氨的催化氧化是怎么回事（中学化工生产知识小结）

高中化学课本中涉及化学生产知识的内容多种多样,如：合成氨工业,硫酸、硝酸的工业制法,硅酸盐工业,炼铁和炼钢等。化工生产知识是高中化学的重要内容之一，它集中体现了化学知识在工农业生产中的实践与应用，是理论联系实际的教学原则在课堂教学中得以贯彻的重要途径之一。化工生产知识除了化学内容外，还包括诸如化学反应原理、原料选择、能源消耗、设备结构、工艺流程、环境保护、新材料、卫生保健以及综合经济效益等诸多方面的热点前沿内容和问题。

学习和讨论化工生产中的这些问题，可以使学生了解化学原理在化学工业生产中的应用，使知识系统化、具体化，对于提高学生的综合素质,加强学生对不同学科之间的联系有着很重要的作用，对于巩固和加深所学的化学知识是十分重要的。同时还可以激发学生学习化学的兴趣和积极性，了解我国的一些化工生产状况，增强学生学好化学将来更好地建设祖国的责任感和事业心。下面就有关教材中化工生产的内容概括如下，期望能对大家的学习有帮助。

⒈ 接触法制硫酸

⑴ 化工生产原理：

六个原理：

① 增大接触面积，充分利用原料的原理（粉碎矿石）；

② 增大反应物浓度原理（通入廉价的过量空气使较贵的SO2充分利用）；

③ 热交换原理；（热交换器）

④ 逆流、浓H2SO4吸收原理；

⑤ 催化原理；

⑥ 循环连续生产，提高原料利用率的原理。

⑵ 主要原料：硫铁矿(FeS2）、空气、98.3%的浓H2SO4

⑶ 主要设备：沸腾炉、接触室、吸收塔

⑷ 生产阶段：

FeS2→SO2→SO3→H2SO4

三阶段：

① 二氧化硫的制取和净化；

主要反应：

4FeS2＋11O2高温===2Fe2O3＋8SO2（沸腾炉）

炉气三步净化：除尘、洗涤、干燥
除尘：除矿尘
洗涤：除砷、硒等的化合物
干燥：除水蒸气

② 二氧化硫接触氧化成三氧化硫；

主要反应：

2SO2＋O2=2SO3（接触室）

③ 三氧化硫的吸收和硫酸的生成。

SO3＋H2O==H2SO4（吸收塔内）

⑸ 提高原料利用率的方法

矿石粉碎得较小，跟空气接触面大、燃烧充分、烧得也快，提高了原料的利用率。

在接触室中，两次催化氧化。

在吸收塔中，利用逆向操作，增加吸收时间提高吸收效率。

二氧化硫的回收再利用。

⑹ 环境污染有关内容：

① 炉气中的杂质和危害：矿尘、砷、硒等的化合物可使催化剂中毒，水蒸气与SO2、SO3生成酸腐蚀设备，影响生产。二氧化硫和空气中的飘尘（作催化剂）接触或跟氮的氧化物接触，部分会被氧化成三氧化硫。硫的氧化物以及硫酸和硫酸盐随雨雪降到地面，这就是所谓的“酸雨”。

② 尾气的吸收：工业上通常是用氨水来吸收SO2：

SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3

(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3,

当吸收液中亚硫酸氢铵达到一定浓度后，再跟浓硫酸反应，放出二氧化硫气体，同时得到硫酸铵溶液：

2NH4HSO3+H2SO4=2SO2↑+2H2O+(NH4)2SO4，

(NH4)2SO3+H2SO4=SO2↑+H2O+(NH4)2SO4

放出的SO2可用于制液体二氧化硫作为化工原料，硫酸铵溶液经结晶、分离、干燥后制成固体硫酸铵肥料。

⑺ 注意事项：

经净化后的炉气通过热交换器预热后进入催化层，在催化剂表面发生接触性反应，故称接触法。该反应为放热反应。两种流体在热交换器中逆向流动通过管壁进行热量的传递，反应时生成的热传递给进入接触室的需要预热的混合气体，并冷却反应后生成的气体。

水或稀硫酸作吸收剂时，容易形成酸雾，吸收速度慢，吸收不充分不利于尽可能把三氧化硫吸收干净。故用浓硫酸（98.3%）来吸收SO3，吸收塔底放出的硫酸成分为 H2SO4·nSO3，吸收塔顶放出的气体主要成分为SO2、N2、O2。

⒉ 硝酸的工业制法

以氨和空气为原料，用Pt—Rh合金网为催化剂在氧化炉中于800℃进行氧化反应，生成的NO在冷却时与O2生成NO2，NO2在吸收塔内用水吸收，在过量空气中O2的作用下转化为硝酸，最高浓度可达50％。
⑴ 化工生产原理：

① 反应物的循环操作

② 增大反应物的浓度

③ 逆流。

⑵ 主要原料：氨、水、空气

⑶ 主要设备：氧化炉、吸收塔

氧化炉：氨氧化成一氧化氮；

吸收塔：一氧化氮转化成二氧化氮，用水吸收二氧化氮生成硝酸。

⑷ 生产阶段：

① 氨的催化氧化

4NH3＋5O2==(催化剂、高温)4NO＋6H2O（放热反应）

② 硝酸的生成

2NO＋O2==2NO2（放热反应）

3NO2+H2O==2HNO3＋NO（放热反应）

4NO2+O2+2H2O==4HNO3

反应中的NO可以进入循环利用，制取得50%的硝酸。

蒸馏浓缩：用浓硫酸或硝酸镁作吸水剂进行蒸馏浓缩可得到更浓的硝酸。这种方法可制得96%以上的硝酸溶液，甚至98%以上的“发烟”硝酸。

⑸ 环境污染有关内容：产生的NO、NO2造成污染，用碱液吸收

① 尾气：NO、NO2、N2等

② 尾气吸收措施：

生产过程中NO循环使用，可以最大程度利用原料，并且减少尾气中的NOx的排放。尾气一般用NaOH溶液进行吸收，发生氧化还原反应，可以综合利用尾气中的NOx
2NO2+2NaOH =NaNO2+NaNO3+H2O
2NaOH+NO+NO2=NaNO3+H2O

⑹ 注意事项

① 增大反应物的浓度

② 选择适当的温度

③ 使用催化剂

④ 增大反应物的接触面

⑤ 反应物循环使用

⑥ 利用化学反应放出的热

⒊ 炼铁

⑴ 反应原理：

利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石里还原出来。

⑵ 主要原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气

⑶ 主要设备：高炉

⑷ 生产过程

①还原剂的生成

C+O2=点燃=CO2

CO2+C=Δ=2CO

②铁矿石还原成铁

Fe2O3＋3CO===(高温)2Fe＋3CO2

Fe3O4+4CO==(高温)3Fe+4CO2

③除脉石、炉渣的形成

CaCO3==(高温)CaO+CO2↑

SiO2+CaO==(高温)CaSiO3

⑸ 环境污染有关内容：产生CO、CO2和N2等混和气(叫“高炉煤气”)造成污染。

⒋ 炼钢

⑴ 反应原理：

利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化为气体或炉渣除去。

⑵ 主要原料：炼钢生铁、生石灰、氧气、氧化剂(空气、纯氧或氧化铁)

⑶ 主要设备：氧气顶吹转炉、电炉

⑷ 炼钢时的主要反应：

① 氧化剂的生成，热能的来源

2Fe＋O2===(高温)2FeO

② 降碳：降低碳的含量

C＋FeO===(高温)Fe＋CO

③ 除硫、磷：除去S、P等杂质

④ 脱氧：加硅铁、锰铁、铝除剩余FeO

Si＋2FeO===(高温)2Fe＋SiO2

⑸ 环境污染有关内容：产生大量棕色烟气造成污染，成分：Fe2O3尘粒和高浓度CO。

⒌ 合成氨工业

⑴ 主要原料：燃料（煤、天然气、石油），空气，水

⑵ 主要设备：合成塔氨、分离器

⑶ 生产阶段：

① 原料气N2、H2）的制备

C+H2O(气)=(高温)CO+H2

CO+H2O=(可逆 催化剂)CO2+H2

② 净化和压缩

③ 氨的合成

N2+3H2⇌（催化剂、高温高压）2NH3

④ 氨的分离

⑷ 反应特点：

① 可逆反应；

② 正反应是放热反应；

③ 正反应是气体体积减小的反应。

⒍ 侯氏制碱（纯碱）

⑴ 反应原理：

侯氏制碱法是依据离子反应发生的原理进行的，离子反应会向着离子浓度减小的方向进行(实质为勒夏特列原理)．制备纯碱(Na2CO3)，主要利用NaHCO3在溶液中溶解度较小，所以先制得NaHCO3，再利用碳酸氢钠不稳定性分解得到纯碱。要制得碳酸氢钠就要有大量钠离子和碳酸氢根离子，所以就在饱和食盐水中通入氨气，形成饱和氨盐水，再向其中通入二氧化碳，在溶液中就有了大量的钠离子、铵根离子、氯离子和碳酸氢根离子，其中NaHCO3溶解度最小，所以先析出，其余产品处理后可作肥料或循环使用。

⑵ 主要原料：

食盐水、氨气和二氧化碳(合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气)。

⑶ 生产阶段：

① 先向水中通入氨气，然后再通入二氧化碳

NH3+H2O+CO2=NH4HCO3

② NaHCO3溶解度最小，所以析出。

NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓

③ NaHCO3热稳定性很差，受热容易分解

2NaHCO3=△=Na2CO3+CO2↑+H2O

且利用NH4Cl的溶解度,可以在低温状态下向②的溶液中加入NaCl，则NH4Cl析出，得到化肥，提高了NaCl的利用率。

⒎ 氯碱工业

⑴ 主要原料：食盐水

⑵ 主要设备：立式隔膜式电解槽

⑶ 生产阶段：食盐水净化、电解食盐水、NaOH的分离

⑷ 反应方程式：

2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑

⑸ 尾气的吸收：

① 含氯废气制次氯酸盐：该法采用填料塔或喷淋塔等废气处理塔，以碱液吸收处理废气。常用的碱液为NaOH、Ca(OH)2和Na2CO3。所排出的吸收液为次氯酸盐产品。

② 氯废气制水合肼：该法是以碱液作为吸收剂处理废气中的氯，最后制成水合肼。含氯废气除尘和降温后，进入吸收塔与30%的NaOH溶液反应生成次氯酸钠。其反应原理是：
2NaOH+Cl2→NaCl+NaOCl+H2O
NaOCl+NH2CONH2+2NaOH→N2H4·H2O+NaCl+Na2CO3
处理后，尾气中的氯含量可达0.05%以下。

