Question

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

請回答以下問題：

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

（2）提純濾液以獲得(NH4)2SO4晶體，必要的操作步驟是：__________（填序號）。

A．萃取 B．蒸發濃縮 C．冷卻結晶 D．蒸餾

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

A．提供制備所需的氮元素

B．增大CO32-的濃度促進反應發生

C．作反應的催化劑

D．生產1 mol (NH4)2SO4，至少消耗2 mol NH3

（4）該生產過程中的副產品是_______________，從綠色化學和資源綜合利用的角度說明上述流程的主要優點是______________.缺點是_____________。

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 產生的CO2循環使用,得到的產品和副產品都是有用的物質,無廢物產生 硫酸鈣的溶解度較小，此生產過程的反應速率較慢，原料的轉化率較低，故生產效率比較低

【解析】

(1)合成氨反應條件需要高溫、高壓、催化劑；根據流程可以判斷出NH3、CO2和 CaSO4反應的產物；利用沉淀溶解平衡原理分析反應發生的原因；
(2)獲得晶體,應先濃縮溶液,再進行冷卻結晶,從而得到晶體；
(3)根據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，據此判斷；優點從流程中可以找到二氧化碳的循環利用，得到的產品和副產品都是有用的物質角度分析；缺點從硫酸鈣溶解度較小，濃度小，反應速率慢，轉化率低角度進行分析。

（1）工業合成氨反應的條件是高溫、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,發生反應為：2NH3+CO2+ CaSO4+H2O=CaCO3+(NH4)2SO4；該反應能夠發生的原因是碳酸鈣的溶解度小于硫酸鈣的溶解度，反應向溶解度較小的方向進行；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采取蒸發濃縮、冷卻結晶等操作,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,促進CO2轉化為CO32-,而增大CO32-的濃度,故B正確；
C．氨氣參與反應,其物質的量減少，不做催化劑，故C錯誤；
D．根據化學方程式可以知道，生產1mol(NH4)2SO4，至少消耗2molNH3，故D正確；
綜上所述，本題選ABD。

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