Question

12．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）₂SO₄的工艺流程．回答下列问题：

（1）工业合成氨所需氮气来自空气，常用物理方法获；该方法是蒸馏液态空气或者液化；
（2）工业合成氨反应的化学方程式是N₂+3H₂$?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH₃
（3）沉淀池中发生反应的主要方程式是CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄
（4）上述生产流程中，有关NH₃的作用及说明正确的是AB
A．提供制各产品所需的氮元素
B．增大CO₃^2-的浓度促进反应发生
C．作反应的催化剂
（5）可以循环使用的X是CO₂．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生成的CO₂可循环使用，CaO可制备硫酸钙，没有废物生成．
（6）写出硫酸钙的其它一种用途生产水泥或石膏．

Answer 1

分析 工业合成氨的反应原理为N₂+3H₂ $?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH₃，将NH₃和CO₂通入沉淀池中并加入CaSO₄，生成（NH₄）₂SO₄和CaCO₃，发生CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，CaCO₃在煅烧炉中分解生成CO₂和CaO，CO₂可循环使用；
（1）工业合成氨所需氮气来自空气，常用蒸馏空气或者液化的物理方法获得；
（2）根据反应物、生成物及反应条件书写方程式；
（3）硫酸钙和二氧化碳、氨气、水反应生成碳酸钙和硫酸铵；
（4）A．氨气、二氧化碳、硫酸钙和水反应生成硫酸铵；
B．增大反应物浓度平衡正向移动；
C．氨气是反应物；
（5）在流程图中能作反应物和生成物的能循环利用；反应物能完全转化为生成物符合绿色化学理念且能充分利用资源；
（6）硫酸钙能用于生产水泥或石膏．

解答 解：工业合成氨的反应原理为N₂+3H₂ $?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH₃，将NH₃和CO₂通入沉淀池中并加入CaSO₄，生成（NH₄）₂SO₄和CaCO₃，发生CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，CaCO₃在煅烧炉中分解生成CO₂和CaO，CO₂可循环使用；
（1）工业合成氨所需氮气来自空气，常用蒸馏空气或者液化的物理方法获得，故答案为：蒸馏液态空气或者液化；
（2）在高温、高压、催化剂条件下氮气和氢气发生化合反应生成氨气，反应方程式为N₂+3H₂ $?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH₃，
故答案为：N₂+3H₂ $?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH₃；
（3）硫酸钙和二氧化碳、氨气、水反应生成碳酸钙和硫酸铵，反应方程式为CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，
故答案为：CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；
（4）A．氨气、二氧化碳、硫酸钙和水反应生成硫酸铵，所以氨气提供制各产品所需的氮元素
，故A正确；
B．增大反应物浓度平衡正向移动，所以增大CO₃^2-的浓度促进反应发生
，故B正确；
C．氨气是反应物，而不是催化剂，故C错误；
故选AB；
（5）在流程图中能作反应物和生成物的能循环利用，可以循环利用的物质有CO₂，反应物能完全转化为生成物符合绿色化学理念且能充分利用资源，所以优点是生成的CO₂可循环使用，CaO可制备硫酸钙，没有废物生成，故答案为：CO₂；生成的CO₂可循环使用，CaO可制备硫酸钙，没有废物生成；
（6）硫酸钙能用于生产水泥或石膏，故答案为：生产水泥或石膏．

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，题目难度中等，本题注意把握物质的性质，注意根据反应物和生成物从质量守恒的角度书写反应的化学方程式．