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50 第三课 无机化工──硫酸工业、合成氨工业、纯碱工业

免费读1274字2024-07-22

  老师:同学们,大家好,化学工业对国计民生的发展起到了不可替代的作用,是化学学科知识综合应用的具体实践。本节课我们将通过合成氨工业、硫酸工业、纯碱工业的学习,认识化工生产的基本原理,关注化学与科技、社会生活的关系。

  学生:硫酸工业、合成氨工业、纯碱工业作为无机化工生产的典型代表,由于所用原料与所得产品的不同,化工过程的差别很大。但一个生产工艺的实现基本上都要考虑以下四个问题。首先是原料的选择。即使是同一个生产产品,不同的原料、工艺流程及设备也会有所差别。化学反应原理是化工生产的依据,而反映条件的控制则决定了产品的数量与品质。化工生产过程通常都需要消耗大量的能源,如何充分利用生产过程中产生的热量是降低生产成本的关键。

  学生:最后,产物的处理问题,如何做到物尽其用、绿色环保已成为当今化学研究的热点。同学们,原料的选择一般要遵循以下两个基本原则,首先,原料中的元素应包含产品中的所有组成元素。以纯碱工业为例,原料中应含有钠元素、碳元素和氧元素。其次,原料在自然界储量丰富且容易获取。例如,海洋中的氯化钠是纯碱工业的原料,为纯碱工业提供钠元素合成。氨工业中所需的氮元素源自于空气中的氮气,而硫酸工业所需要的硫元素则来自于地壳中的矿物硫磺或者硫铁矿。请同学们回顾易学知识,写出三个工业生产中主要反映的化学方程式。其中硫酸工业以硫磺为原料,仔细核对一下,你写的对吗?

  学生:在上述反应中,有3个细节你注意到了吗?碳酸氢钠的沉淀以及两个可逆符号。对于设计化工流程的工程师来说,如何通过控制反映条件,让溶液中进行的复分解反应,吸出更多的产物,让可逆反应速度更快,转化率更大,将是决定整个化工生产效益的关键。

  学生:纯碱工业的目标产品是碳酸钠,为什么吸出的是碳酸氢钠?我们通过对原料物质中相应离子的相互作用进行分析。饱和氯化钠溶液中主要存在钠离子和氯离子,那如何通入氨气和二氧化碳?由于氨气的溶解度远大于二氧化碳,一般先通入氨气至饱和,在持续缓慢通入二氧化碳,这样能确保溶解并反应更多的二氧化碳。反应开始阶段,氨气与少量二氧化碳反应深层铵根离子和碳酸根离子。随着二氧化碳继续通入,与溶液中的碳酸根离子反应生成碳酸氢根离子。反应过程中,碳酸根离子浓度逐渐减小,碳酸氢根离子浓度则逐渐增大。溶液中微粒相互作用的过程中会稀出什么固体?我们结合相关物质随温度变化的溶解度曲线寻找答案。

  学生:从图中信息可知,碳酸氢钠的溶解度相较其他物质更小,易于稀出,所以最终威力作用的结果是碳酸氢钠固体稀出。想一想,从条件控制的角度看,哪些操作方法能使碳酸氢钠吸出更多?

  学生:先通氨气至饱和,再持续缓慢加入二氧化碳,目的就是尽可能提高碳酸氢根离子的浓度,有利于吸出更多的碳酸氢钠。从温度角度看,该反应温度一般控制在20-30度,温度过高,碳酸氢钠的溶解度较大,不利于稀出。另一方面,溶液中的碳酸氢氧也

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