一、合成氨工业

反应式：

[

ext{N}_2 + 3

ext{H}_2 xrightarrow{

ext{高温、高压、铁触媒}} 2

ext{NH}_3 ]

解析：

  • 原料：氮气（空气分离）和氢气（水煤气或天然气重整）。
  • 条件：高温（400-500℃）、高压（20-50 MPa）、铁基催化剂（铁触媒）。
  • 应用：氨是氮肥（如尿素、硝酸铵）和硝酸工业的基础原料。

    • 二、硫酸工业（接触法）

    主要步骤及反应式：

    1. 硫铁矿燃烧：

    [ 4

    ext{FeS}_2 + 11

    ext{O}_2 xrightarrow{

    ext{高温}} 2

    ext{Fe}_2

    ext{O}_3 + 8

    ext{SO}_2 ]

    2. 二氧化硫催化氧化：

    [ 2

    ext{SO}_2 +

    ext{O}_2 xrightarrow{

    ext{V}_2

    ext{O}_5, 400-500^circ

    ext{C}} 2

    ext{SO}_3 ]

    3. 三氧化硫吸收：

    [

    ext{SO}_3 +

    ext{H}_2

    ext{O} rightarrow

    ext{H}_2

    ext{SO}_4 ]

    解析：

  • 关键设备：沸腾炉（燃烧）、接触室（催化氧化）、吸收塔。
  • 催化剂：五氧化二钒（V₂O₅）提高反应速率。

    • 三、硝酸工业（奥斯特瓦尔德法）

    主要步骤及反应式：

    1. 氨的催化氧化：

    [ 4

    ext{NH}_3 + 5

    ext{O}_2 xrightarrow{

    ext{Pt-Rh催化剂}, 800^circ

    ext{C}} 4

    ext{NO} + 6

    ext{H}_2

    ext{O} ]

    2. 一氧化氮氧化：

    [ 2

    ext{NO} +

    ext{O}_2 rightarrow 2

    ext{NO}_2 ]

    3. 二氧化氮吸收：

    [ 3

    ext{NO}_2 +

    ext{H}_2

    ext{O} rightarrow 2

    ext{HNO}_3 +

    ext{NO} ]

    解析：

  • 循环利用NO以提高产率，产物用于化肥、和有机合成。

    • 四、氯碱工业

    核心反应（电解饱和食盐水）：

    [ 2

    ext{NaCl} + 2

    ext{H}_2

    ext{O} xrightarrow{

    ext{电解}}

    ext{Cl}_2↑ +

    ext{H}_2↑ + 2

    ext{NaOH} ]

    副产物应用：

  • ：用于PVC、漂白剂（如漂白粉 ( 2

    ext{Cl}_2 + 2

    ext{Ca(OH)}_2 rightarrow

    ext{CaCl}_2 +

    ext{Ca(ClO)}_2 + 2

    ext{H}_2

    ext{O} )）。
  • 氢气：合成盐酸（(

    ext{H}_2 +

    ext{Cl}_2 rightarrow 2

    ext{HCl} )）或燃料。

    • 五、金属冶炼

    1. 高炉炼铁：

    [

    ext{Fe}_2

    ext{O}_3 + 3

    ext{CO} xrightarrow{

    ext{高温}} 2

    ext{Fe} + 3

    ext{CO}_2 ]

  • 焦炭作还原剂，石灰石去除硅酸盐杂质。

    • 2. 电解铝：

    [ 2

    ext{Al}_2

    ext{O}_3 xrightarrow{

    ext{电解（冰晶石作助熔剂）}} 4

    ext{Al} + 3

    ext{O}_2↑ ]

  • 原料：铝土矿（经碱溶、酸化提纯后电解）。

    • 六、硅酸盐工业

    1. 玻璃制造：

    [

    ext{Na}_2

    ext{CO}_3 +

    ext{SiO}_2 xrightarrow{

    ext{高温}}

    ext{Na}_2

    ext{SiO}_3 +

    ext{CO}_2↑ ]

    [

    ext{CaCO}_3 +

    ext{SiO}_2 xrightarrow{

    ext{高温}}

    ext{CaSiO}_3 +

    ext{CO}_2↑ ]

  • 产物：普通玻璃（钠钙硅酸盐）。

    • 2. 粗硅制备：

    [

    ext{SiO}_2 + 2

    ext{C} xrightarrow{

    ext{高温}}

    ext{Si}（粗） + 2

    ext{CO}↑ ]

  • 提纯：粗硅与Cl₂反应生成SiCl₄，再经H₂还原。

    • 七、纯碱工业（侯氏制碱法）

    核心反应：

    [

    ext{NH}_3 +

    ext{CO}_2 +

    ext{H}_2

    ext{O} +

    ext{NaCl} rightarrow

    ext{NaHCO}_3↓ +

    ext{NH}_4

    ext{Cl} ]

    [ 2

    ext{NaHCO}_3 xrightarrow{Delta}

    ext{Na}_2

    ext{CO}_3 +

    ext{CO}_2↑ +

    ext{H}_2

    ext{O} ]

    解析：

  • 循环利用母液中的NH₃和CO₂，提高原料利用率。

    • 八、其他重要反应

    1. 水煤气制备：

    [

    ext{C} +

    ext{H}_2

    ext{O}（g） xrightarrow{

    ext{高温}}

    ext{CO} +

    ext{H}_2 ]

  • 用于合成氨或燃料气。

    • 2. 二氧化氯制备：

    [ 2

    ext{NaClO}_3 + 4

    ext{HCl}（浓） rightarrow 2

    ext{NaCl} + 2

    ext{ClO}_2↑ +

    ext{Cl}_2↑ + 2

    ext{H}_2

    ext{O} ]

  • 用于污水处理，需分离副产物Cl₂。

    • 以上反应体现了工业制备中的核心化学原理，包括氧化还原、酸碱中和、电解及高温还原等。实际生产中需优化条件（如温度、催化剂）以提高产率，同时需解决副产物（如Cl₂、SO₂）的环境污染问题。