影响盐类水解平衡的因素:
主要因素是盐本身的性质,组成的盐的酸根对应的酸越弱(或阳离子对应的碱越弱),水解程度就越大,另外还受温度、浓度及外加酸碱等因素的影响。
(1)温度:盐的水解是吸热反应,因此升高温度水解程度增大;
(2)浓度:盐的浓度越小,水解程度越大,但溶液的酸碱性一般越弱;
(3)外加酸碱:外加酸碱能促进或抑制盐的水解,使盐的水解程度降低,但由于酸(或碱)的加入,使溶液的酸(碱性)增强。
例如: 外界条件对
水解平衡
的影响
(4)能水解的阳离子与能水解的阴离子混合,会相互促进水解。常见的含下列离子的两种盐混合时,会发生较彻底的双水解反应:阳离子:Fe
3+、Al
3+;阴离子:CO
32-、HCO
3-、S
2-、HS
-、AlO
2-、SO
32-、HSO
3-等。
(5)Fe
3+与S
2-、HS
-、SO
32-、HSO
3-等还原性离子发生氧化还原反应,而不是发生双水解反应。
(6)HCO
3-与AlO
2-在溶液中也不能共存,可发生反应产生白色沉淀,但不是由于双水解反应,而是:
盐类水解程度大小比较规律:
1.盐水解生成的弱酸(或弱碱)越弱,水解程度越大。常据此判断弱酸(或弱碱)的相对强弱:如等浓度的三种盐溶液,pH依次增大,则弱酸根离子的水解程度依次增大,所以酸性HX>HY>HZ。
2.相同条件下:正盐>相应酸式盐。如水解程度
3.相互促进水解的盐>单水解的盐>相互抑制水解的盐。如水解程度
水解方程式:
1、定义:表示盐水解的式子。
2、书写水解方程式的注意事项:
(1)找出盐类组成中会发生水解的离子(弱酸阴离子或弱碱阳离子),直接写出盐类水解的离子方程式。
(2)盐类的水解反应是中和反应的逆反应,中和反应的程度很大,水解反应的程度很小,故写盐类的水解反应方程式或离子方程式时,一般不写“=”而写“
”。
(3)一般盐类水解的程度很小,水解产物也少,通常不生成沉淀或气体,也不发生分解。在书写盐类水解的离子方程式时一般不标“↑”或“↓”,也不把生成物(如NH
3·H
2O、H
2CO
3)写成其分解产物的形式。
(4)多元弱酸的盐中弱酸根离子分步水解,第一步比较容易发生,第二步比第一步难。水解时以第一步为主。多元弱酸的水解反应式应分步书写,而多元弱碱的水解反应不分步书写。
(5)某些盐溶液在混合时,由于一种盐的阳离子和另一种盐的阴离子都能发生水解,水解后溶液的性质相反,它们在一起时就能相互促进对方的水解,使两种离子的水解趋于完全。称为双水解。如:铝盐和碳酸盐混合:
,双水解反应中如果有复分解反应的条件(沉淀、气体、水等生成),则反应比较完全。书写时一般用“=”,标“↑”或“↓”。
盐类水解方程式的书写:
一般来说,盐类水解的程度不大,应该用可逆号“”表示,盐类水解一般不会产生沉淀和气体,所以不用“↑”“↓”符号表示。
1.一元弱酸的强碱盐和一元弱碱的强酸盐的水解。
2.多元弱酸的强碱盐的水解是分步进行的,不能合并,以第一步为主。
3.多元弱碱的强酸盐的水解。
4.弱酸的铵盐的水解。
5.完全双水解的离子间的反应用“==”表示,标明“↑”“↓”符号。如
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
N
2+3H
22NH
3,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N
2、H
2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。