【67】十大物质的工业制法

知识总结

七苏团队原创

一、氯碱工业 

1、 反应原理：

2、 反应装置图：

(1)电极反应

(2) 离子反应方程式：

3、 阳离子交换膜的作用：阻止OH^－进入阳极室与Cl₂发生副反应：

阻止阳极产生的Cl₂和阴极产生的H₂混合发生爆炸

4、 生成物的用途：

（1）制盐酸

（2）制漂白粉：

（3）氢气：冶炼金属，绿色能源

（4）氯气：合成农药，制漂白粉，漂白液

（5）氢氧化钠：造纸、玻璃、肥皂以及纺织等

5、 一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图

（1）第一步、第三步为电解池，第二步为原电池，第一步中氧气在阴极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子、在阳极失去电子发生氧化反应生成，目的是用于生产氢氧化钠

（2）第二步中在正极得到电子发生还原反应生成、氯离子作用下银在负极失去电子发生氧化反应生成氯化银，目的是用于提取钠离子和氯离子

（3）第三步中氯化银在阴极得到电子发生还原反应生成银和氯离子、氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，目的是用于生产氯气

二、工业制取硫酸 

1、 装置：沸腾炉、接触室、吸收塔

2、 反应原理：

3、 反应装置图：

4、 解决三个问题

（1）黄铁矿充分燃烧

（2）充分利用热量

（3）解决SO₃吸收时的酸雾问题

5、工业上用黄铁矿(FeS₂)为原料制备硫酸的流程如下：

(1)沸腾炉中发生反应的化学方程式为

该反应属于氧化还原反应          

(2)利用Fe₂O₃废渣(俗称“红砂”)制备废水除砷剂的第一步是将“红砂”与硫酸混合，该步反应的化学方程式为

(3)从接触室出来的混合气体中含有SO₂、SO₃、O₂、N₂等气体，设计一个实验方案证明其中含有SO₂：将该气体样品通入适量酸性高锰酸钾溶液(或通入适量品红溶液中)，若溶液褪色(或颜色变浅)，说明含有SO₂ 

(4)浓硫酸在常温下可用铁制容器盛放，原因是常温下铁与浓硫酸发生钝化生成致密的氧化膜，阻止铁与硫酸继续反应

三、工业制取硝酸 

1、 反应原理：

2、 装置设备：氧化炉、吸收塔

3、 反应装置图：

4、 所需试剂

（1）吸收剂：水或稀硝酸

（2）浓缩剂：硝酸镁或浓硫酸

（3）尾气吸收吸收剂：氢氧化钠溶液

5、 注意事项：在吸收反应进行过程中补充一些空气，使吸收生成的NO再氧化为NO₂，NO₂溶于水又生成硝酸和NO，经过多次的氧化吸收，二氧化氮可以完全的被水吸收，能尽可能多的转化成硝酸。因此起始物质和反应终产物物质的量间转化关系为：1molNH₃～3molHNO₃

6、下图为工业合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。

(1)合成塔中发生反应的化学方程式为：

(2)工业生产中为了储运大量浓硝酸，最好选择铝作为罐体材料，因为铝遇浓硝酸会钝化

(3)与氮氧化物有关的全球或区域性大气环境问题有酸雨已经光化学烟雾

(4)人们开发了溶液吸收、催化还原等尾气处理方法。请以尾气中的NO₂处理为例，写出相关反应的化学方程式：纯碱溶液吸收法：(提示：NO₂与纯碱溶液反应可发生歧化生成两种盐)

四、工业合成氨 

1、 反应原理：

（催化剂：还原铁粉）

2、 反应流程图：

五、从海水中提取镁（活泼金属冶炼：电解法）

1、流程图

2、基本反应

①基本操作：加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥称量

②基本仪器：酒精灯、烧杯、玻璃棒、漏斗、干燥器、天平

   

（5）氯化镁晶体脱水：

①HCl的作用：带走部分水蒸气，减少MgCl₂的水解

②HCl的作用：抑制MgCl₂的水解，得到无水MgCl₂

（6）制金属镁

①反应：

②加入少量CaCl₂的作用：降低MgCl₂的熔点，节能

3、原料

（1）直接原料：海水、贝壳和盐酸

（2）间接原料：氢气

（3）循环利用：氯气

4、如图是工业利用菱镁矿MgCO₃(含杂质Al₂O₃、FeCO₃)制取镁的工艺流程

(1)菱镁矿送入酸浸池前需要粉碎，目的是提高酸浸速率

(2)氧化池中通入氯气的目的是氧化Fe²⁺，工业上不选用硝酸作氧化剂的原因是会产生污染性气体NO_x并会引入杂质离子NO3(－)

(3)沉淀混合物为Al（OH）₃和Fe（OH）₃

(4)利用熔融氯化镁制取金属镁，选用的方法是电解法

六、从铝土矿中提取铝（活泼金属冶炼：电解法）

1、酸溶法（先酸后碱）

（1）反应流程图

（2）考点：所加试剂均过量

2、 碱溶法（先碱后酸）

（1）反应流程图（试剂a为盐酸；试剂b为氨水）

（2）考点：

①所加试剂均过量

②电解熔融状态的Al₂O₃时，加入冰晶石，作为助溶剂，更好的溶解铝

③不用氯化铝原因：氯化铝为共价化合物，不易电解

3、天然铝土矿中Al₂O₃的含量为50% ~70%，杂质主要为SiO₂、Fe₂O₃、MgO等，工业上用天然铝土矿生产铝锭的工艺流程如下：

已知部分氢氧化物沉淀的pH如下表：

(1)为了加快反应速率，提高氧化铝的利用率，通常会将铝土矿先进行“操作①”后再加入盐酸，“操作①”为粉碎，把固体粉碎，增加了参加反应的固体的表面积，接触面积大大增加就为了加快反应速率、还提高氧化铝的利用率

