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化学反应条件的优化——工业合成氨

1、合成氨反应的限度

合成氨反应是一个放热反应,同时也是气体物质的量减小的熵减反应,故降低温度、增大压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。

2、合成氨反应的速率

(1)高压既有利于平衡向生成氨的方向移动,又使反应速率加快,但高压对设备的要求也高,故压强不能特别大。

(2)反应过程中将氨从混合气中分离出去,能保持较高的反应速率。

(3)温度越高,反应速率进行得越快,但温度过高,平衡向氨分解的方向移动,不利于氨的合成。

(4)加入催化剂能大幅度加快反应速率。

3、合成氨的适宜条件

在合成氨生产中,达到高转化率与高反应速率所需要的条件有时是矛盾的,故应该寻找以较高反应速率并获得适当平衡转化率的反应条件:一般用铁做催化剂,控制反应温度在700K左右,压强范围大致在1×107Pa~1×108Pa之间,并采用N2与H2分压为1∶2、8的投料比。

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乙醇

1、结构

结构简式:CH3CH2OH官能团-OH

医疗消毒酒精是75%

2、氧化性

①可燃性

CH3CH2OH+3O22CO2+3H2O

②催化氧化

2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O断1、3键

2CH3CHO+O22CH3COOH

3、与钠反应

2CH3CH2OH+2Na2CH3CH2ONa+H2↑

用途:燃料、溶剂、原料,75%(体积分数)的酒精是消毒剂

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氯及其化合物的性质

1.氯气与氢氧化钠的反应:Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O

2.铁丝在氯气中燃烧:2Fe+3Cl2点燃===2FeCl3

3.制取漂白粉(氯气能通入石灰浆)2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O

4.氯气与水的反应:Cl2+H2O=HClO+HCl

5.次氯酸钠在空气中变质:NaClO+CO2+H2O=NaHCO3+HClO

6.次氯酸钙在空气中变质:Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO

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1、构造原理是电子排入轨道的顺序,构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。

2、构造原理是书写基态原子电子排布式的依据,也是绘制基态原子轨道表示式的主要依据之一。

3、不同能层的能级有交错现象,如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。原子轨道的能量关系是:ns<(n-2)f<(n-1)d

4、能级组序数对应着元素周期表的周期序数,能级组原子轨道所容纳电子数目对应着每个周期的元素数目。

根据构造原理,在多电子原子的电子排布中:各能层最多容纳的电子数为2n2;最外层不超过8个电子;次外层不超过18个电子;倒数第三层不超过32个电子。

5、基态和激发态

①基态:最低能量状态。处于最低能量状态的原子称为基态原子。

②激发态:较高能量状态(相对基态而言)。基态原子的电子吸收能量后,电子跃迁至较高能级时的状态。处于激发态的原子称为激发态原子。

③原子光谱:不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收(基态→激发态)和放出(激发态→较低激发态或基态)不同的能量(主要是光能),产生不同的光谱——原子光谱(吸收光谱和发射光谱)。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。

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1、状态:

固态:饱和高级脂肪酸、脂肪、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、维生素、醋酸(16.6℃以下);

气态:C4以下的烷、烯、炔烃、甲醛、一氯甲烷、新戊烷;

液态:油状:乙酸乙酯、油酸;

粘稠状:石油、乙二醇、丙三醇.

2、气味:

无味:甲烷、乙炔(常因混有PH3、H2S和AsH3而带有臭味);

稍有气味:乙烯;特殊气味:甲醛、乙醛、甲酸和乙酸;香味:乙醇、低级酯;

3、颜色:白色:葡萄糖、多糖黑色或深棕色:石油

4、密度:

比水轻:苯、液态烃、一氯代烃、乙醇、乙醛、低级酯、汽油;

比水重:溴苯、CCl4,氯仿(CHCl3).

5、挥发性:乙醇、乙醛、乙酸.

6、水溶性:

不溶:高级脂肪酸、酯、溴苯、甲烷、乙烯、苯及同系物、石油、CCl4;

易溶:甲醛、乙酸、乙二醇;与水混溶:乙醇、乙醛、甲酸、丙三醇(甘油).

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1.结晶和重结晶:利用物质在溶液中溶解度随温度变化较大,如NaCl,KNO3。

2.蒸馏冷却法:在沸点上差值大。乙醇中(水):加入新制的CaO吸收大部分水再蒸馏

3.过滤法:溶与不溶。

4.升华法:SiO2(I2)。

5.萃取法:如用CCl4来萃取I2水中的I2。

6.溶解法:Fe粉(A1粉):溶解在过量的NaOH溶液里过滤分离。

7.增加法:把杂质转化成所需要的物质:CO2(CO):通过热的CuO;CO2(SO2):通过NaHCO3溶液。

8.吸收法:用做除去混合气体中的气体杂质,气体杂质必须被药品吸收:N2(O2):将混合气体通过铜网吸收O2。

9.转化法:两种物质难以直接分离,加药品变得容易分离,然后再还原回去:Al(OH)3,Fe(OH)3:先加NaOH溶液把Al(OH)3溶解,过滤,除去Fe(OH)3,再加酸让NaAlO2转化成A1(OH)3。

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1、电解的原理

(1)电解的概念:

在直流电作用下,电解质在两上电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。电能转化为化学能的装置叫做电解池。

(2)电极反应:以电解熔融的NaCl为例:

