第七篇重要的工业产品.doc

1、化 學 基 本 法 54第 七 篇 重 要 的 工 業 產 品7.1 氮 肥a. 施 肥 的 目 的 是 為 補 充 土 壤 中 所 含 的 礦 物 質 (例 如 含 磷 、 鉀 和 氮 的 鹽 ), 使 土 壤 有 均 衡 的養 料 供 應 植 物 生 長 , 增 加 農 作 物 的 收 成 , 以 應 付 人 口 不 斷 增 加 的 需 要 。b. 不 同 種 類 的 肥 料 :肥 料 的 種 類 製 造 方 法 優 點 缺 點堆 肥 由 天 然 物 質 造 成 , 例 如 動 物 糞便 、 動 植 物 的 腐 爛 物較 少 污 染 環 境 成 份 難 以 控 制化 肥 由 化 學 方 法

2、 合 成 , 例 如 硫 酸 銨 、硝 酸 銨成 份 較 易 控 制 污 染 水 源 和 土 壤 ;製 造 化 肥 時 引 致 污 染 問 題c. 硫 酸 銨 和 硝 酸 銨 是 兩 種 有 用 的 氮 肥 。 氮 肥 中 氮 的 質 量 百 份 比 計 算 方 法 如 下 :1.硫 酸 銨 中 氮 的 質 量 百 份 比 :硫 酸 銨 的 化 學 式 是 : (NH4)2SO4硫 酸 銨 的 摩 爾 質 量 = (14 + 1*4)*2 + 32 + 16*4= 132 g mol-11摩 爾 氮 肥 中 氮 原 子 所 佔 的 質 量 =14*2 =28 gmol-1氮 肥 中 氮 的 質

3、 量 百 份 比 = 28/132 *100% =21.21%2.硝 酸 銨 中 氮 的 質 量 百 份 比 :硝 酸 銨 的 化 學 式 是 : NH4NO3硝 酸 銨 的 摩 爾 質 量 = 14 + 1*4 + 14 + 16*3= 80 gmol-11摩 爾 氮 肥 中 氮 原 子 所 佔 的 質 量 =14*2 =28 gmol-1氮 肥 中 氮 的 質 量 百 份 比 = 28/80 *100% = 35%d.生 產 硫 酸 銨 肥 料 的 步 驟 :1. 原 料 : 氨 是 由 哈 柏 法 生 產 ; 硫 酸 是 由 接 觸 法 生 產 的 。2. 氨 通 入 稀 硫 酸 中 ,

4、 或 把 氨 水 加 入 稀 硫 酸 中 ,NH3(g) + H2SO4(aq) (NH4)2SO4(aq) 或NH3(aq) + H2SO4(aq) (NH4)2SO4(aq)3. 結 晶 法 (把 溶 液 加 熱 , 使 過 量 的 氨 和 水 份 蒸 發 , 生 成 濃 硫 酸 銨 溶 液 , 然 後 讓 溶 液 冷卻 , 便 有 硫 酸 銨 結 晶 析 出 。 )4. 過 濾 法5. 烘 乾e.製 氨 (哈 柏 法 )N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)化 學 基 本 法 55溫 度 :500 壓 力 : 200atm 催 化 劑 : 鐵 粉 (Fe)代 表 此 反 應 是 可

5、 逆 反 應 。1. 原 料 : 用 分 餾 法 從 液 態 空 氣 中 取 得 氮 , 氫 則 可 從 天 然 氣 與 水 蒸 氣 的 反 應 製 得 。2. 把 氮 和 氫 純 化 , 除 去 氣 體 裡 的 雜 質 (例 如 塵 埃 、 二 氧 化 碳 等 )3. 把 氮 和 氫 乾 燥 , 除 去 氣 體 裡 的 水 份4. 以 1:3的 比 例 把 氮 和 氫 混 合 , 加 壓 至 200大 氣 壓 力5. 鐵 粉 作 為 催 化 劑 , 溫 度 約 500 時 , 氮 和 氫 反 應 產 生 氨 。6. 加 壓 和 冷 卻 , 使 氨 液 化 並 從 混 合 氣 體 中 分 離

6、出 來 。7. 應 的 氣 體 則 會 與 更 多 的 氮 和 氫 混 合 , 再 循 環 反 應 。f. 亞 佛 加 德 羅 定 律1. 亞 佛 加 德 羅 定 律 : 相 等 摩 爾 數 的 任 何 氣 體 在 相 同 氣 溫 和 壓 力 的 情 況 下 , 它 們 所 佔的 體 積 也 是 相 同 的 。2. 在 相 同 的 溫 度 和 壓 力 下 , 氣 體 體 積 的 比 例 等 於 氣 體 的 摩 爾 數 比 。3. 在 室 溫 和 一 大 氣 壓 力 下 , 一 摩 爾 的 任 何 氣 體 的 體 積 均 為24 dm3 mol-1(摩 爾 體 積 )。氣 體 摩 爾 質 量(g

7、 mol-1)摩 爾 體 積(dm3 mol-1)氫 2 24氮 28 24氨 17 244. 有 關 氣 體 體 積 和 質 量 的 計 算(i) 在 鐵 的 催 化 下 , 氮 氣 與 氫 氣 可 結 合 生 成 氨 氣 。 試 計 算 可 與 20 3氮 氣 完 全 反 應 的氫 氣 的 體 積 。化 學 基 本 法 56(ii)在 室 溫 和 一 大 氣 壓 力 下 , 把 1.46g的 鎂 , 加 入 過 量 的 氫 氯 酸 中 。 試 計 算 所 生 成 的 氫氣 的 體 積 。(iii) 在 室 溫 和 一 大 氣 壓 力 下 , 把 150cm3丙 烯 完 全 燃 燒 。 試

8、計 算 燃 燒 時 所 需 氧 氣 的 體 積 , 和 所 生 成 二 氧 化 碳 的 體 積 。g.氨 的 性 質 、 測 試 和 用 途1.氨 的 物 理 性 質i.無 色ii.比 空 氣 輕iii.有 毒iv.具 刺 激 性 氣 味 (測 試 氨 的 方 法 之 一 )v.容 易 液 化vi.易 溶 於 水 , 溶 解 度 高 , 生 成 鹼 性 溶 液 (氨 水 )2.氨 的 化 學 性 質i.使 石 蕊 試 紙 變 藍 色 (氨 是 唯 一 的 常 見 鹼 性 氣 體 )ii.與 酸 反 應 生 成 銨 鹽 :化 學 基 本 法 57例 如 : 2NH3(g) + H2SO4(aq)

9、 (NH4)2SO4(aq)2NH3(g) + HNO3(aq) NH4NO3(aq)NH3(g) + HCl(aq) NH4Cl(aq)iii.與 氯 化 氫 反 應 生 成 氯 化 銨NH3(g) + HCl(g) NH4Cl(s)蘸 濕 了 氨 水的 棉 花 蘸 濕 了 氫 氯 酸的 棉 花iv.氨 在 純 氧 中 燃 燒 , 產 生 氮 氣 和 水v. 在 鉑 銠 合 金 催 化 下 , 氨 與 氧 反 應 生 成 一 氧 化 氮3.氨 的 測 試 方 法i.氨 具 特 殊 氣 味 , 可 憑 氣 味 辨 認 氨ii.氨 使 石 蕊 試 紙 變 藍 色iii.氨 與 氯 化 氫 反 應

10、 , 產 生 白 煙4. 氨 的 用 途i.製 肥 料ii.用 作 清 潔 劑 -抹 玻 璃 水氨 水 是 鹼 性 的 , 能 分 解 油 脂 , 生 成 皂 性 物 質 , 使 油 脂 更 易 被 清 洗 。iii.製 造 硝 酸氨 氣蘸 有 氫 氯 酸 的 玻 棒化 學 基 本 法 58h.硫 酸1.製 造 硫 酸 的 工 業 方 法 (接 觸 法 )i. 原 料 : 二 氧 化 硫 -是 從 燃 燒 硫 磺 而 得 到 二 氧 化 硫 :或 從 焙 燒 含 硫 礦 物 而 得 到 二 氧 化 硫 :氧 氣 (空 氣 )ii.把 二 氧 化 硫 和 空 氣 淨 化 和 乾 燥 , 除 去

