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高中三年级化学

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首页 高中三年级化学知识 其他不常见有机物（杂环、难命名的有机物、K粉等） 水的净化与处理 合成氨（人工固氮） 试题正文
  • 实验题
    过渡元素在生活、生产和科技等方面有广泛的用途。
    ⑴应用于合成氨反应的催化剂（铁）的表面上存在氮原子，下图为氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图(图中小黑色球代表氮原子，灰色球代表铁原子)。则图示铁颗粒表面上氮原子与铁原子的个数比为
    _________________。

    ⑵现代污水处理工艺中常利用聚合铁{简称PFS，化学式为： [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m，n<5，m<10}在水体中形成絮状物，以吸附重金属离子。下列说法中不正确的是______________ 。（填序号）
    A．PFS中铁显+3价
    B．铁原子的价电子排布式是3d64s2
    C．由FeSO4溶液制PFS需经过氧化、水解和聚合的过程
    D．由下表可知气态Fe2+再失去一个电子比气态Mn2+再失去一个电子难

    ⑶铬的配合物在药物应用、设计合成新磁材料领域和聚乙烯催化剂方面都有重要应用。现有铬（Ⅲ）与甲基丙烯酸根的配合物为
    ①该化合物中存在的化学键类型有______________。
    ②该化合物中一个Cr的配位数为______________。
    ③甲基丙烯酸分子中C原子的杂化方式有______________。
    ④等电子体是具有相同的价电子数和原子数的分子或离子，与H2O分子互为等电子体的微粒是______________。（填一种即可）
    ⑤与铬同周期的所有元素中基态原子最外层电子数与铬原子相同的元素是____________。（填元素符号）
    本题信息：2011年0110模拟题化学实验题难度较难 来源:于丽娜
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本试题 “过渡元素在生活、生产和科技等方面有广泛的用途。⑴应用于合成氨反应的催化剂（铁）的表面上存在氮原子，下图为氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图(图中...” 主要考查您对

其他不常见有机物（杂环、难命名的有机物、K粉等）

水的净化与处理

合成氨（人工固氮）

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其他不常见有机物（杂环、难命名的有机物、K粉）

(1)根据有机物结构简式计算消耗碱的量：
①1mol酚羟基消耗1mol氢氧化钠；
②1mol羧基消耗1mol氢氧化钠；
③若有酯的结构，则先让酯进行酸性水解，再看产物能否和氢氧化钠反应：若酸性水解的产物是羧酸和醇，1mol酯只能和1mol氢氧化钠反应；若酸性水解的产物是羧酸和酚类物质，则1mol酯能和2mol氢氧化钠反应
(2)根据有机物结构简式写出其分子式
①如果题目给出了有机物结构的球棍模型，我们首先要判断每个球各代表何种元素的原子，它们之间是以单键、双键还是叁键结合的，此时各原子可采用数的办法以确定其个数。
如：某有机物分子结构模型为经观察易知：六元环为苯环，且为苯的邻二代物，分别是羟基和醛基，则其分子式为：C7H6O2。
②利用不饱和度确定氢原子的个数，如
共有18个C：6＋6＋1＋1＋4＝18，若饱和，H原子应为2×18＋2＝38（个）。不饱和度：除苯环外另有四个环，碳碳双键和碳氧双键各两个，所以不饱和度为4＋4＋2＋2＝12，故H原子的个数为：38－12×2＝14，其分子式为C18H14O6
根据此原则，有机物
该有机物的C原子数为1＋6＋6＋3＝16，不饱和度为9。所以H原子数为16×2＋2－9×2＝16，其分子式为C16H16O3。
（3）若烃或烃的含氧衍生物中出现－X或－NO2，由于－X和－NO2均是取代一个H原子，所以－X或－NO2每增加一个，对应的H原子就少一个。
如：
C原子数为14，不饱和度为7，另有两个Cl原子，则H原子数为14×2＋2－7×2－2×1＝14，即分子式为C14H14Cl2O4。
又如：
　C原子数为16，不饱和度为1＋4＋1＋4＝10，－NO2和－Br各两个，所以H原子数为16×2＋2－10×2－2×1－2×1＝10，即分子式为C16H10N2O9Br2。
(4)据C、O、N三种元素原子的成键规律可知：在C原子数不变时，引入O原子，无论是－O－或－OH或羰基等，都不会影响到H原子的个数；而以－NH2或－NH－的形式引入N原子，则每多一个N原子对应就多一个H原子。
如：
其C原子数为17，不饱和度为4＋2＋3＝9；－NO2为1、－NH－也为1，所以H原子数为17×2＋2－9×2－1＋1＝18，即分子式为C17H18N2O6。


水的净化：

(1)基本流程：天然水+混凝剂过滤→清洁水+消毒剂→饮用水天然水中溶解的主要气体是O2、CO2、H2S。
(2)除去水中的固体杂质和悬浮物：常用混凝剂为铝盐(如硫酸铝、明矾、碱式氯化铝等)、三价铁盐等。原理为：Al3＋＋3H2O=Al(OH)3(胶体)＋3H＋，Fe3＋＋3H2O=Fe(OH)3(胶体)＋3H＋，生成的胶体能吸附水中的悬浮杂质而沉降，达到净水的效果。
(3)消毒：常用的消毒剂为氯气、漂白粉精、臭氧、二氧化氯等。对自来水进行暴晒是为了除去水中少量的次氯酸。水处理剂能杀菌消毒是因为它具有强氧化性。过氧化钠不能用于自来水的杀菌消毒。O3消毒的反应产物无毒无害。
(4)消除水中的异味：活性炭颗粒的比表面积大，吸附能力强，让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床能够除去水中的异味。活性炭在水的净化过程中只发生物理变化。通入CO2可以除去水中的Ca离子和调节溶液的pH

污水处理：

(1)生物化学方法通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥，在强力通入空气的条件下，微生物以水中的有机废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、水等无机物，从而达到净化污水的目的。
(2)中和法酸性废水常用熟石灰中和，碱性废水常用H2SO4或CO2中和。
(3)③沉淀法 Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋等重金属离子可用Na2S除去，反应的离子方程式为Hg2＋＋S2－===HgS↓，Pb2＋＋S2－===PbS↓，Cu2＋＋S2－===CuS↓。
注意：
①一般不采用离子交换法，因为离子交换法价格昂贵。
②过滤用到的玻璃仪器出烧杯外，还有漏斗、玻璃棒
③分离Hg是需在通风橱中进行，原因是Hg有挥发性，且有毒
④回收纯净的金属铜时应增加冷凝回流装置以防止污染。
3.水质检测的项目：BOD、有机物、N、P、重金属、pH值、悬浮物、溶解性固体、总碱度
富营养化的检测项目：水样的总铅、总铜、总铁、阴离子表面活性剂、氨氮值
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。


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