Подготовка к ЕГЭ: химические производства.

Подготовка к ЕГЭ: химические производства

Производство серной кислоты

Контактный способ

Сырье: сера, сульфиды металлов, сероводород.

Производство серной кислоты из пирита (серного колчедана) FeS 2

• Сжигание или обжиг серосодержащего сырья в кислороде с получением сернистого газа.

4FeS 2  + 11O 2  → 2Fe 2 O 3  + 8SO 2  +  Q

Аппараты: печь для обжига в «кипящем слое»

• Очистка полученного газа от примесей.

Аппараты: циклон, электрофильтр

• Окисление сернистого газа в серный ангидрид.

2SO 2  + O 2  ↔ 2SO 3  +  Q

катализатор – оксид ванадия (V) V 2 O 5

Аппараты: контактный аппарат

• Взаимодействие серного ангидрида с водой.

nSO 3  + H 2 SO 4   →  H 2 SO 4 ·nSO 3

Аппараты: поглотительная башня

Производство серной кислоты

Контактный способ

Дополнительные аппараты: сушильная башня, теплообменник

Производство серной кислоты

Нитрозный способ

Нитрозный способ получения основан на взаимодействии сернистого газа с диоксидом азота IV в присутствии воды. Несколько этапов:

1. В окислительной башне смешивают оксиды азота (II) и (IV) с воздухом:

NO + O 2  → NO 2

2. Смесь газов подается в башни, орошаемые 75-ной% серной кислотой, здесь смесь оксидов азота поглощается с образованием нитрозилсерной кислоты:

NO + NO 2  + 2H 2 SO 4  = 2NO(HSO 4 ) + H 2 O

3. В ходе гидролиза нитрозилсерной кислоты получают азотистую кислоту и серную:

3NO(HSO 4 ) + H 2 O = H 2 SO 4  + HNO 2

Упрощенный вид

NO 2  + SO 2  + H 2 O = H 2 SO 4  + NO

Для поглощения серного ангидрида в сернокислотном производстве используют

1)  олеум

2)  воду

3)  концентрированную серную кислоту

4)  разбавленную серную кислоту

3

Верны ли следующие суждения о производстве серной кислоты?

А.  В качестве сырья для производства серной кислоты могут быть использованы сульфиды металлов.

Б.  На последней стадии производства серный ангидрид поглощают водой.

1.  Верно только А

2.  Верно только Б

3.  Верны оба утверждения

4.  Оба утверждения неверны

1

Верны ли следующие суждения о реакциях, лежащих в основе производства серной кислоты?

А.  Обжиг пирита проводят в «кипящем слое».

Б.  Оксид серы(VI) поглощают концентрированной серной кислотой.

1.  Верно только А

2.  Верно только Б

3.  Верны оба суждения

4.  Оба суждения неверны

3

В промышленности для получения серной кислоты используют

1)  селитру

2)  пирит

3)  соду

4)  поташ

2

Для осушки сернистого газа в производстве серной кислоты используют

1)   H 2 SO 4 (разб.)

2)   NaOH (тв.)

3)   P 2 O 5 (тв.)

4)  H 2 SO 4 (конц.)  

4

Верны ли следующие суждения о производстве серной кислоты?

А.  Окисление сернистого ангидрида в серный является обратимой экзотермической реакцией.

Б.  Для поглощения серного ангидрида используют концентрированную серную кислоту.

1.  Верно только А

2.  Верно только Б

3.  Верны оба утверждения

4.  Оба утверждения неверны

3

Верны ли следующие утверждения о производстве серной кислоты?

А.  Сырьем для производства серной кислоты служат сера (или пирит), кислород и вода.

Б.  Производство серной кислоты не требует применения катализаторов.

1.  Верно только А

2.  Верно только Б

3.  Верны оба утверждения

4.  Оба утверждения неверны

1

Установите соответствие между аппаратом химического производства и процессом, протекающем в этом аппарате: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

АППАРАТ

А)  контактный аппарат;

Б)  ректификационная колонна;

В)  поглотительная башня.

ПРОЦЕСС

1)  перегонка нефти;

2)  поглощение оксида серы (VI);

3)  окисление сернистого газа;

4)  очистка сернистого газа.

А-3 Б-1 В-2

Установите соответствие между производственным аппаратом и его назначением: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Ректификационная колонна

Б) Колонна синтеза

1) Получение олеума

В) Поглотительная башня

2) Перегонка нефти

3) Синтез метанола

4) Очистка оксида серы (IV)

А-2 Б-3 В-1

Производство азотной кислоты

Производство азотной кислоты аммиачным способом

• Подготовка аммиачно-воздушной смеси (очистка)
• Окисление аммиака (контактный аппарат) катализатор – Pt /Rh /Pd сетки
• Окисление оксида азота (II)
• Поглощение оксида азота (IV) водой

Производство аммиака

Сырье: азотно-водородная смесь

• Трубопровод.  В трубопровод подается предварительно подготовленная азотно-водородная смесь (N 2 :Н 2 =1:3) 
• Турбокомпрессор.  Сжатие исходной смеси газов с целью повышения давления. ( 15-30 МПа, или 150-300 атм).
• Колонна синтеза   (контактный аппарат). 

N 2     +    3Н 2     →   2NH 3

катализатор – губчатое железо  с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния.

• Сепаратор.   После прохождения холодильника аммиак переходит в жидкую фазу. В сепараторе происходит  разделение реакционной смеси , жидкий аммиак отделяют от азота и водорода и отправляют на склад. Для полного использования исходных веществ применяют  метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов : не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Дополнительные аппараты: теплообменник, холодильник, циркуляционный насос

Производство аммиака (процесс Габера-Боша)

Производство азотных удобрений

1 . Начальная стадия: паровая конверсия метана на никелевых катализаторах:

СН 4 + Н 2 О = СО + 3Н 2

2. Паровая конверсия СО на железохромовых и медьсодержащих катализаторах:

СО + Н 2 О = СО 2 + Н 2

3. Получение аммиака: 3Н 2 + N 2 = 2NH 3

4. Каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха с последующим окислением монооксида азота и абсорбцией диоксида азота водой

2NH 3 + 5О 2 = 4NO + 6H 2 O

NO + 0,5O2 = NO 2

3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO

5. Производство простых азотных удобрений: NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3

6. Производство комплексных азотных удобрений, которое начинают с азотнокислотного разложения апатита:

Са 5 (РО 4 )3F + (10 + х)НNО 3 = 5Са(NО 3 ) 2 + 3Н 3 РО 4 + хНNО 3 + НF

Какой катализатор используют при синтезе аммиака?

1.  Оксид меди(II)

2.  Железо

3.  Оксид цинка

4.  Оксид вольфрама

2

Вода используется в производстве

1)  стали

2)  аммиака

3)  каучука

4)  азотной кислоты

4

Водород используется в производстве

1)  чугуна

2)  аммиака

3)  каучука

4)  серной кислоты

2

Установите соответствие схемой превращения и производственным аппаратом, в которой она осуществляется: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Al 2 O 3  → Al

Б) FeS 2  → Fe 2 O 3

1) Доменная печь

В) Ca 3 (PO 4 ) 2  → P 4

2) Печь для обжига в кипящем слое

3) Электролизер

4) Электропечь

А-3 Б-2 В-4

Синтез метанола

Способ сухой перегонки

промышленный метод переработки твёрдых видов топлива (каменного и бурого угля, древесины) нагреванием без доступа кислорода до  500 - 600°С  (полукоксование), а также до 900-1050°С   (коксование); при этом образуются горючие газы, смолы и обогащённые углеродом остатки (полукокс, кокс, древесный уголь), а также различные химические вещества.

Получение из «синтез-газа» (смесь CO и H 2 ), обогащенного водородом:

CO + 2H 2  → CH 3 OH +Q

Условия: t = 300-400°С и давление 500 атм.

катализаторы – смеси оксидов цинка, меди, хрома и др.

Основные стадии получения метанола :

• получение смеси окиси углерода и водорода (синтез-газ);
• получение метилового спирта-сырца (неочищенный);
• выделение и очистка метилового спирта ( ректификация ).

Синтез-газ для синтеза метанола получают в результате конверсии (превращения) углеводородного сырья: природного газа, коксового газа, жидких углеводородов (нефти, мазута, легкого каталитического крекинга) и твёрдого топлива (угля, сланцев). 

К – Ni /Al 2 O 3

К – MgO/Al 2 O 3

К – MgO/Al 2 O 3; Pt/Pd

Синтез метанола

Производство метанола часто комбинируют с производством аммиака, так как используются схожие процессы и аппараты.

Перегонка нефти

Крекинг —  расщепление углеводородов с длинной цепью на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой.

Вторичная переработка нефти

Вторичная переработка нефти

Пиролиз

разложение углеводородов без доступа воздуха при высокой температуре.

Основными продуктами пиролиза нефти являются непредельные газообразные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические – бензол, толуол и др.

Ароматизация ( риформинг) - превращение предельных углеводородов и циклоалканов нефти в ароматические углеводороды.

Риформинг применяют для получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола) из бензиновых фракций нефти.

Катализатор – платина, палладий

Вторичная переработка нефти

  Крекинг —  расщепление углеводородов с длинной цепью на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой  (по англ. crack – расщеплять). Промышленный метод крекинга был изобретен русским инженером В. Г. Шуховым в 1891 г.

C 16 H 34  → C 8 H 18  + C 8 H 16

C 8 H 18  → C 4 H 8  + C 4 H 10

C 4 H 10  → C 2 H 4  + C 2 H 6

катализаторы – алюмосиликаты

Вторичная переработка нефти

Октановое число  характеризует устойчивость нефти к  детонации  — способности горючего выдерживать сильное сжатие в двигателе без преждевременного сгорания. Наиболее устойчивы к детонации разветвлённые алканы и ароматические углеводороды, имеющие высокие октановые числа. Неразветвлённые алканы характеризуются низкими октановыми числами.

Процесс каталитического крекинга был открыт русским химиком В.Н. Ипатьевым в  1900 г.

2,2,4-триметилпентану  (изооктановое число) (верхнее) присвоено октановое число 100,   n -гептану  (нижнее) присвоено октановое число 0.

  Например, в топливе с маркировкой  АИ - 98 содержатся  98 % изооктана и 2 % гептана. Такая смесь выдерживает без воспламенения большее сжатие, чем бензин с маркировкой АИ-92.

Установите соответствие между производственным процессом и его назначением: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Вакуумная перегонка

Б) Риформинг

1) Получение неразветвленных алканов

В) Перегонка при атмосферном давлении

2) Увеличение содержания аренов в бензине

3) Разделение нефти на фракции

4) Выделение полезных фракций из мазута

А-4 Б-2 В-3

Установите соответствие между схемой химической реакции и названием процесса, который лежит в ее основе: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Метан → синтез-газ

1) Пиролиз

Б) Метан → ацетилен

В) Стеариновая кислота → тристеарин

2) Тримеризация

3) Этерификация

4) Конверсия

А-4 Б-1 В-3

Установите соответствие между названием вещества и сырьем, использующимся для его промышленного получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Ацетилен

1) Метан

Б) Метанол

В) Серная кислота

2) Каменноугольная смола

3) Пирит

4) Синтез-газ

А-1 Б-4 В-3

Установите соответствие между производственным процессом и продуктом, для получения которого данный процесс применяется: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Фракционная перегонка воздуха

1) Синтез-газ

Б) Конверсия метана

В) Крекинг нефтепродуктов

2) Азот

3) Бензин

4) Аммиак

А-2 Б-1 В-3

Установите соответствие между названием промышленного агрегата и его назначением: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Сепаратор

1) Синтез аммиака

Б) Контактный аппарат

В) Аппарат «Циклон»

2) Очистка газов от крупных твердых частиц

3) Разделение аммиака и азотоводородной смеси

4) Синтез серного ангидрида

А-3 Б-4 В-2

Установите соответствие между процессом и аппаратом, в котором этот процесс происходит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ПРОЦЕСС

А)  перегонка нефти;

Б)  получение натрия;

В)  получение аммиака.

АППАРАТ

1)  доменная печь;

2)  колонна синтеза;

3)  электролизер;

4)  ректификационная колонна.

А-4 Б-3 В-2

Установите соответствие между производственным аппаратом и процессом, который в нем осуществляется: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Компрессор

Б) Электрофильтр

1) Сжатие газовой смеси

В) Ректификационная колонна

2) Синтез аммиака

3) Очистка газовой смеси от частиц пыли

4) Перегонка нефти

А-1 Б-3 В-4

Переработка каменного угля

Каменный уголь подвергают  коксованию . Это нагревание без доступа воздуха при температуре 1000-1400 о С. При коксовании образуется  кокс  (почти чистый углерод),  коксовый газ  (состоит преимущественно из водорода и метана), аммиак, деготь, ароматические углеводороды и др.

Каменноугольная смола затем тоже перегоняется, в результате чего получается  лёгкое масло , состоящее из ароматических углеводородов, таких как бензол, толуол, среднее масло (фенолы) и  тяжёлое масло  (нафталин). 

Остальные методы переработки каменного угля ( газификация, гидрирование ) являются технологическими модификациями пиролиза.

Переработка природного газа

Природный газ   — это смесь газов, образовавшихся в недрах земли посредством анаэробного разложения органических веществ: 80- 97% составляет метан и остальное – пропан, бутан, этан. Природный газ не имеет запаха, но для обнаружения протечек вещества в быту, в него добавляют специальные компоненты – меркаптаны .

Попутный нефтяной газ – это смесь газообразных углеводородов, содержащихся в нефти и выделяющихся при ее добыче и подготовке.

Смесь бутана и пропана образует сжиженный газ , который применяется в качестве бытового топлива.

Компримированный    природный газ  (КПГ) (от англ.  сompressed natural gas ) — это сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива вместо бензина, дизельного топлива или пропана.

Природный газ является достаточно инертным, поэтому при переработке на первом этапе его превращают в более реакционно-способную парогазовую смесь — так называемый   синтез-газ . Далее смесь направляют на синтез жидкого топлива, а также смазочных масел и парафина. Впервые жидкие углеводороды из синтез-газа получили немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш еще в 1923 году.

В зависимости от катализатора и условий синтеза, процесс преимущественно протекает по схеме формальдегид, уксусная кислота) (1) или (2). Например так получают синтетический бензин.

Установите соответствие между названием процесса и сырьем, которое используется для его проведения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Крекинг

Б) Омыление

1) Каменный уголь

В) Коксование

2) Полипептиды

3) Нефтяные фракции

4) Жиры

А-3 Б-4 В-1

Установите соответствие между процессом и аппаратом, в котором этот процесс происходит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ПРОЦЕСС

А) Перегонка нефти Б) Получение аммиака В) Получение натрия

АППАРАТ

1) Ректификационная колонна 2) Доменная печь 3) Электролизер 4) Колонна синтеза

А-1 Б-4 В-3

Установите соответствие между производственным аппаратом и его назначением: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Контактный аппарат

1) Синтез аммиака

Б) Коксовая печь

В) Колонна синтеза

2) Переработка каменного угля

3) Производство фосфора

4) Синтез оксида серы (VI)

А-4 Б-2 В-1

Установите соответствие между сырьем и названием метода, который используется для его переработки: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Каменный уголь

1) Обжиг

Б) Мазут

В) Пирит

2) Вакуумная перегонка

3) Коксование

4) Омыление

А-3 Б-2 В-1

Верны ли следующие утверждения о переработке нефти?

А.  Крекинг - химический процесс.

Б.  Разделение нефти на фракции - физический процесс.

1.  Верно только А

2.  Верно только Б

3.  Верны оба утверждения

4.  Оба утверждения неверны

3

Верны ли следующие утверждения о способах переработки и использования природного газа?

А.  Перед использованием природный газ разделяют на фракции.

Б.  Сжигание природного газа используют для получения тепла и электроэнергии.

1.  Верно только А

2.  Верно только Б

3.  Верны оба утверждения

4.  Оба утверждения неверны

2

Производство стекла

Состав: сода или поташ , кварцевый песок, известняк

Основные реакции, протекающие при плавке шихты:

Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CO 2 ↑

K 2 CO 3 + SiO 2 → K 2 SiO 3 + CO 2 ↑

CaCO 3 + SiO 2 → CaSiO 3 + CO 2 ↑

Схематично процесс получения оконного стекла можно записать:

Na 2 SiO 3 + CaSiO 3 + 4SiO 2 → Na 2 O∙CaO∙6SiO 2

или

6SiO 2  + Na 2 CO 3  + CaCO 3  → Na 2 O·CaO·6SiO 2  + 2CO 2

Часто соду заменяют сульфатом натрия и углем. Уголь восстанавливает сульфат натрия в сульфит натрия, который, вступая в реакцию с песком, образует силикат натрия:

2Na 2 SO 4 + 2SiO 2 + C → 2Na 2 SiO 3 + CO 2 ↑ + 2SO 2 ↑

хрусталь К 2 O∙PbO∙6SiO 2

тугоплавкое стекло К 2 O∙CaO∙6SiO 2

Cr 3+  –зеленая окраска, Fe 3+  – коричневое бутылочное стекло,

Co 2+  –синий цвет, Mn 2+  – красновато-лиловый цвет

Производство фосфора

Сырье: апатиты, фторапатиты, фосфориты

Метод получения основан на реакции восстановления  до фосфора:

Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 5CO + 2P (t°C)

В качестве восстановителя соединений фосфора используют кокс (углерод). Для связывания соединений кальция в реакционную систему добавляют кварцевый песок SiO₂  . Процесс проводят в электропечах (производство относят к электротермическим) без доступа воздуха . Из-за наличия примесей технический фосфор имеет жёлтый цвет, поэтому в промышленности его называют жёлтым фосфором.

Установите соответствие между названием вещества и областью его применения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Фосфорная кислота

1) Производство волокон и бумаги

Б) Целлюлоза

В) Сода

2) Производство удобрений

3) Стекольная промышленность

4) Энергетика

А-2 Б-1 В-3

Установите соответствие между промышленным агрегатом и продуктом, в схеме получения которого используется данный агрегат: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Ректификационная колонна

1) Алюминий

Б) Доменная печь

В) Колонна синтеза

2) Аммиак

3) Керосин

4) Чугун

А-3 Б-4 В-2

Верны ли следующие суждения о производстве аммиака?

А. В промышленности аммиак получают взаимодействием хлорида аммония и оксида кальция.

Б. Синтез аммиака осуществляется под высоким давлением.

1.  Верно только А

2.  Верно только Б

3.  Верны оба суждения

4.  Оба суждения неверны

2

Катализаторы применяют в производстве

1)  чугуна

2)  стали

3)  серной кислоты

4)  алюминия

3

Реакции разложения используются

1)  при переработке нефтепродуктов

2)  в производстве чугуна

3)  в производстве аммиака

4)  в производстве серной кислоты

1

Кислород используется в производстве

1)  водорода

2)  метана

3)  аммиака

4)  стали

4

Установите соответствие между процессом и используемым при этом катализатором: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ПРОЦЕСС

A)  гидратация алкинов;

Б)  синтез аммиака;

В)  получение серной кислоты;

Г)  гидрирование непредельных углеводородов.

КАТАЛИЗАТОР

1)  губчатое железо;

2)  пентаоксид ванадия;

3)  никель, платина;

4)  соли ртути;

5)  водород.

А-4 Б-1 В-2 Г-3

Установите соответствие между процессом и его названием: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ПРОЦЕСС

A)  присоединение воды к непредельным соединениям;

Б)  присоединение водорода к непредельным соединением с получением предельных соединений;

В)  термическое или каталитическое разложение тяжелых углеводородов;

Г)  переработка каменного угля.

НАЗВАНИЕ

1)  гидратация;

2)  гидрирование;

3)  крекинг;

4)  коксование;

5)  деазотирование.

А-1 Б-2 В-3 Г-4

Установите соответствие между процессом и его целью: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ПРОЦЕСС

А)  электролиз воды;

Б)  крекинг нефтепродуктов;

В)  перегонка (фракционирование) сжиженного воздуха;

Г)  брожение древесины или соломы.

ЦЕЛЬ ПРОЦЕССА

1)  получение бензина;

2)  получение этанола;

3)  получение легких газов (водород, кислород);

4)  получение фосфора;

5)  получение легких газов (азот, кислород).

А-3 Б-1 В-5 Г-2

Установите соответствие между процессом и его целью: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ПРОЦЕСС

А)  электролиз воды;

Б)  крекинг нефтепродуктов;

В)  горение;

Г)  этерификация.

ЦЕЛЬ ПРОЦЕССА

1)  получение бензина;

2)  получение тепловой энергии;

3)  получение легких газов (водород, кислород);

4)  получение сложных эфиров;

5)  получение фосфора.

А-3 Б-1 В-2 Г-4

Установите соответствие между веществом и источником его получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ВЕЩЕСТВО

А)  углекислый газ;

Б)  полипропилен;

В)  кислород;

Г)  железо.

ИСТОЧНИК ПОЛУЧЕНИЯ

1)  воздух;

2)  галит;

3)  пирит;

4)  пропилен;

5)  дымовые газы.

А-5 Б-4 В-1 Г-3