阳极:与电源正极相连的电极称为阳极,阳极发生氧化反应:2Cl-→Cl2↑+2e-。

阴极:与电源负极相连的电极称为阴极,阴极发生还原反应:Na++e-→Na。

总方程式:2NaCl(熔)2Na+Cl2↑

2、电解原理的应用

(1)电解食盐水制备烧碱、氯气和氢气。

阳极:2Cl-→Cl2+2e-

阴极:2H++e-→H2↑

总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

(2)铜的电解精炼。

粗铜(含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt)为阳极,精铜为阴极,CuSO4溶液为电解质溶液。

阳极反应:Cu→Cu2++2e-,还发生几个副反应

Zn→Zn2++2e-;Ni→Ni2++2e-

Fe→Fe2++2e-

Au、Ag、Pt等不反应,沉积在电解池底部形成阳极泥。

阴极反应:Cu2++2e-→Cu

(3)电镀:以铁表面镀铜为例

待镀金属Fe为阴极,镀层金属Cu为阳极,CuSO4溶液为电解质溶液。

阳极反应:Cu→Cu2++2e-

阴极反应:Cu2++2e-→Cu

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有机物的溶解性

(1)难溶于水的有:各类烃、卤代烃、硝基化合物、酯、绝大多数高聚物、高级的(指分子中碳原子数目较多的,下同)醇、醛、羧酸等。

(2)易溶于水的有:低级的[一般指N(C)≤4]醇、(醚)、醛、(_)、羧酸及盐、氨基酸及盐、单糖、二糖。(它们都能与水形成氢键)。

(3)具有特殊溶解性的:

①乙醇是一种很好的溶剂,既能溶解许多无机物,又能溶解许多有机物,所以常用乙醇

来溶解植物色素或其中的药用成分,也常用乙醇作为反应的溶剂,使参加反应的有机物和无机物均能溶解,增大接触面积,提高反应速率。例如,在油脂的皂化反应中,加入乙醇既能溶解NaOH,又能溶解油脂,让它们在均相(同一溶剂的溶液)中充分接触,加快反应速率,提高反应限度。

②苯酚:室温下,在水中的溶解度是9.3g(属可溶),易溶于乙醇等有机溶剂,当温度高高中化学选修5于65℃时,能与水混溶,冷却后分层,上层为苯酚的水溶液,下层为水的苯酚溶液,振荡后形成乳浊液。苯酚易溶于碱溶液和纯碱溶液,这是因为生成了易溶性的钠盐。

③乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中更加难溶,同时饱和碳酸钠溶液还能通过反应吸收挥发出的乙酸,溶解吸收挥发出的乙醇,便于闻到乙酸乙酯的香味。

④有的淀粉、蛋白质可溶于水形成胶体。蛋白质在浓轻金属盐(包括铵盐)溶液中溶解度减小,会析出(即盐析,皂化反应中也有此操作)。但在稀轻金属盐(包括铵盐)溶液中,蛋白质的溶解度反而增大。

⑤线型和部分支链型高聚物可溶于某些有机溶剂,而体型则难溶于有机溶剂。

⑥氢氧化铜悬浊液可溶于多羟基化合物的溶液中,如甘油、葡萄糖溶液等,形成绛蓝色溶液。

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钠及其化合物的性质:

1.钠在空气中缓慢氧化:4Na+O2==2Na2O

2.钠在空气中燃烧:2Na+O2点燃====Na2O2

3.钠与水反应:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

现象:

①钠浮在水面上;

②熔化为银白色小球;

③在水面上四处游动;

④伴有嗞嗞响声;

⑤滴有酚酞的水变红色.

4.过氧化钠与水反应:2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑

5.过氧化钠与二氧化碳反应:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2

6.碳酸氢钠受热分2NaHCO3△==Na2CO3+H2O+CO2↑

7.氢氧化钠与碳酸氢钠反应:NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O

8.在碳酸钠溶液中通入二氧化碳:Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

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盐类的水解(只有可溶于水的盐才水解)

1、盐类水解:在水溶液中盐电离出来的离子跟水电离出来的H+或OH-结合生成弱电解质的反应。

2、水解的实质:水溶液中盐电离出来的离子跟水电离出来的H+或OH-结合,破坏水的电离,是平衡向右移动,促进水的电离。

3、盐类水解规律:

①有弱才水解,无弱不水解,越弱越水解;谁强显谁性,两弱都水解,同强显中性。

②多元弱酸根,浓度相同时正酸根比酸式酸根水解程度大,碱性更强。(如:Na2CO3>NaHCO3)

4、盐类水解的特点:

(1)可逆(与中和反应互逆)

(2)程度小

(3)吸热

5、影响盐类水解的外界因素:

①温度:温度越高水解程度越大(水解吸热,越热越水解)

②浓度:浓度越小,水解程度越大(越稀越水解)

③酸碱:促进或抑制盐的水解(H+促进阴离子水解而抑制阳离子水解;OH-促进阳离子水解而抑制阴离子水解)

6、酸式盐溶液的酸碱性:

①只电离不水解:如HSO4-显酸性

②电离程度>水解程度,显酸性(如:HSO3-、H2PO4-)

③水解程度>电离程度,显碱性(如:HCO3-、HS-、HPO42-)

7、双水解反应:

(1)构成盐的阴阳离子均能发生水解的反应。双水解反应相互促进,水解程度较大,有的甚至水解完全。使得平衡向右移。

(2)常见的双水解反应完全的为:Fe3+、Al3+与AlO2-、CO32-(HCO3-)、S2-(HS-)、SO32-(HSO3-);S2-与NH4+;CO32-(HCO3-)与NH4+其特点是相互水解成沉淀或气体。双水解完全的离子方程式配平依据是两边电荷平衡,如:2Al3++3S2-+6H2O==2Al(OH)3↓+3H2S↑