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2019-2020年高中化學(xué) 《化學(xué)與技術(shù)》2.1《氨的合成以及侯氏制堿法》精編教案 蘇教版選修2 〔課程標(biāo)準(zhǔn)要求〕 1. 了解我國主要生產(chǎn)資源、基本化工產(chǎn)品的主要種類和發(fā)展概況。 2. 了解合成氨的主要反應(yīng)原理、原料、重要設(shè)備、流程和意義，認(rèn)識催化劑的研制對促進(jìn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重大意義。[來源:學(xué)#科#網(wǎng)Z#X#X#K] 3. 用碳酸氫銨和食鹽制備碳酸鈉，了解氯堿工業(yè)的資料。 〔教學(xué)內(nèi)容增減建議〕淡化合成氨的化學(xué)原理講述，主要培養(yǎng)分析流程和裝置圖的能力，利用原料氣的獲得，強(qiáng)化反應(yīng)方程式的書寫；增加候氏制堿法的講述。 〔課時安排〕第一單元用４課時；第二單元３課時，第三單元３課時。復(fù)習(xí)２課時。共１２課時[來源:] 第一單元　　氨的合成以及候氏制堿法（４、５、６課時） 〔知識回顧〕 1. 從平衡的速率角度思考如何選擇合成氨氣的條件？ 2. 合成氨氣的溫度選擇為什么選擇５００攝氏度左右 3. 為什么工業(yè)制硫酸中選擇常壓，而工業(yè)合成氨氣選擇高壓？ 4. 工業(yè)設(shè)計考慮的因素有哪些？ 〔知識學(xué)習(xí)〕 1. 觀察課本工業(yè)合成氨的流程圖思考如何及時分離出氨氣？原理是什么？ 2. 循環(huán)設(shè)計的目的是什么？如何實現(xiàn)循環(huán)？ 3. 原料氣氮氣的得到的途徑你可以設(shè)計出哪些？你認(rèn)為可行的方法是什么？能否直接利用空氣？理由是什么？ 5. 你有幾種方法得到氫氣？你認(rèn)為可行的研究方向為？利用水和煤得到氫氣是普遍采用的方法請寫出化學(xué)方程式，從實驗的角度思考如何得到純凈的氫氣？ 8. 請觀察課本合成氨塔，思考合成氨氣塔的設(shè)計的意圖，為什么采用四層催化劑？熱交換器的作用是什么？冷激氣的設(shè)計思路是什么？ 10. 合成的氨氣配水使用是一種肥料，為什么還要轉(zhuǎn)化為銨鹽或尿素？后者的好處是什么？ 14. 候氏制堿法的原理為：　　　　　　　　　　，　　　　　　　　　　　，利用濃氨水、碳酸鈣、鹽酸、硝石灰、氯化銨、食鹽為原料生產(chǎn)碳酸氫鈉，并設(shè)計食鹽測量所得產(chǎn)品中食鹽的含量 習(xí)題鞏固： 1、利用天然氣合成氨的工藝流程示意如下： 依據(jù)上述流程，完成下列填空： （1）天然氣脫硫時的化學(xué)方程式是 （2）n mol CH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO 0.9n mol、產(chǎn)生H2 mol（用含n的代數(shù)式表示） （3）K2CO3（aq）和 CO2反應(yīng)在加壓下進(jìn)行，加壓的理論依據(jù)是 （多選扣分） （a）相似相溶原理 （b）勒沙特列原理 （c）酸堿中和原理 （4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于 （寫出CO2的一種重要用途）。 （5）整個流程有三處循環(huán)，一是Fe(OH)3循環(huán)，二是K2CO3（aq）循環(huán)，請在上述流程圖中標(biāo)出第三處循環(huán)（循環(huán)方向、循環(huán)物質(zhì)）。 ２、合成氨原料可以由天然氣制取。其主要反應(yīng)為：CH4（g）＋H2O（g）→CO（g）＋3H2（g） （1）1m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CH4按上式完全反應(yīng)，產(chǎn)生H2 mol。 （2）CH4和O2的反應(yīng)為：2CH4（g）＋O2（g）→2CO（g）＋4H2（g） 設(shè)CH4同時和H2O（g）及O2（g）反應(yīng)。1m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CH4按上述兩式完全反應(yīng)，產(chǎn)物氣體的體積V（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為 。 （3）CH4和H2O（g）及富氧空氣（O2含量較高，不同富氧空氣氧氣含量不同）混合反應(yīng)，產(chǎn)物氣體組成如下表： 氣體 CO H2 N2 O2 體積（L） 25 60 15 2.5 計算該富氧空氣中O2和N2的體積比V（O2）／V（N2）。 （4）若CH4和H2O（g）及富氧空氣混合反應(yīng)的產(chǎn)物中，V（H2）／V（N2）＝3︰1 （合成氨反應(yīng)的最佳比），則反應(yīng)中的H2O（g）和富氧空氣的體積比為何值? 在合成氨時，將1體積氮氣和3體積氫氣混合后通過合成塔中催化劑，若從塔中導(dǎo)出的混合氣體中，氨氣的體積分?jǐn)?shù)為12%，求N2和H2的體積分?jǐn)?shù)各為多少? ３、實驗室用氨氧化制取NO2氣體，可將下圖中A，B，C三部分儀器直接相連來實現(xiàn)。 　 按上述裝置制NO2時，在錐形瓶中常常觀察到白色煙霧，試在方框I和II中分別出所需儀器，并在儀器中裝入適當(dāng)藥品，能使錐形瓶中出現(xiàn)明顯的紅棕色NO2氣體。 （1）在錐形瓶中出現(xiàn)白色煙霧的原因是______________ （2）現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)硝酸，最主要的一個設(shè)備是___________制得HNO3的一般濃度為50%，若要制得更濃的HNO3，可用________作吸水劑，再經(jīng)__________即可得到96%以上的濃HNO3 ４.工業(yè)生產(chǎn)的純堿常含有少量的NaCl等雜質(zhì)．圖2-3是測定產(chǎn)品中Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實驗裝置． 操作步驟有： A．在干燥管內(nèi)填滿堿石灰，質(zhì)量為mg B．取ng樣品裝入廣口瓶中 C．檢查裝置氣密性 D．關(guān)閉止水夾 E．打開止水夾 F．緩慢鼓入空氣數(shù)分鐘，再稱干燥管質(zhì)量為Wg G．緩慢加入稀硫酸至不再產(chǎn)生氣體為止 H．緩緩鼓入空氣數(shù)分鐘 (1)正確的操作順序是(填符號)：C→________→E→________→D→________→G→________→F (2)步驟F中，要緩緩鼓入空氣數(shù)分鐘，鼓入空氣的目的是_________，裝置甲的作用是________，裝置乙的作用是_______． (3)計算溶液中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算式是________． (4)若去掉裝置甲，測定結(jié)果會________，若去掉裝置乙，測定結(jié)果會________．(填“偏大”、“偏小”或“無影響”．) ５、我國化學(xué)侯德榜（右圖）改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下： (1) 上述生產(chǎn)純堿的方法稱 ，副產(chǎn)品的一種用途為 。 (2) 沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。 (3) 寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式 。 (4) 使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計了 （填上述流程中的編號）的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是 。 (5)為檢驗產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加 。 (6) 向母液中通氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有 。 (a) 增大NH4+的濃度，使NH4Cl更多地析出 (b) 使NaHCO3更多地析出 (c) 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度 ６、根據(jù)侯德榜制堿法原理并參考下表的數(shù)據(jù)，實驗室制備純堿Na2CO3的主要步驟是：將配制好的飽和NaCl溶液倒入燒杯中加熱，控制溫度在30～35℃，攪拌下分批加入研細(xì)的NH4HCO3固體，加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，靜置、過濾得NaHCO3晶體。用少量蒸餾水洗滌除去雜質(zhì)，抽干后，轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，灼燒2小時，制得Na2CO3固體。 四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/100g水）表 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 100℃ NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3 39.8 NH4HCO3[來源:] 11.9 15.8 21.0 27.0 －① － － － NaHCO3 6.9 8.1 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4 － NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.3 77.3 ①＞35℃NH4HCO3會有分解 請回答： （1）反應(yīng)溫度控制在30～35℃，是因為若高于35℃，則 ，若低于30℃，則 ；為控制此溫度范圍，采取的加熱方法為 。 （2）加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，目的是 。靜置后只析出NaHCO3晶體的原因是 。用蒸餾水洗滌NaHCO3晶體的目的是除去 雜質(zhì)（以化學(xué)式表示）。 （3）過濾所得的母液中含有 （以化學(xué)式表示），需加入 ，并作進(jìn)一步處理，使NaCl溶液循環(huán)使用，同時可回收NH4Cl。 （4）測試純堿產(chǎn)品中NaHCO3含量的方法是：準(zhǔn)確稱取純堿樣品W g，放入錐形瓶中加蒸餾水溶解，加1～2滴酚酞指示劑，用物質(zhì)的量濃度為c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由紅色到無色（指示CO32－＋H＋＝HCO3－反應(yīng)的終點），所用HCl溶液體積為V1 mL，再加1～2滴甲基橙指示劑，繼續(xù)用HCl溶液滴定至溶液由黃變橙，所用HCl溶液總體積為V2 mL。寫出純堿樣品中NaHCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算式：NaHCO3（％）＝ ７、下圖中能驗證氯化鈉溶液（含酚酞）電解產(chǎn)物的裝置是 ８、航天飛行器座艙內(nèi)空氣更新過程如圖所示： （1）Ⅱ是CO2和H2的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)的化學(xué)方程式 （2）從裝置Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ可看出，O2的來源是CO2和H2O，宇航員每天消耗28mol O2，呼出23 mol CO2，則宇航員每天呼出的氣體中含H2O mol。 （3）以下是另一種將CO2轉(zhuǎn)化為O2的實驗設(shè)想 其中，由MgCl26H2O制取無水MgCl2的部分裝置（鐵架臺、酒精燈已略）如下： ①上圖中，裝置a由 、 、雙孔塞和導(dǎo)管組成 ②循環(huán)物質(zhì)甲的名稱是 ③制取無水氯化鎂必須在氯化氫存在的條件下進(jìn)行，原因是 ④裝置b中填充的物質(zhì)可能是 （填入編號） c.硅膠 f.堿石灰 g. 無水氯化鈣 h.濃硫酸 ⑤設(shè)計d裝置要注意防止倒吸，請在方框中畫出d裝置的簡圖，并要求與裝置c的出口處相連（鐵架臺不必畫出）。 ９、I. 合成氨工業(yè)對化學(xué)的國防工業(yè)具有重要意義。寫出氨的兩種重要用途 。 II. 實驗室制備氨氣，下列方法中適宜選用的是 。 ① 固態(tài)氯化銨加熱分解 ② 固體氫氧化鈉中滴加濃氨水 ③ 氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱 ④ 固態(tài)氯化銨與氫氧化鈣混合加熱 III. 為了在實驗室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設(shè)計了如下裝置（圖中夾持裝置均已略去）。 [實驗操作] ① 檢查實驗裝置的氣密性后，關(guān)閉彈簧夾a、b、c、d、e。在A中加入鋅粒，向長頸漏斗注入一定量稀硫酸。打開彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣發(fā)生。在F出口處收集氫氣并檢驗其純度。 ② 關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示。氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，幾分鐘后火焰熄滅。 ③ 用酒精燈加熱反應(yīng)管E，繼續(xù)通氫氣，待無底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，片刻后F中的溶液變紅。 回答下列問題： （1）檢驗氫氣純度的目的是 。 （2）C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時，A裝置內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象是 ，防止了實驗裝置中壓強(qiáng)過大。此時再打開彈簧夾b的原因是 ，C瓶內(nèi)氣體的成份是 。 （3）在步驟③中，先加熱鐵觸媒的原因是 。反應(yīng)管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。 １０、聯(lián)合制堿法中關(guān)鍵的一步是把NH4Cl從幾乎飽和的NaHCO3溶液中分離出來，為此根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度的差異，向混合溶液中通入某種氣體，同時加入磨細(xì)的食鹽，可析出不夾帶NaHCO3的NH4Cl.NaCl和NH4Cl共同存在時的溶解度曲 線如圖所示，以下操作正確的是 通入氣體 溫度控制 （A） （B） （C） （D） CO2 CO2 NH3 NH3 30~40℃ 0~10 ℃ 30~40 ℃ 0~10℃