11、氣 體 裡 的 雜 質 (例 如 塵 埃 、 二 氧 化 碳 、 水 份 等 ), 避免 毒 害 催 化 劑 。iii.把 二 氧 化 硫 和 過 量 的 空 氣 混 合 , 通 入 催 化 反 應 室 。iv.氧 化 釩 (V)作 為 催 化 劑 , 溫 度 約 450 時 , 二 氧 化 硫 和 氧 反 應 產 生 三 氧 化 硫 。v.把 三 氧 化 硫 通 入 吸 收 室 , 被 98%濃 硫 酸 吸 收 , 生 成 發 煙 硫 酸 。 (若 把 三 氧 化 硫 直 接 與 水 反 應 , 由 於 反 應 太 劇 烈 , 會 產 生 酸 霧 , 難 以 收 集 。 )vi.將 發 煙

12、硫 酸 加 入 適 量 的 水 中 , 產 生 更 多 的 98%濃 硫 酸 。2.二 氧 化 硫 的 測 試化 學 基 本 法 59i.二 氧 化 硫 具 特 殊 刺 鼻 氣 味 , 可 透 過 氣 味 辨 認 二 氧 化 硫ii.使 石 蕊 試 紙 變 紅 色iii.使 重 鉻 酸 鉀 溶 液 由 橙 色 變 綠 色3.硫 酸 的 用 途i.製 肥 料ii.製 造 清 潔 劑iii.製 造 油 漆 添 加 劑 , 例 如 硫 酸 鋇 、 硫 酸 鈣i.在 本 港 設 置 工 廠 生 產 氨 和 硫 酸 的 適 當 性1. 資 源 是 否 容 易 得 到哈 柏 法 製 氨 的 原 料 是 氮

13、 氣 和 氫 氣 , 氮 氣 可 從 液 體 空 氣 的 分 餾 獲 得 , 而 氫 氣 則 需 利 用 天 然氣 或 石 腦 油 與 水 蒸 氣 反 應 而 製 得 。 在 香 港 , 無 論 是 天 然 氣 還 是 石 腦 油 都 須 要 從 外 地 輸 入 。除 了 空 氣 和 水 外 , 接 觸 法 製 硫 酸 的 原 料 是 二 氧 化 硫 , 須 從 燃 燒 硫 或 焙 燒 含 硫 礦 物 得 到 , 這 兩 種 物 質 香 港 都 沒 有 出 產 , 要 倚 靠 外 地 輸 入 。2. 產 品 的 需 求 問 題氨 的 用 途 包 括 製 肥 料 、 用 作 清 潔 劑 (抹 玻

14、 璃 水 )及 製 造 硝 酸 。 硫 酸 的 用 途 包 括 製 肥 料 、 製 造清 潔 劑 和 製 造 油 漆 添 加 劑 等 。 香 港 不 是 農 產 地 區 , 也 不 是 高 度 工 業 化 的 城 巿 , 因 此 對氨 和 硫 酸 的 需 求 不 大 。3. 對 環 境 的 衝 擊化 工 廠 會 產 生 大 量 的 化 學 廢 料 , 造 成 環 境 污 染 。 這 些 工 廠 應 設 置 在 遠 離 居 且 附 近 有 廢 料 處 理設 施 的 地 點 。 但 是 , 香 港 地 少 人 多 , 寸 金 尺 土 , 不 適 宜 設 置 需 要 大 片 土 地 的 化 工 廠

15、。7.2 漂 白 劑A. 漂 白 劑 是 一 種 用 於 洗 衣 的 重 要 家 用 化 學 藥 品 。 常 用 的 漂 白 劑 可 分 為 兩 類 :1.氯 漂 白 劑2.非 氯 漂 白 劑 (二 氧 化 硫 或 亞 硫 酸 根 離 子 是 另 一 種 重 要 的 工 業 漂 白 劑 )B. 氯 漂 白 劑 的 製 備原 料 : 1.氯 氣2.鹼 (氫 氧 化 鈉 溶 液 )化 學 基 本 法 60反 應 : 把 氯 氣 溶 於 鹼 性 溶 液 中Cl2(g) + 2NaOH(aq) NaCl(aq) + NaOCl(aq) + H2O(l)Cl2(g) + 2OH-(aq) Cl-(aq)

16、 + OCl-(aq) + H2O(l)氯 漂 白 劑 的 有 效 成 份 : 次 氯 酸 鈉 (NaOCl(aq) 或 次 氯 酸 根 離 子 (OCl-(aq)是 強 氧 化 劑 , 具 有 良 好 的 漂 白 和 殺 菌 功 效C.氯 的 製 造i.電 解 飽 和 鹽 水在 電 解 過 程 中 , 氫 離 子 和 氯 離 子 不 斷 被 消 耗 , 氫 氧 根 離 子 和 鈉 離 子 卻 在 溶 液 中 積 聚 , 因 此 , 電 解 池 中 的 溶 液 會 逐 漸 變 為 氫 氧 化 鈉 水 溶 液 。電 解 產 生 的 氯 氣 與 電 解 池 中 生 成 的 氫 氧 化 鈉 水 溶

17、液 反 應 , 便 可 製 得 氯 漂 白 水 。陽 極 陰 極 陽 極 反 應 陰 極 反 應實 驗 室裝 置石 墨 石 墨 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e- 2H+(aq) + 2e- H2(g)汞 電 解 池 石 墨 汞 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e- Na+(aq) + e- + Hg(l) Na/Hg(l)2Na/Hg(l) + 2H2O H2 + 2NaOH + Hg(l)天 廚 味 精 化 工廠鈦 合 金 鋼 2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e- 2H+(aq) + 2e- H2(g)ii.將 氯 漂 白 劑 酸 化 產 生 氯Cl-(aq) + OC

18、l-(aq) + 2H+(aq) Cl2(g) + H2O(l)D.氯 的 性 質i.氯 氣 的 物 理 性 質氯 氣 氫 氣 飽 和 鹽 水石 墨 電 極實 驗 室 裝 置化 學 基 本 法 611.黃 綠 色 氣 體2.有 毒 , 破 壞 人 體 呼 吸 系 統3.酸 性 , 使 濕 潤 的 石 蕊 試 紙 變 紅 色 , 然 後 變 白4.具 特 殊 氣 味 (辨 認 氯 氣 的 方 法 之 一 )5.比 空 氣 重 (2.5倍 )6.可 溶 於 水 , 產 生 氯 水7.在 有 機 溶 劑 中 溶 解 度 較 大 (e.g. 1,1,1-三 氯 乙 烷 , 己 烷 )ii.氯 氣 的

19、化 學 性 質氯 氣 是 強 氧 化 劑 , 因 此 氯 氣 的 腐 蝕 性 頗 高 。1.氯 氣 與 金 屬 反 應反 應 速 率 隨 金 屬 活 潑 序 遞 減 :2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(s)Cu(s) + Cl2(g) CuCl2(s)2.氯 氣 與 非 金 屬 反 應P4(s) + 6Cl2(g) 4PCl3(l)P4(s) + 10Cl2(g) 4PCl5(s)H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)3.氯 氣 與 還 原 劑 反 應2Fe2+(aq) + Cl2(g) 2Fe3+(aq) + 2Cl-(aq)iii.氯 水 的 化 學 性 質氯 氣 溶 於

20、水 中 形 成 黃 綠 色 的 水 溶 液 , 稱 為 氯 水 。 氯 水 內 含 有 氯 、 氫 氯 酸 和 次 氯 酸 (或 氯 、氫 離 子 、 氯 離 子 和 次 氯 酸 根 離 子 )。 因 此 , 氯 水 的 氧 化 性 比 氯 氣 更 強 : Cl2(g) + H2O(l) HCl(aq) + HOCl(aq)1.氯 水 與 溴 化 鉀 溶 液 (碘 化 鉀 溶 液 )反 應 :Cl2(g) + 2Br-(aq) 2Cl-(aq) + Br2(aq)Cl2(g) + 2I-(aq) 2Cl-(aq) + I2(aq)2.氯 水 與 有 色 物 質 反 應 (漂 白 作 用 )氯

21、水 (或 氯 漂 白 水 )的 漂 白 作 用 是 由 於 次 氯 酸 根 離 子 的 氧 化 作 用 :OCl-(aq) + 有 色 染 料 Cl-(aq) + (染 料 +O)無 色 化 合 物E.氯 的 用 途1.漂 白 作 用2.消 毒 食 水3.消 毒 泳 池 水4.製 造 氫 氯 酸5.製 造 有 機 溶 劑 , 例 如 : 三 氯 甲 烷 , 1,1,1-三 氯 乙 烷化 學 基 本 法 62F.二 氧 化 硫 的 性 質i.二 氧 化 硫 的 物 理 性 質1.無 色2.具 特 殊 刺 激 性 氣 味 (辨 認 二 氧 化 硫 的 方 法 之 一 )3.有 毒4.易 溶 於 水

22、5.比 空 氣 重6.容 易 液 化7.酸 性 氣 體 , 使 濕 潤 的 石 蕊 變 紅 色ii.二 氧 化 硫 的 還 原 性 質 (漂 白 作 用 )二 氧 化 硫 溶 於 水 時 , 生 成 亞 硫 酸 :_亞 硫 酸 根 離 子 具 還 原 性 , 可 被 氧 化 為 硫 酸 根 離 子 , 同 時 把 有 色 的 物 質 還 原 為 無 色 的 化合 物 。 _1.二 氧 化 硫 (或 亞 硫 酸 根 離 子 )與 溴 水 反 應 :_2.二 氧 化 硫 (或 亞 硫 酸 根 離 子 )與 酸 化 高 錳 酸 鉀 溶 液 反 應 :_3.二 氧 化 硫 (或 亞 硫 酸 根 離 子

23、 )與 酸 化 重 鉻 酸 鉀 溶 液 反 應 :_4.二 氧 化 硫 (或 亞 硫 酸 根 離 子 )把 有 色 物 質 漂 白 的 作 用 :_G.二 氧 化 硫 的 用 途1.作 為 漂 白 劑2.生 產 硫 酸 (接 觸 法 )3.作 為 防 腐 劑 (葡 萄 酒 、 果 汁 、 果 醬 、 一 些 生 果 )4.消 毒 劑H.比 較 二 氧 化 硫 和 氯 漂 白 劑二 氧 化 硫(亞 硫 酸 根 離 子 ) 次 氯 酸 根 離 子漂 白 物 質 的 反 應 還 原 作 用漂 白 過 程 較 為 緩 慢 和 溫 和化 學 基 本 法 63漂 白 效 果 效 果 不 是 永 久 性 ,

24、 物 料 會 逐 漸 回 復原 來 顏 色應 用 例 子 較 脆 弱 物 質 : 羊 毛 、 絲 、 稻 草 、 紙張 、麵 粉 、 芝 士較 強 韌 物 質 : 棉 、 麻I.本 港 設 置 工 廠 生 產 氯 漂 白 劑 的 適 當 性1. 資 源 是 否 容 易 得 到製 造 氯 漂 白 劑 的 基 本 工 序 是 電 解 濃 鹽 水 , 因 此 原 料 就 是 食 鹽 和 電 力 。 香 港 雖 然 近 海 , 但 沒 有 生 產 商 製 造 食 鹽 , 須 從 外 地 輸 入 ; 而 電 力 供 應 則 充 足 。2. 產 品 的 需 求 問 題電 解 濃 鹽 水 可 製 得 多 種 有 用 途 的 產 品 , 包 括 : 氯 氣 、 氫 氧 化 鈉 、 氯 化 氫 氣 體 和 氫 氯 酸 等 , 產 品 除 本 銷 外 , 還 可 供 應 東 南 亞 市 場 。因 此 香 港 確 有 這 類 工 廠 存 在 , 例 如 天 廚 味 精 化 工 廠 。3. 對 環 境 的 衝 擊上 述 各 種 產 品 大 多 有 毒 , 且 腐 蝕 性 高 , 若 不 慎 洩 漏 , 會 對 環 境 造 成 嚴 重 衝 擊 。生 產 非 氯 漂 白 劑 的 適 當 性 與 製 造 硫 酸 情 況 相 同 。