被淘汰了。要點一要點二典例導航即時演練即時檢測第三種是氨的催化氧化法。按生產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。常壓法生產的硝酸中HNO3的質量分數(shù)較小,一般為47%50%。它的生產設備所需的不銹鋼數(shù)量較多,但操作方便,鉑催化劑損失小,消耗電

6、能較小。加壓法生產的硝酸中HNO3的質量分數(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

7、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)關系式法。NO2和O2的混合氣體溶于水時,由4NO2+O

8、2+2H2O 4HNO3可知,當體積比要點一要點二典例導航即時演練即時檢測當體積比 要點一要點二典例導航即時演練即時檢測值得注意的是:4NO2+O2和4NO+3O2從組成上均相當于2N2O5的組成。即兩種情況中的總反應式都與N2O5+H2O 2HNO3等效。這不僅是記憶兩式的方法,也為相關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

9、。 (導學號52710011)(1)氨催化氧化的化學方程式為:。 (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中物質呈紅熱狀態(tài);停止加熱后仍能保持紅熱,該反應是反應(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、

10、加熱條件下,反應生成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反應生成NO2,NO2與水反應生成HNO3,NH3與HNO3反應生成了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反應生成NO2,NO2與水反應生成HNO3,NH3與HNO3反應生成了NH4NO3(4)1(NH4)2CO3與CO2、H2O反應生成氧氣要點一要點二典例導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

11、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航即時演練即時檢測要點二尾氣的凈化和處理問題導思硝酸工業(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準,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

12、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準。要點一要點二典例導航即時演練即時檢測【例2】 在硝酸生產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化為無毒氣體(填名稱)直接排入空氣中,寫出有關反應的化學方程式:。 假設NO和NO2的物質的量之比恰好為1 1,則兩者的混合物相當于一種酸酐,寫出用燒堿溶液吸收這種酸酐的化學方程式:。 (導學號52710012)解析：硝酸的酸酐是N2O5,和NaOH反應生成NaNO3,亞硝酸的酸酐是N2O3,和NaOH反應生成NaNO2。要點一要點二典例導航即時演練即時檢測2.化工生產中的

13、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關系是: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,將汽車尾氣轉化為燃料還不現(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如下:3NO2+H2O 2HNO3+NO(正反應為放熱反應)為了提高硝酸的產率,應該采取的措施是()A.降低溫度B.升高溫度C.減小壓強D.使用催化劑解析

14、：該可逆反應為正反應氣體體積縮小的放熱反應,故增大壓強、降低溫度可使平衡向右移動,提高硝酸的產率。答案：A要點一要點二即時檢測2.關于NO的下列敘述中不正確的是() (導學號52710013)A.NO可以是某些含低價N元素的物質被氧化的產物B.NO不是亞硝酸酐C.NO可以是某些含高價N元素的物質被還原的產物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五種含氮物質相互轉化的關系圖。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的化學式和各步反應的化學方程式。 (導學號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