【南方新课堂 金牌学案】2017春高中化学 1.3 氨氧化法制硝酸课件 鲁科版选修2.ppt
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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
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