Question

【题目】某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO4，与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH4)22SO4的工艺流程：

请回答以下问题：

（1）工业合成氨反应的条件是_____________________。沉淀池中发生的主要反应方程式是________________________。该反应能够发生的原因是__________________________。

（2）提纯滤液以获得(NH4)2SO4晶体，必要的操作步骤是：__________（填序号）。

A．萃取 B．蒸发浓缩 C．冷却结晶 D．蒸馏

（3）上述生产流程中，有关NH3的作用及说明正确的是：__________（填序号）。

A．提供制备所需的氮元素

B．增大CO32-的浓度促进反应发生

C．作反应的催化剂

D．生产1 mol (NH4)2SO4，至少消耗2 mol NH3

（4）该生产过程中的副产品是_______________，从绿色化学和资源综合利用的角度说明上述流程的主要优点是______________.缺点是_____________。

Answer 1

【答案】高温、高压、催化剂 2NH3+CO2+ CaSO4+H2O=CaCO3+(NH4)2SO4 碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的溶解度 BC ABD 氧化钙 产生的CO2循环使用,得到的产品和副产品都是有用的物质,无废物产生 硫酸钙的溶解度较小，此生产过程的反应速率较慢，原料的转化率较低，故生产效率比较低

【解析】

(1)合成氨反应条件需要高温、高压、催化剂；根据流程可以判断出NH3、CO2和 CaSO4反应的产物；利用沉淀溶解平衡原理分析反应发生的原因；
(2)获得晶体,应先浓缩溶液,再进行冷却结晶,从而得到晶体；
(3)根据工艺流程图可以判断NH3的作用；

(4)在煅烧炉中煅烧CaCO3可得到氧化钙和二氧化碳，据此判断；优点从流程中可以找到二氧化碳的循环利用，得到的产品和副产品都是有用的物质角度分析；缺点从硫酸钙溶解度较小，浓度小，反应速率慢，转化率低角度进行分析。

（1）工业合成氨反应的条件是高温、高压、催化剂；将NH3和CO2通入沉淀池中并加入CaSO4，生成(NH4)2SO4和CaCO3,发生反应为：2NH3+CO2+ CaSO4+H2O=CaCO3+(NH4)2SO4；该反应能够发生的原因是碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的溶解度，反应向溶解度较小的方向进行；综上所述，本题答案是：高温高压催化剂，2NH3+CO2+ CaSO4+H2O=CaCO3↓+(NH4)2SO4；碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的溶解度。

（2）从溶液中获取晶体应采取蒸发浓缩、冷却结晶等操作,所以必须操作步骤是BC；因此，本题正确答案是:BC。
（3）A．氨气被转化为硫酸铵晶体，提供了所需要的氮元素，故A正确；
B．氨气可以与CO2反应,促进CO2转化为CO32-,而增大CO32-的浓度,故B正确；
C．氨气参与反应,其物质的量减少，不做催化剂，故C错误；
D．根据化学方程式可以知道，生产1mol(NH4)2SO4，至少消耗2molNH3，故D正确；
综上所述，本题选ABD。

（4）反应发生后，生成碳酸钙和硫酸铵；分离出碳酸钙后，再进行高温煅烧，碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，所以该生产过程中的副产品是氧化钙；该流程中,产生的CO2循环使用,得到的产品和副产品都是有用的物质,无废物产生；缺点是由于硫酸钙的溶解度较小，此生产过程的反应速率较慢，原料的转化率较低，故生产效率比较低。综上所述，本题答案是：氧化钙；产生的CO2循环使用,得到的产品和副产品都是有用的物质,无废物产生；硫酸钙的溶解度较小，此生产过程的反应速率较慢，原料的转化率较低，故生产效率比较低。