Question

6．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；原料气氢气中常含有少量CO、CO₂、H₂S等杂质，必须除去这些杂质的原因是防止催化剂中毒．
（2）工业合成氨反应的化学方程式是N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃，该反应在合成塔（填设备名称）中进行．
（3）沉淀池中发生反应的主要方程式是CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，该反应能够发生的原因是生成碳酸钙溶解度小于硫酸钙，有利于反应向正向进行．
（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该流程中产生的CO₂的可以循环利用，得到的产物和副产物都有用，无废弃物产生．
（6）写出硫酸钙的其它一种用途生产水泥石膏．

Answer 1

分析 （1）工业合成氨所需氮气来自空气，常用蒸馏空气的物理方法获得；原料气氢气中常含有少量CO、CO₂、H₂S等杂质，会引起催化剂中毒，必须除去；
（2）氮气和氢气在高温高压、催化剂条件下反应生成氨气，该反应在合成塔中进行，催化剂为铁触媒；
（3）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，得以发生的原因是沉淀转化的问题；
（4）根据氨在生产生活中的使用分析；
（5）碳酸钙高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，二氧化碳可以循环利用，氧化钙为副产品；从反应原理及可循环利用物质、副产品及是否有污染物生成等角度分析；
（6）硫酸钙可以生产水泥石膏等．

解答 解：（1）工业合成氨所需氮气来自空气，常用蒸馏空气的物理方法获得；原料气氢气中常含有少量CO、CO₂、H₂S等杂质，会引起催化剂中毒，必须除去，
故答案为：蒸馏液态空气；防止催化剂中毒；
（2）氮气和氢气在高温高压、催化剂条件下反应生成氨气，该反应在合成塔中进行，
故答案为：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃；合成塔；
（3）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，得以发生的原因是碳酸钙的溶解性比硫酸钙小，有利于反应向正方向进行，
故答案为：CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；生成碳酸钙溶解度小于硫酸钙，有利于反应向正向进行；
（4）上述生产流程中，氨气的作用是提供制各产品所需的氮元素，增大CO₃^2-的浓度促进反应发生，不作为催化剂，
故答案为：AB；
（5））CaCO₃在煅烧炉中分解生成CO₂和CaO，CO₂可循环使用，副产品为生石灰，根据反应流程离子，该反应的有利点为：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；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；
（6）硫酸钙的用途可以是生产水泥，石膏等，
故答案为：生产水泥，石膏．

点评 本题考查工业合成氨，题目难度中等，明确合成流程及反应原理为解答关键，试题侧重考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力，（2）为易错点，需要从难溶物溶解平均及其转化实质角度考虑．