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高中三年级化学

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    我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):

    请填写下列空白:
    (1)已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在T℃、pkPa时完全反应,生成一氧化碳和氢气(合成气),吸收了akJ的热量。该反应的热化学方程式是___。
    (2)上述流程中,分离H2和CO2的合理方法是___(填序号)。
    A.混合气先通入氢氧化钠溶液,再向溶液中加盐酸
    B.混合气加压冷却,使CO2液化
    C.混合气用氨水洗涤
    D.混合气先通入到石灰浆中,然后高温煅烧固体
    (3)为了保证氨气顺利合成,在空气进入合成塔之前必须对空气进行____,目的是____ ;在合成氨的实际生产过程中,常将生成的氨从混合气体中分离出来,分离出氨的方法为____。
    (4)合理地利用资源不仅可以提高经济效益,而且也是对社会和全人类负责的表现,请用线段和箭头画出图中两处合理利用资源的情况:___ 。
    本题信息:2011年模拟题化学填空题难度较难 来源:杨云霞
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本试题 “我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):请填写下列空白:(1)已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水...” 主要考查您对

热化学方程式

物质的分离

天然气的综合利用

合成氨(人工固氮)

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  • 热化学方程式
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  • 合成氨(人工固氮)
热化学方程式:

1.定义表示反应所放出或吸收热量的化学方程式,叫做热化学方程式。
2.表示意义不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明厂化学反应中的能量变化。例如:,表示在25℃、101kPa下,2molH2(g)和1mol O2(g)完全反应生成2molH2O(l)时要释放571.6kJ 的能量。
热化学反应方程式的书写:

热化学方程式与普通化学方程式相比,在书写时除厂要遵守书写化学方程式的要求外还应注意以下问题:
1.注意△H的符号和单位 △H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边。若为放热反应,△H为“-”;若为吸热反应,△H为“+”。△H的单位一般为kJ/moJ。
2.注意反应条件反衄热△H与测定条件(温度、压强等)有关。因此书写热化学方程式时应注明△H的测定条件。绝大多数△H是是25℃、101kPa下测定的,此条件下进行的反应可不注明温度和压强。
3.注意物质的聚集状态反应物和生成物的聚集状态不同,反应热△H不同。因此,必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”,液体用:l“,固体用“s”,溶液用“aq”。
4.注意热化学方程式的化学计量数
(1)热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,并不表示物质的分子数或原子数,因此化学计量数可以是整数,也可以是分数。
(2)热化学方程式中的反应热表示反应已完成时的热量变化,由于△H与反应完成的量有关,所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与△H相对应,如果化学计量数加倍,则△H也要加倍。当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。

分离与提纯的原则和要求:

(1)选择分离与提纯方法应遵循的原则
①不增:指不能引入新的杂质。
②不减:指应尽可能减少被分离与提纯的物质的损失。
③易分离:指如果使用试剂除去杂质时,要求反应后的产物跟被提纯的物质容易分离。
④易复原:指分离物或被提纯的物质都要容易复原。
(2)分离与提纯操作过程应遵循“三必须”
①除杂质试剂必须过量;
②过量试剂必须除尽(因过量试剂会带人新的杂质);
③除杂途径必须选最佳。


常见的分离与提纯的方法:

