强调化学与生产生活实践的结合，是高考化学的命题必不可少的原则。高中课本上简单地涉及了一些最基本也是最重要的无机化学工业。这一部分的相关内容偏重于理论知识的实际应用，往往是命题人较为青睐的考点。而在推断题中，工业生产上的重要反应往往是题目中的重要信息和突破口。下面我们对高中课本上提到的一些无机化学工业做一个简要的概括。如下表：

1. 基本无机化学工业

（1）化工原料的获取

    从大自然中获取基本的化工原料，是化学工业中最基本的问题。我们的地球是一座巨大的宝库，无论大气层，海洋，还是地层岩石圈，都能提供大量的供化工生产使用的物质。利用这些物质的化学反应，可以制得一些基本的化工原料。下面是高中教材中提到的一些基本工业原料的制取方法。

（2）重要的无机化学工业

    合成氨工业、硫酸工业、氯碱工业，是三个最重要的无机化学工业，它们都有各自的一整套从原料到各种化工产品的工业体系，为经济建设提供了大量的生产资料。高中化学教材上对这三个化学工业体系都有专门的章节介绍，也可见它们的重要性。下面就分别对它们进行简单的总结。

①合成氨工业

    高中课本上介绍的是德国化学家弗里茨-哈伯(F.Haber， 1868-1934)发明的，由氮气和氢气直接合成氨的方法。这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。故此方法又称“循环法”。

反应原理： N₂+3H₂ 2NH₃

                         合成氨工业简易流程图

a. 原料气的制备、净化

氮气：从空气中获得。可用液化空气分离法，将空气液化后，因为氮气的沸点比氧气低，因而使液态空气蒸发时，氮气先挥发出来；或先用焦炭与空气中的氧作用，生成CO₂，再在高压下使CO₂大量溶于水而分离出氮气。

氢气：由水和燃料获得。可先将水蒸气通过炽热的煤层或焦炭层，使水蒸气与碳发生反应，生成CO与H₂，然后在催化剂作用下再使CO与水蒸气作用转化为CO₂，除去CO₂后即可得到所需的原料气。反应方程式：C+H₂O CO+H₂ CO+H₂O CO₂+H₂

实际的工业生产中，二者的制备是同时进行的。工厂里常使用石油、天然气、焦炉气等气体燃料，将其与空气和水蒸气共同作用制得含有氮气和氢气的粗原料气。工业上常用高压水吸法，使CO₂大量溶于水中而得到粗原料气。

由于原料气中含有的CO、CO₂和一些含硫化合物会使合成氨的催化剂中毒，因而制得的粗原料气还需要经过一氧化碳变换、脱硫脱碳等步骤，进行净化。{zh1}制得的氮氢比约为1：3的纯净气，经压缩机压缩后进入氨合成回路。

b. 氨的合成

合成氨的反应是在高压环境的合成塔中完成的，氮气和氢气混合后经过压缩从塔的上部进入合成塔。经过合成塔下部的，混合气体的温度升高，并进入放有触媒（催化剂）的接触室。在接触室，一部分氮气和氢气发生反应，合成了氨，混有氮气，氢气和氨气的混合气体经过热交换器离开合成塔。混合气体要经由，将氨液化，因而将氨分离出来，而氮气和氢气的混合气体经再次送入合成塔，形成循环。

对合成氨的适宜条件的讨论

浓度：一般采用N₂和H₂的体积比1∶3

当合成氨生产的原料气循环使用时，两种气体仍应保持1∶3 的体积比循环。
温度：500℃左右。从三个方面——反应速率、氨的产率、催化剂活性考虑。

合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，所以温度不宜太低，在500℃左右为宜，催化剂在这个温度活性{zd0}。
压强：一般采用2×10⁷Pa～5×10⁷Pa. 

合成氨是体积缩小的可逆反应，所以压强增大，有利于氨的合成，但压强过高时，对设备的要求也就很高，制造设备的成本就高，而且所需的动力也越大，应选择适当的压强。
催化剂：用铁触媒作催化剂。

催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡时间.，但不会影响氨的产率。

c. 氨的分离

把混合气体通过冷凝器，经冷凝使氨液化，将氨分离出来，导入液氨贮罐，提高原料的利用率。同时将未反应的H₂、N₂循环送入合成塔，使其充分利用。

②硫酸工业

课本上介绍的制取硫酸的方法是接触法，因为二氧化硫和氧气是在催化剂的表面接触时起反应的。这一方法由英国人P·菲利普斯在1831年首先发明。

反应原理：  2SO₂+O₂ 2SO₃

                                 接触法制硫酸简要流程图

a. 二氧化硫的制取与净化    反应场所：沸腾炉

    将硫黄或经过粉碎的黄铁矿，分别放在专门设计的燃烧炉中，利用空气中的氧气使其燃烧，就可以得到SO₂。反应方程式：S+O₂ SO₂    4FeS₂+11O₂ 2Fe₂O₃+8SO₂

