Question

【題目】某化工廠為了綜合利用生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品CaSO4，與相鄰的合成氨廠聯(lián)合設(shè)計(jì)了以下制備(NH4)22SO4的工藝流程：

請(qǐng)回答以下問題：

（1）工業(yè)合成氨反應(yīng)的條件是_____________________。沉淀池中發(fā)生的主要反應(yīng)方程式是________________________。該反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是__________________________。

（2）提純?yōu)V液以獲得(NH4)2SO4晶體，必要的操作步驟是：__________（填序號(hào)）。

A．萃取 B．蒸發(fā)濃縮 C．冷卻結(jié)晶 D．蒸餾

（3）上述生產(chǎn)流程中，有關(guān)NH3的作用及說明正確的是：__________（填序號(hào)）。

A．提供制備所需的氮元素

B．增大CO32-的濃度促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生

C．作反應(yīng)的催化劑

D．生產(chǎn)1 mol (NH4)2SO4，至少消耗2 mol NH3

（4）該生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品是_______________，從綠色化學(xué)和資源綜合利用的角度說明上述流程的主要優(yōu)點(diǎn)是______________.缺點(diǎn)是_____________。

Answer 1

【答案】高溫、高壓、催化劑 2NH3+CO2+ CaSO4+H2O=CaCO3+(NH4)2SO4 碳酸鈣的溶解度小于硫酸鈣的溶解度 BC ABD 氧化鈣 產(chǎn)生的CO2循環(huán)使用,得到的產(chǎn)品和副產(chǎn)品都是有用的物質(zhì),無廢物產(chǎn)生 硫酸鈣的溶解度較小，此生產(chǎn)過程的反應(yīng)速率較慢，原料的轉(zhuǎn)化率較低，故生產(chǎn)效率比較低

【解析】

(1)合成氨反應(yīng)條件需要高溫、高壓、催化劑；根據(jù)流程可以判斷出NH3、CO2和 CaSO4反應(yīng)的產(chǎn)物；利用沉淀溶解平衡原理分析反應(yīng)發(fā)生的原因；
(2)獲得晶體,應(yīng)先濃縮溶液,再進(jìn)行冷卻結(jié)晶,從而得到晶體；
(3)根據(jù)工藝流程圖可以判斷NH3的作用；

(4)在煅燒爐中煅燒CaCO3可得到氧化鈣和二氧化碳，據(jù)此判斷；優(yōu)點(diǎn)從流程中可以找到二氧化碳的循環(huán)利用，得到的產(chǎn)品和副產(chǎn)品都是有用的物質(zhì)角度分析；缺點(diǎn)從硫酸鈣溶解度較小，濃度小，反應(yīng)速率慢，轉(zhuǎn)化率低角度進(jìn)行分析。

（1）工業(yè)合成氨反應(yīng)的條件是高溫、高壓、催化劑；將NH3和CO2通入沉淀池中并加入CaSO4，生成(NH4)2SO4和CaCO3,發(fā)生反應(yīng)為：2NH3+CO2+ CaSO4+H2O=CaCO3+(NH4)2SO4；該反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是碳酸鈣的溶解度小于硫酸鈣的溶解度，反應(yīng)向溶解度較小的方向進(jìn)行；綜上所述，本題答案是：高溫高壓催化劑，2NH3+CO2+ CaSO4+H2O=CaCO3↓+(NH4)2SO4；碳酸鈣的溶解度小于硫酸鈣的溶解度。

（2）從溶液中獲取晶體應(yīng)采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作,所以必須操作步驟是BC；因此，本題正確答案是:BC。
（3）A．氨氣被轉(zhuǎn)化為硫酸銨晶體，提供了所需要的氮元素，故A正確；
B．氨氣可以與CO2反應(yīng),促進(jìn)CO2轉(zhuǎn)化為CO32-,而增大CO32-的濃度,故B正確；
C．氨氣參與反應(yīng),其物質(zhì)的量減少，不做催化劑，故C錯(cuò)誤；
D．根據(jù)化學(xué)方程式可以知道，生產(chǎn)1mol(NH4)2SO4，至少消耗2molNH3，故D正確；
綜上所述，本題選ABD。

（4）反應(yīng)發(fā)生后，生成碳酸鈣和硫酸銨；分離出碳酸鈣后，再進(jìn)行高溫煅燒，碳酸鈣分解為氧化鈣和二氧化碳，所以該生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品是氧化鈣；該流程中,產(chǎn)生的CO2循環(huán)使用,得到的產(chǎn)品和副產(chǎn)品都是有用的物質(zhì),無廢物產(chǎn)生；缺點(diǎn)是由于硫酸鈣的溶解度較小，此生產(chǎn)過程的反應(yīng)速率較慢，原料的轉(zhuǎn)化率較低，故生產(chǎn)效率比較低。綜上所述，本題答案是：氧化鈣；產(chǎn)生的CO2循環(huán)使用,得到的產(chǎn)品和副產(chǎn)品都是有用的物質(zhì),無廢物產(chǎn)生；硫酸鈣的溶解度較小，此生產(chǎn)過程的反應(yīng)速率較慢，原料的轉(zhuǎn)化率較低，故生產(chǎn)效率比較低。