Принципы химического производства : противоток реагентов, теплообмен (использование теплоты реакции), катализаторы, оптимальные температура и давление, циркуляция непрореагировавших веществ, непрерывность, безотходность, автоматизация, защита среды.
Контактный способ получения серной кислоты: три стадии Продукт Сырьё и стадии Условия Аммиак — синтез аммиака в промышленности \(\ce{N2}\) (из воздуха) + \(\ce{H2}\) (из природного газа или воды): \(\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}\) + Q катализатор — пористое железо, 450–500 °C, давление 25–30 МПа, циркуляция; аммиак отделяют охлаждением (сжижение) Серная кислота — контактный способ получения серной кислоты 1) обжиг пирита : \(\ce{4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2}\) (или сжигание серы \(\ce{S + O2 = SO2}\); печь кипящего слоя); 2) очистка газа и окисление: \(\ce{2SO2 + O2 <=> 2SO3}\) + Q; 3) поглощение: \(\ce{SO3}\) + \(\ce{H2SO4}\) → олеум (раствор \(\ce{SO3}\) в серной кислоте), затем разбавление; \(\ce{SO3 + H2O = H2SO4}\) катализатор \(\ce{V2O5}\), 450 °C, противоток в поглотительной башне, теплообменник; \(\ce{SO3}\) поглощают концентрированной \(\ce{H2SO4}\), а не водой (образуется туман) Производство азотной кислоты 1) \(\ce{4NH3 + 5O2 ->[Pt, 800^\circ C] 4NO + 6H2O}\); 2) \(\ce{2NO + O2 = 2NO2}\); 3) \(\ce{4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3}\) платиновый катализатор, поглощение \(\ce{NO2}\) водой в присутствии кислорода; концентрирование
Доменная печь: восстановление железа из руды оксидом углерода(II) Лайфхак. Три производства — три катализатора: аммиак — железо, серная кислота — оксид ванадия(V) \(\ce{V2O5}\), азотная кислота — платина. Принцип противотока легко представить: газ идёт снизу вверх, а жидкость стекает ему навстречу — так они дольше соприкасаются.
Продукт Сырьё и стадии Условия Серная кислота — контактный способ получения серной кислоты 1) обжиг пирита : \(\ce{4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2}\) (или сжигание серы \(\ce{S + O2 = SO2}\); печь кипящего слоя); 2) очистка газа и окисление: \(\ce{2SO2 + O2 <=> 2SO3}\) + Q; 3) поглощение: \(\ce{SO3}\) + \(\ce{H2SO4}\) → олеум (раствор \(\ce{SO3}\) в серной кислоте), затем разбавление; \(\ce{SO3 + H2O = H2SO4}\) катализатор \(\ce{V2O5}\), 450 °C, противоток в поглотительной башне, теплообменник; \(\ce{SO3}\) поглощают концентрированной \(\ce{H2SO4}\), а не водой (образуется туман) Производство азотной кислоты 1) \(\ce{4NH3 + 5O2 ->[Pt, 800^\circ C] 4NO + 6H2O}\); 2) \(\ce{2NO + O2 = 2NO2}\); 3) \(\ce{4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3}\) платиновый катализатор, поглощение \(\ce{NO2}\) водой в присутствии кислорода; концентрирование
Получение металлов Суть и примеры Пирометаллургия восстановление руд при нагревании: \(\ce{Fe2O3 + 3CO ->[t^\circ] 2Fe + 3CO2}\) — доменный процесс (руда + кокс + флюс; чугун → сталь в конвертере, где выжигают лишний углерод); \(\ce{Cr2O3 + 2Al ->[t^\circ] 2Cr + Al2O3}\) (алюминотермия); \(\ce{WO3 + 3H2 ->[t^\circ] W + 3H2O}\) Гидрометаллургия выщелачивание руды и вытеснение металла из раствора: \(\ce{CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O}\), \(\ce{CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4}\) Электрометаллургия электролиз расплавов: \(\ce{2Al2O3 ->[\text{электролиз}] 4Al + 3O2 ^}\) (в расплаве криолита), \(\ce{2NaCl ->[\text{электролиз}] 2Na + Cl2 ^}\); медь очищают электролизом раствора Руды железные руды — гематит \(\ce{Fe2O3}\), магнетит \(\ce{Fe3O4}\), бурый железняк \(\ce{Fe2O3.nH2O}\); пирит \(\ce{FeS2}\) идёт на серную кислоту, а огарок — на выплавку железа; боксит \(\ce{Al2O3.nH2O}\); галенит \(\ce{PbS}\), сфалерит \(\ce{ZnS}\), халькопирит \(\ce{CuFeS2}\), малахит \(\ce{(CuOH)2CO3}\)
Получение металлов Суть и примеры Гидрометаллургия выщелачивание руды и вытеснение металла из раствора: \(\ce{CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O}\), \(\ce{CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4}\) Электрометаллургия электролиз расплавов: \(\ce{2Al2O3 ->[\text{электролиз}] 4Al + 3O2 ^}\) (в расплаве криолита), \(\ce{2NaCl ->[\text{электролиз}] 2Na + Cl2 ^}\); медь очищают электролизом раствора Руды железные руды — гематит \(\ce{Fe2O3}\), магнетит \(\ce{Fe3O4}\), бурый железняк \(\ce{Fe2O3.nH2O}\); пирит \(\ce{FeS2}\) идёт на серную кислоту, а огарок — на выплавку железа; боксит \(\ce{Al2O3.nH2O}\); галенит \(\ce{PbS}\), сфалерит \(\ce{ZnS}\), халькопирит \(\ce{CuFeS2}\), малахит \(\ce{(CuOH)2CO3}\)
