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1、目标导航,预习导引,1.认识氨氧化法制HNO3的反应原理和特点。 2.理解化学反应速率和化学平衡在HNO3制备的最佳条件、选择主要设备和生产流程中的应用。 3.理解排放物治理达标,保护生态环境的意义。,目标导航,预习导引,1.实验室观察氨氧化法制HNO3的模拟实验中,用到的催化剂是Cr2O3,工业上氨氧化法制HNO3使用的选择性良好的催化剂铂系催化剂,催化活性更好,是目前硝酸生产主要采用的催化剂。 2.实验室可用NO2和H2O反应制取硝酸,同时还生成NO,反应的化学方程式是3NO2+H2O 2HNO3+NO,该反应只能在微热条件下进行,温度过高会使生成的硝酸挥发。 3.氨氧化法制硝酸可分两个生
2、产阶段,在第一阶段发生反应的化学方程式是4NH3+5O2 4NO+6H2O,在第二阶段发生反应的化学方程式是2NO+O2 2NO2、3NO2+H2O 2HNO3+NO,这种方法制得的硝酸只是稀硝酸。要把它制成浓硝酸可加入Mg(NO3)2再进行蒸馏浓缩,就可以得到98%的浓硝酸。常用浓硝酸的溶质的质量分数大约是63%。,目标导航,预习导引,4.净化尾气。 碱液吸收氮氧化物:用NaOH溶液吸收氮的氧化物,除了能吸收氮的氧化物外,还可以得到硝酸盐和亚硝酸盐。 感悟思考 1.NO2与水反应中有NO生成,因而吸收设备中应不断补充O2,为什么? 提示：O2与NO反应又生成NO2,提高NO2的吸收效率。 2
3、.氨氧化炉中采用了哪些工业生产原理? 提示：增大反应物接触面积。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,要点一 氮氧化物的制备及HNO3的生成 问题导思 硝酸的工业制法有几种? 提示：硝石法、电弧法、氨催化氧化法等。 氨的催化氧化法采用的催化剂是什么? 提示：铂系催化剂。 综合法中的常压和加压分别针对什么化学反应过程? 提示：氨的氧化常压下进行,NO的氧化和NO2的吸收在加压下进行。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,1.硝酸工业制法的发展。 硝酸的工业制法有三种: 第一种是早在17世纪就使用的硝石法。它是利用钠硝石跟浓硫酸共热而得硝酸。 由于硝酸较易挥发,所以,反应产生的
4、是硝酸蒸气,经冷凝后即为液体。反应生成的酸式硫酸盐,在高温条件下可进一步与钠硝石反应,生成硫酸正盐和硝酸。但硝酸在高温时会分解,所以硝石法一般控制在第一步反应。此法产量低,消耗硫酸多,又受到硝石产量的限制,已逐步被淘汰。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,第二种是电弧法。它是利用电弧使空气中的氮气和氧气直接化合生成NO。 这是可逆反应,而且这两种单质互相化合时是吸热的,因此高温对于NO的生成有利。不过,即使在3 000 ,平衡混合物中也仅含有5%的一氧化氮。 工业上用强大的电源产生的电弧做加热器,温度可达4 000 左右。当空气流迅速通过电弧时,空气受到强热,于是就生成了少量的一氧
5、化氮。立即将混合气体冷却到1 200 以下,以后再进一步冷却。混合气体中的NO与O2化合生成NO2,最后用水吸收而成硝酸。因为电弧法耗费大量的电能,同时NO的产率低,当氨氧化法问世后,它也逐渐被淘汰了。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,第三种是氨的催化氧化法。按生产流程和操作条件不同,可分为常压法、加压法和综合法。这种方法成本低,产率高,消耗电能少。 常压法是在常压下进行的,加压法是在加压(600 kPa900 kPa)下进行的,综合法是既有常压过程又有加压过程,即氨的氧化在常压下进行,一氧化氮的氧化和二氧化氮的吸收在加压(600 kPa900 kPa)下进行。 常压法生产的硝酸
6、中HNO3的质量分数较小,一般为47%50%。它的生产设备所需的不锈钢数量较多,但操作方便,铂催化剂损失小,消耗电能较小。加压法生产的硝酸中HNO3的质量分数较大,一般为58%60%,可以节省吸收塔数目,因而所需不锈钢数量较少,但操作复杂,消耗电能较大,铂催化剂损失也较大。综合法则兼有二者的优点。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,2.氨氧化法制硝酸。 (1)氨氧化生成一氧化氮。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,(2)硝酸的生成。 这样制得的稀硝酸,要想获得95%100%的浓硝酸,可采用的方法是: 稀硝酸浓缩脱水制浓硝酸:以硝酸镁作脱水剂,将浓硝酸镁溶液与稀硝酸按一定
7、比例混合进行蒸馏。由于硝酸镁具有脱水作用,因此可蒸出浓度较高的硝酸蒸气。将硝酸蒸气再进行精馏,即可得到含量在98%以上的硝酸蒸气,冷凝后形成浓硝酸。 直接合成浓硝酸:在一定的温度和压强下,利用液态四氧化二氮(N2O4)、纯氧和水可直接合形成浓硝酸。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,液态四氧化二氮是怎样获得的呢? 第一步,制取一氧化氮。氨催化氧化生成一氧化氮并迅速冷却,使生成的水蒸气经冷凝而除去。 第二步,将一氧化氮氧化成二氧化氮。一氧化氮的氧化分两步进行:首先一氧化氮与空气中的氧气反应生成二氧化氮,未被氧化的一氧化氮再用浓度为98%的浓硝酸深度氧化。 第三步,分离出二氧化氮,将二