③ 水吸收法：当废气中氯的浓度小于1%时，用水吸收氯废气，然后再用水蒸气加热解吸，回收氯废气。

⑹ 注意事项：

① 盐水要饱和；

② 正电极不能用金属材料；

③ 正负极要隔离

⒏ 制玻璃

⑴ 主要原料：石灰石、纯碱和石英

⑵ 主要设备：玻璃熔炉

⑶ 反应方程式：

Na2CO3＋SiO2===(高温)Na2SiO3＋CO2

CaCO3＋SiO2===(高温)CaSiO3＋CO2

⑷ 成分：Na2SiO3；CaSiO3；SiO2

⒐ 制水泥

⑴ 主要原料：石灰石和粘土

⑵ 主要设备：水泥回转窑

⑶ 反应方程式：是化学变化，方程式不掌握

⑷ 成分：2CaO·SiO2；3CaO·SiO2；3CaO·Al2O3

⒑ 工业制硅

⑴ 反应原理：

工业上，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。

⑵ 主要原料：

石英砂（SiO2）和C

⑶ 主要设备：

矿热炉（其中一个装置就是电炉）

⑷ 生产阶段：

① 二氧化硅和炭粉在高温条件下反应,生成粗硅:
SiO2+2C==(高温)Si(粗)+2CO↑

② 粗硅和氯气在高温条件下反应生成氯化硅:
Si(粗)+2Cl2==(高温)SiCl4

③ 氯化硅和氢气在高温条件下反应得到纯净硅:
SiCl4+2H2==(高温)Si(纯)+4HCl

⒒ 工业制盐酸
工业上制取盐酸时，首先在反应器中将氢气点燃，然后通入氯气进行反应，制得氯化氢

气体。

H2+Cl2=(点燃)2HCl；

氯化氢气体冷却后被水吸收成为盐酸。

在氯气和氢气的反应过程中，有毒的氯气被过量的氢气所包围，使氯气得到充分反应，

防止了对空气的污染。在生产上，往往采取使另一种原料过量的方法使有害的、价格较昂贵的原料充分反应。

⒓ 工业制乙烯

⑴ 由石油分离生产：乙烯是由石油化工裂解而成。在这个过程中，气态或轻液态烃被加热到750-950℃ ，诱使许多自由基反应，然后立即淬火冻结反应。这个过程中，把大分子碳氢化合物转换到较小分子的碳氢化合物，并反应出不饱和烃。

⑵ 由煤合成法：煤基制烯烃技术，它是C1化工新工艺， 是指以煤气化的合成气合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，生产低碳烯烃的化工技术。C2H5O===(170摄氏度，浓硫酸)C2H4+H2O

⒔ 工业制乙炔

乙炔的工业制法主要以碳化钙水合、甲烷部分氧化裂解和烃裂解法制备：

⑴ 碳化钙法：焦碳和氧化钙在2200℃制得碳化钙，再水解得乙炔。

CaC2+2H2O===Ca(OH)2+C2H2

⑵ 天然气制乙炔法：甲烷在1500℃的高温下隔绝空气部分氧化或受热分解，得到C2H2。

2CH4==(高温催化剂)C2H2+3H2

⑶ 烃类裂解：用重质油或原油裂解，得乙炔的同时副产乙烯，典型的裂解气组成为乙炔8.65%，乙烯0.5%，其余为H2和CO。

⒕ 制取CO2

⑴ 煅烧法：高温煅烧石灰石（或白云石）过程中产生的二氧化碳气，经水洗、除杂、

压缩制得气体二氧化碳：

CaCO3=高温=CaO+CO2↑；

⑵ 发酵气回收法：生产乙醇发酵过程中产生的二氧化碳气体，经水洗、除杂、压缩，制得二氧化碳气。

⑶ 副产气体回收法：氨、氢气、合成氨生产过程中往往有脱碳（即脱除气体混合物中二氧化碳）过程，使混合气体中二氧化碳经加压吸收、减压加热解吸可获得高纯度的二氧化碳气。

⑷ 炭窑法：由炭窑窑气和甲醇裂解所得气体精制而得二氧化碳。

⒖ 水煤气的工业制法

水煤气是水通过灼热的碳层而生成的气体，主要成份是一氧化碳、氢气、燃烧后排放水和二氧化碳，有微量CO、HC和NOx。在气化炉中，碳与蒸汽主要发生如下的水煤气反应：

C+H2O===(高温)CO+H2(生成水煤气)

C+2H2O===(高温)CO2+2H2

学习时还应注意：

1．炼铁、制玻璃和制水泥三工业都要用到石灰石；

2．接触法制硫酸和硝酸的工业制法共同用到的设备是吸收塔；

3．接触法制硫酸、硝酸的工业制法、炼铁(炼钢)都需要鼓入过量空气；

4．炼铁和炼钢的尾气中均含有可燃性气体CO。