(2)加入盐酸时，氧化铝发生反应的离子方程式为

(3)上述流程中多次重复的操作的名称为过滤，该操作用到的玻璃仪器除烧杯外还需要玻璃棒漏斗

(4)“溶液B'中加入物质C调节溶液pH，使铁离子完全沉淀，而其它离子不沉淀，故调节pH的范围为3. 2≤pH＜3.7；在溶液D中继续加入C物质调pH到4.7≤pH＜9.6范围，使铝离子沉淀完全，所以溶液E中所含的Mg²⁺是在操作④中分离出去的

(5)固体A的主要成分为SiO₂；固体F的主要成分为 Al(OH)₃ 

七、高炉炼铁（较活泼金属冶炼：热还原法）

1、 原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石

2、 条件：高温

3、 设备：炼铁高炉

4、 原理：热还原法

5、钢铁工业对促进经济和社会的发展具有重要的意义，现代炼铁的主要方法是高炉炼铁。其设备如图所示：

（1）炼铁的炉料(铁矿石、焦炭、石灰石等)由高炉的顶部投入，原料在下降过程中与高炉气气流在炉身部分发生作用

（2）焦炭在炼铁的过程中所起的作用是既提供热量，又产生还原剂CO

（3）采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，其目的是采用逆流接触操作，使铁矿石与还原性气体充分接触、反应

（4）炼铁高炉中发生的主要化学反应：

（5）高炉气中含有的主要气态污染物是CO，若直接排放将污染空气，因此应回收利用，该污染物的用途做燃料、还原剂

八、炼铜 

1、湿法炼铜：

2、高温炼铜

（1）工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得粗铜

（2）电解精炼铜：用粗铜做阳极，失电子变为Cu²⁺，用纯铜棒做阴极即可得精铜

3、铜和三氧化二铁在工农业生产中用途广泛，用黄铜矿(主要成分为CuFeS₂，其中Cu为+2价、Fe为+2价)制取铜和三氧化二铁的工艺流程如图所示：

（1）将黄铜矿粉碎的目的是：增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分

（2）高温熔烧时发生的反应是

（3）用盐酸溶解固体混合物，生成硫化氢气体，不溶于酸的固体铜和滤液A氯化亚铁溶液

（4）通过操作a将把混合液分开为铜单质和溶液，所以操作a为过滤

九、工业制硅 

1、 反应原理：

2、 粗硅的精制：

3、晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：

（1）高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：

（2）粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl₃：

（3）SiHCl₃与过量H₂在1 100 ℃反应制得纯硅，且SiHCl₃能与H₂O强烈反应，在空气中易自燃。

（4）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl₃(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl₄(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl₃采用的方法为蒸馏

（5）用SiHCl₃与过量H₂反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：

（6）装置B中的试剂是浓硫酸，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的SiHCl₃汽化

（7）反应一段时间后，装置D中观察到的现象是有固体物质生成，装置D中发生反应的化学方程式为

（8）为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及排尽装置中空气

（9）为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是氯水及KSCN溶液

十、侯氏制碱法 

1、流程：

饱和

2、原理：利用NaHCO₃的溶解度小，析出晶体

3、反应

4、循环利用的物质：CO₂

5、制取NaHCO₃的装置

（1）甲装置是CO₂的发生装置，由于盐酸易挥发，故生成的CO₂气体中会含有HCl气体

（2）乙装置的作用是除去CO₂中的HCl气体，所以乙装置中的试剂是饱和碳酸氢钠溶液

（3）丙是制备碳酸氢钠的发生装置，丁的作用是吸收多余的NH₃，防止其污染环境。从溶液中分离出NaHCO₃晶体的方法是过滤

（4）实验时必须制取含氨的饱和NaCl溶液，然后使之与CO₂反应。因为NH₃极易溶于水，CO₂在水中的溶解度不大，故应先从a导管通入NH₃，后从b导管通入CO₂

（5）己装置中有多孔球泡，能增大CO₂气体与溶液的接触面积，提高了CO₂在溶液中的吸收率

6、 实验室模拟侯氏制碱法制取NaHCO₃装置如图所示

（1）Na₂CO₃溶液与CO₂、HCl均能发生反应，X溶液应为饱和NaHCO₃溶液

（2）使用“多孔球泡”可增大气体与溶液的接触面积，加快NH₃的吸收速率

（3）先通NH₃使溶液呈碱性，利于CO₂的吸收

（4）NaHCO₃固体受热分解得Na₂CO₃固体，利用锥形瓶中所得NaHCO₃制备Na₂CO₃固体，还需经历过滤、洗涤、干燥及焙烧等过程

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团队主编：七苏

文案编辑：夏小柒   资料整理：七柒