8、氧化氮冷凝即可获得液态四氧化二氮。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,3.氮的氧化物溶于水的计算规律。 (1)关系式法。 NO2和O2的混合气体溶于水时,由4NO2+O2+2H2O 4HNO3可知,当体积比,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,当体积比,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,值得注意的是:4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成。即两种情况中的总反应式都与N2O5+H2O 2HNO3等效。这不仅是记忆两式的方法,也为相关计算题的解法提供了新的思路。即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断: (2)电子守恒法。 NO2或N
9、O转化为HNO3时要失去电子,若上述两种气体与O2混合,O2得电子,且得失电子数必然相等,这是电子守恒法解答此类题目的依据。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,【例1】 某兴趣小组用下图装置探究氨的催化氧化。 (导学号52710011),(1)氨催化氧化的化学方程式为: 。 (2)加热玻璃管2一段时间后,挤压1中打气球鼓入空气,观察到2中物质呈红热状态;停止加热后仍能保持红热,该反应是 反应(填“吸热”或“放热”)。 (3)为保证在装置4中观察到红棕色气体,装置3应装入 ;若取消3,在4中仅观察到大量白烟,原因是 。 (4)为实现氨催化氧化,也可用装置5替换装置 (填装置代号);化
10、合物X为 (只写一种),Na2O2的作用是 。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,解析：本题是一道综合性较强的实验题。氨的催化氧化,首先要制备NH3和O2,可得出装置1的作用:制备NH3和鼓入O2。在装置2中NH3和O2在催化剂、加热条件下,反应生成NO和H2O。利用装置3除去H2O,在装置4中NO被氧化为NO2。若取消装置3,在装置4中生成的NO与O2反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3,NH3与HNO3反应生成了NH4NO3。(4)装置5是制备NH3和O2。 答案：(1)4NH3+5O2 4NO+6H2O (2)放热 (3)浓硫酸 生成的NO与O2反应生成NO2,NO2与
11、水反应生成HNO3,NH3与HNO3反应生成了NH4NO3 (4)1 (NH4)2CO3 与CO2、H2O反应生成氧气,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,1.工业上用氨的催化氧化法制HNO3时,用制得的50%左右的硝酸溶液制成98%的浓硝酸,一般采用的方法是( ) A.加CaCl2后再蒸馏浓缩 B.加生石灰吸去水分后再过滤 C.加硝酸镁后再蒸馏浓缩 D.加入浓硫酸后再分液 答案：C,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,要点二 尾气的净化和处理 问题导思 硝酸工业中尾气的有害成分是什么? 提示：NO、NO2等含氮氧化物。 处理硝酸工业尾气常用什么方法? 提示：碱液吸收法和催
12、化还原法。 处理硝酸工业尾气常用的原料是什么? 提示：纯碱溶液或甲烷、氢气等。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,1.碱液吸收法。,2.催化还原法。,利用碳酸钠溶液吸收氮的氧化物比较经济,但处理后的尾气中氮的氧化物的含量仍难以达到排放标准,人们又采用催化还原法净化尾气。,在催化剂存在的条件下,利用各种燃料气中的甲烷、氢气等将氮的氧化物还原为氮气和水,使尾气中氮的氧化物的含量降低,达到甚至低于排放标准。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,【例2】 在硝酸生产过程所排放出来的废气中含有NO和NO2,它们污染环境,现用氨催化还原法将它们转化为无毒气体(填名称) 直接排入空气中
13、,写出有关反应的化学方程式: 。 假设NO和NO2的物质的量之比恰好为11,则两者的混合物相当于一种酸酐,写出用烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式: 。 (导学号52710012) 解析：硝酸的酸酐是N2O5,和NaOH反应生成NaNO3,亚硝酸的酸酐是N2O3,和NaOH反应生成NaNO2。,要点一,要点二,典例导航,即时演练,即时检测,2.化工生产中的废气和汽车尾气的排放是造成大气污染的主要原因。下列气体经过处理后可用做燃料的是 ( ) A.硫酸工业尾气 B.硝酸工业尾气 C.汽车尾气 D.高炉煤气 解析：各选项与主要污染物的对应关系是:A二氧化硫、三氧化硫;B一氧化氮、二氧化氮;C一氧化碳
14、、二氧化碳、一氧化氮、二氮化氮和烃;D一氧化碳、二氧化碳。由于汽车尾气很分散,而目前甚至于今后一段时间内,将汽车尾气转化为燃料还不现实,故选D。 答案：D,要点一,要点二,即时检测,1.在氨氧化法制硝酸中,二氧化氮的吸收反应如下:3NO2+H2O 2HNO3+NO(正反应为放热反应)为了提高硝酸的产率,应该采取的措施是( ) A.降低温度 B.升高温度 C.减小压强 D.使用催化剂 解析：该可逆反应为正反应气体体积缩小的放热反应,故增大压强、降低温度可使平衡向右移动,提高硝酸的产率。 答案：A,要点一,要点二,即时检测,2.关于NO的下列叙述中不正确的是( ) (导学号52710013) A.NO可以是某些含低价N元素的物质被氧化的产物 B.NO不是亚硝酸酐 C.NO可以是某些含高价N元素的物质被还原的产物 D.NO是红棕色气体 答案：D,要点一,要点二,即时检测,3.下图是A、B、C、D、E五种含氮物质相互转化的关系图。其中A、B、C、D常温下都是气体,B为红棕色,写出A、B、C、D、E的化学式和各步反应的化学方程式。 (导学号52710014) (1)A ,B ,C ,D ,E 。 (2)AC ; AD ; DC ; CB ; BE ; EC 。,要点一,要点二,即时检测,答案：(1)N2 NO2 NO NH3 HNO3,