(1)物质分离与提纯常用的物理方法

方法 适用范围或原理 装置 举例 注意事项
过滤 分离固体和液体混合物 粗盐提纯时把粗盐溶于水,经过滤把不溶于水的杂质除去 ①要“一贴二低三靠” 滤纸紧贴漏斗内壁;滤纸边缘低于漏斗口,漏斗里液面低于滤纸边缘;烧杯口紧靠玻璃棒,玻璃捧下端紧靠三层滤纸.漏斗下端紧靠烧杯内壁。
②必要时洗涤沉淀物(在过滤器中加少量水),不可搅拌
结晶
重结晶
分离各组分在溶剂中的溶解度随温度变化不同的混合物 KNO3溶解度随温度变化大, NaCl溶解度随温度变化小,可用该法从二者的混合液中提纯KNO3 ①一般先配较高温度下的浓溶液,然后降温结晶
②结晶后过滤,分离出晶体
蒸发 溶解度随温度变化较小的物质 从食盐水溶液中提取食盐晶体 ①溶质应不易分解、不易水解、不易被氧气氧化
②蒸发过程应不断搅拌
③近干时停止加热,余热蒸干
蒸馏 分离沸点不同的液体混合物 制无水乙醇(加生石灰)、硝酸的浓缩[加浓硫酸或 Mg(NO3)2] ①温度计水银球在蒸馏烧瓶支管口处
②加沸石(碎瓷片)
③注意冷凝管水流方向应下进上出
④不可蒸干
分馏 分离多种液态混合物 同蒸馏 石油分馏 同蒸馏
萃取 分离两种互溶的液体 CCl4把溴水中的Br2萃取出来
①萃取后再进行分液操作
②对萃取剂的要求:与原溶剂互不混溶,不反应;溶质在其中的溶解度比在原溶剂中大;溶质不与萃取剂反应
③萃取后得到的仍是溶液,一般要通过分馏等方法进一步分离
分液 分离两种不相混溶的液体(密度不同) 水、苯的分离 下层液体从下口放出,上层液体从上口倒出
液化 利用气体混合物中某组分易液化的特点来分离 除去SO2中的SO3 可把锥形瓶换成硬质大试管
盐析 利用某些物质在加某些无机盐时,其溶解度降低而凝聚的性质来分离物质 —— 从皂化液中分离肥皂、甘油,蛋白质的盐析 盐析是物理变化。盐析之后一般要采取过滤的操作
洗气 杂质气体易溶于某液体 除去CO2中的HCl气体,可使混合气体通过盛有饱和NaHCO3 溶液的洗气瓶 ①从洗气瓶的长导管一端进气
②混合物中气体溶解度差别较大
升华 利用某些物质有升华的特性 粗碘中碘与钾、钠、钙、镁的碘化物混合,利用碘易升华的特点将碘与杂质分开 升华物质的集取方法不作要求
渗析 胶体提纯、精制 除去Fe(OH)3胶体中的HCl 要不断更换烧杯中的水或改用流动水,以提高渗析效果

(2)物质分离与提纯常用的化学方法:
①加热法
混合物中混有某些热稳定性差的物质时,可直接加热,使热稳定性差的物质分解而分离出来。例如:食盐中混有氯化铵、纯碱中混有小苏打等均可直接加热除去杂质。
②沉淀法
在混合物中加入某试剂,使其中一种以沉淀形式分离出去的方法。使用该方法一定要注意不能引入新杂质,若使用多种试剂将溶液中不同粒子逐步沉淀时,应注意后加入试剂能将先加入的过量试剂除去,最后加入的试剂不引入新杂质。例如:加入适量BaCl2溶液可除去NaCl中混有的Na2SO4。
③转化法
利用化学反应将某种物质进行多次转化而分离。例如:分离Fe3+和Al3+时,可加入过量的NaOH溶液,生成Fe(OH)3和NaAlO2,过滤后,分别再加盐酸重新生成Fe3+和Al3+。注意转化过程中尽量减少被分离物质的损失.而且转化后的物质要易恢复为原物质。
④酸碱法
被提纯物质不与酸或碱反应,而杂质可与酸或碱发生反应,可用酸或碱作除杂试剂。例如:用盐酸除去 SiO2中的石灰石,用氢氧化钠除去铁粉中的铝粉。
⑤氧化还原法
a.对混合物中混有的还原性杂质,可加入适当的氧化剂将杂质氧化为被提纯物质。例如:将氯水滴入混有FeCl2的FeCl3溶液中,除去FeCl2杂质。
b.对混合物中混有的氧化性杂质,可加入适当还原剂将杂质还原为被提纯物质。例如:将过量铁粉加入混有FeCl3的FeCl2溶液中,振荡过滤,除去FeCl3 杂质。
⑥调节pH法
通过加入试剂来调节溶液的pH,使溶液中某组分沉淀而分离的方法。一般加入相应的难溶或微溶物来调节。例如:在CaCl2溶液中含有FeCl3杂质,由于 Fe3+水解,溶液呈酸性,可采用调节溶液pH的方法将 Fe3+沉淀除去,为此,可向溶液中加氧化钙或氢氧化钙或碳酸钙等。
⑦电解法
此法利用电解原理来分离、提纯物质。例如:电解精炼铜,将粗铜作阳极,精铜作阴极,电解液为含铜离子的溶液,通直流电,在阳极铜及比铜活泼的杂质金属失电子,在阴极只有铜离子得电子析出,从而提纯了铜。

天然气的综合利用:

(1)主要成分是CH4,是一种清洁的化石燃料和重要的化工原料。
(2)用途:合成NH3和CH3OH。
以甲烷、水和空气制NH,的化学方程式为:


氮的固定:

1.定义:氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法。
2.方法:氮的固定主要方法有:
(1)人工合成氨 :化学固氨法。其条件要求高、成本高、转化率低、效率低。 
(2)根瘤菌,生物固氨。常温常压下进行。成本低、转化率高、效率高。
3.工业应用:模拟生物的功能,把生物的功能原理用于化学工业生产,借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。 二、合成氨的反应原理
1.加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氨气的混合气体,可以看到湿润的PH试纸变蓝色
2.用氢 气和氨气合成氨的反应式是
N2+3H22NH3,属放热反应。
3.工业上,采用以铁为主的催化剂,在400~500℃和10Mpa~30 Mpa的条件下合成氨。
(1)催化剂的主要作用:成千上万倍地加快化学反应速率,缩短达平衡的时间,提高日产量。
(2)合成氨的适宜条件:以铁为主的催化剂,在400~500℃和10Mpa~30 Mpa的条件
(3)选择适宜生产条件的原则:有较高的反应速率和平衡转化率,能最大限度地提高利润。
(4)合成氨生产时,不采用尽可能高的压强,通常采用10MPa~30MPa 的压强,否则会增大设备的动力要求,增大成本。
(5)合成氨的反应为放热反应,降低温度促使平衡向有移动,有利于N2、H2转化为NH3;但降温必然减缓了反应速率,影响单位时间产率。生产中将二者综合考虑,既要保证N2、H2的转化率,又要保证较快的反应速率,只能选择适中的温度400~500℃左右。应注意该温度为催化剂活化温度,低于此温度,催化剂不起作用。
(6)催化剂是影响反应速率的几个因素中,对反应速率影响程度最大的。
催化剂的特点: 
①选择性:不 同的反应选择不同的催化剂,如合成氨选择了铁触媒。每种催化剂都是对特定的反应有催化作用,并非能改变任何化学反应的速率。 
②灵敏性:催化剂中混入杂质,常常会失去催化作 用,称催化剂“中毒”,因此  反应气体进入反应器前必须净化。 ③催化剂只有在活化温度以上才能起催化作用,如铁触媒活化温度为400~500℃,因此该温度为合成氨的适宜温度。 

人工固氮技术——合成氨:

1.生产原理
 
2.合成氨的基本生产过程
(1)原料气的制备要实现合成氨的工业化生产,首先要解决氢气和氮气的来源问题。
①氮气的制备合成氨所需要的氮气都取自空气。从空气中制取氮气通常有两种方法:一是将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气;二是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳,再除去二氧化碳得到氮气。
②氢气的制备氢气主要来源于水和碳氢化合物。氢气的制取有下表中的几条途径。

(2)原料气的净化
原料气的净化就是除去原料气中的杂质。在制取原料气的过程中,常混有一些杂质,其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”(所谓“中毒”即是催化剂失去催化活性),所以必须除去。原料气净化的主要目的是防止催化剂“中毒”。
(3)氨的合成与分离
①氨的合成工业合成氨的主要设备是合成塔。将净化后的原料气经过压缩机压缩后输人合成塔,经过下列化学反应合成氨:

②氨的分离从合成塔出来的混合气体,通常约含15%(体积分数)的氨。为了使氨从未反应的氮气和氢气里分离出来,要把混合气体通过冷凝器使氨液化,然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐。南气体分离器出来的气体,经过循环压缩机,再送到合成塔中进行反应。
3.合成氨适宜条件的选择
外加条件要尽可能加快反应速率,提高反应物的转化率.


 4.合成氨的环境保护
随着环境保护意识的增强,以及相关的法律、法规的严格实施,合成氨生产中可能产生的“三废”的处理越来越成为技术改造的重要问题。
(1)废渣
主要来自造气阶段,特别是以煤为原料而产生的煤渣,用重油为原料产生的炭黑等,现在大都将它们用作建材和肥料的原料。
(2)废气
主要是H2S和CO2等气体。对H2S气体的处理,先后采用了直接氧化法(选择性催化氧化)、循环法(使用溶剂将其吸收浓缩)等回收技术。对CO2 的处理,正在不断研究和改进将其作为尿素和碳铵生产原料的途径。
(3)废液
主要是含氰化物和含氨的污水。目前,处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法;处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的,对浓度过低的含氨废水,可用离子交换法治理。


发现相似题
与“我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤...”考查相似的试题有: