Химия. 9 класс · Габриелян, Остроумов, Сладков · § 27

Упражнение 1 к § 27

Задача 1

Условие (кратко)

а) Назвать основные стадии производства серной кислоты.

Решение

Серную кислоту получают контактным способом в три стадии.

Получение оксида серы(IV). Сжигают серу (раньше — обжигали серный колчедан $\mathrm{FeS_2}$ или сжигали сероводород): $\mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2}$ . Печной газ очищают от пыли, сушат и подогревают.
Окисление оксида серы(IV) до оксида серы(VI) кислородом в контактном аппарате на катализаторе $\mathrm{V_2O_5}$ : $\mathrm{2SO_2 + O_2 \rightleftarrows 2SO_3}$ .
Поглощение оксида серы(VI) концентрированной серной кислотой в поглотительной башне; получают олеум, из которого готовят кислоту нужной концентрации: $\mathrm{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}$ .

Цепочка: $\mathrm{S \rightarrow SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4}$ .

Ответ

Получение SO₂ (обжиг сырья) → окисление SO₂ в SO₃ на катализаторе → поглощение SO₃ серной кислотой

Почему так

Сера в ходе производства последовательно окисляется от S или S⁻¹ до S⁺⁴ и S⁺⁶, затем SO₃ связывается водой.

Условие (кратко)

б) Назвать основные стадии производства аммиака.

Решение

Подготовка сырья. Получают азот (из воздуха) и водород (чаще всего из природного газа), очищают их от примесей, отравляющих катализатор, смешивают в соотношении 1 : 3 по объёму.
Сжатие и подогрев. Компрессор сжимает азотоводородную смесь до высокого давления (порядка 200 атм и выше); в теплообменнике её подогревают теплом выходящих газов.
Синтез в колонне на железном катализаторе при 450–500 °C:

\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftarrows 2NH_3 + Q}

Выделение аммиака. Газовую смесь охлаждают в холодильнике, аммиак сжижается и отводится.
Возврат непрореагировавших азота и водорода в колонну синтеза (циркуляция).

Ответ

Подготовка N₂ и H₂ → сжатие и подогрев → синтез на катализаторе → охлаждение и сжижение NH₃ → возврат N₂ и H₂ в колонну

Почему так

Синтез аммиака идёт не до конца, поэтому продукт отделяют, а непрореагировавшую смесь возвращают в колонну.