沸腾炉中从炉底通入强大的空气流，在炉内一定空间里把矿粒吹得剧烈翻腾，好像“沸腾着的液体”。使用沸腾炉可使矿粒燃烧得比较xx，从而可提高原料的利用率。

从燃烧炉中出来的气体叫做炉气。用燃烧黄铁矿制得的炉气含有SO₂、O₂、N₂、水蒸气以及一些杂质，如砷、硒等的化合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产也有不良影响。因此，在进行下一步氧化反应以前，必须对炉气进行净化和干燥处理。用燃烧硫黄制得的炉气除含有SO₂、O₂和N₂外，杂质较少，不需要经过净化和干燥处理。

b. 二氧化硫接触氧化制三氧化硫    反应场所：接触室

经过净化、干燥的炉气（其成分体积分数分别约为：SO₂7％，O₂11％，N₂82％）进入接触室，发生氧化反应，生成SO₃。由于此反应是放热反应，随着反应的进行，反应环境的温度会不断升高，这不利于SO₃的生成。因而与合成氨一样，接触法制取SO₃时，也应在接触室的两层催化剂之间装上一个热交换器，用来把反应生成的热，传递给进入接触室需要预热的炉气，还可以冷却反应后生成的气体。

对二氧化硫的接触氧化的适宜条件的讨论

温度：操作温度400℃～500℃

对温度的控制的原理与合成氨工业相近。反应在温度较低的条件下进行最为有利，但温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。在400℃～500℃范围内，反应速率和SO₂的平衡转化率（93.5％～99.2％）都比较理想。

压强：常压 （注意与合成氨工业不同！）

常压下400℃～500℃时，SO₂的平衡转化率已经很高，考虑到加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，所以硫酸工厂通常采用常压进行操作，并不加压。

催化剂：用V₂O₅等作催化剂

c. 三氧化硫的吸收    反应场所：吸收塔

从接触室出来的气体，主要是SO₃、N₂以及剩余的未起反应的O₂和SO₂。SO₃与H₂O化合就生成了H₂SO₄。

H₂SO₄虽然是由SO₃跟H₂O化合制得的，但工业上并不直接用H₂O或稀硫酸来吸收SO₃。因为那样容易形成酸雾，不利于对SO₃的吸收。为了尽可能提高吸收效率，工业上用H₂SO₄质量分数为98.3％的硫酸作吸收。
    吸收过程在吸收塔里进行。为了增大SO₃跟98.3％的硫酸的接触面积，强化吸收过程，在吸收塔里装填了大量瓷环。吸收操作采取逆流的形式，SO₃从吸收塔的下部通入，98.3％的硫酸从吸收塔顶喷下，供稀释用的硫酸从吸收塔底放出。98.3％的硫酸吸收SO₃后浓度增大，可用H₂O或稀硫酸稀释，制得各种浓度的硫酸。

从吸收塔上部导出的是N₂、没有起反应的O₂和少量SO₂，为防止环境污染，应将上述气体再次通入接触室，进行第二次氧化，然后再进行一次吸收，{zh1}再将这种尾气加以净化回收处理，既可xxSO₂对大气的污染，又可充分利用原料。

d. 硫酸工业的“三废”处理 

硫酸工业的尾气常用氨水吸收，然后再用硫酸将得到的(NH₄)₂SO₃或NH₄HSO₃转化为(NH₄)₂SO₄，并重新放出SO₂。用氨水吸收尾气既防止了二氧化硫污染空气，又使得二氧化硫被充分的回收利用，而硫酸铵可作为化学肥料。

反应方程式：SO₂+2NH₃+H₂O==(NH₄)₂SO₃  SO₂+NH₃+H₂O==NH₄HSO₃

 (NH₄)₂SO₃+H₂SO₄== (NH₄)₂SO₄+SO₂↑+H₂O

硫酸工业中的污水含有硫酸的杂质，可用熟石灰将其中和。而沸腾炉中的黄铁矿废渣可作为制作水泥的原料或制砖。含铁品位高的矿渣经处理后可以炼铁。

③氯碱工业

氯碱工业是由电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产，是重要的基础化学工业之一。

反应原理： 2NaCl+2H₂O 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

   阴极：2H₂O+2e^-==2OH^-+H₂↑

   阳极：2Cl^-==Cl₂↑+2e^-

a. 精制饱和食盐水

氯碱工业的主要原料是饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等杂质，这鞋杂质在碱性条件下会生成沉淀，阻碍电解时的离子交换，因而粗盐水远不能达到电解要求，必须经过提纯精制。

精制食盐水最常用的方法为沉淀法，如除去粗盐水中的SO₄^2-离子时，可先加入过量的BaCl₂溶液，然后用Na₂CO₃溶液除去过量Ba²⁺。使用Na₂CO₃溶液还可以除去Ca²⁺离子。而Mg²⁺、Fe³⁺等离子可用NaOH溶液除去。

b 电解饱和食盐水

我国的氯碱工业生产主要采用两种生产工艺——隔膜法和离子交换膜法。

隔膜法和离子交换膜法都是氯碱工业的电解设备，其中所用的膜有本质区别。前者是有条件地阻止阴、阳极电解产物相混合的多孔石棉隔膜。后者由阳离子交换树脂（几类氟碳树脂）组成，树脂的高分子骨架上接有能电离出H⁺而可与Na⁺等阳离子交换的离子交换基团—SO₃H、—COOH，所以是一类厚度虽仅0.1～0.5 mm，但一般只允许溶液中的阳离子在膜中通过，更不能自由通过气体或液体的阳离子交换膜。
　　在直流电场中的阳离子交换膜，只能让阳离子通过、迁移进入阴极室，而不容阴极室里的阴离子透过、迁移进入阳极室。这种选择性的透过作用，使精制饱和食盐水在阳极室中经循环电解，通过Cl^?的阳极氧化和Na⁺的迁移入阴极室而变为淡盐水；使淡碱液或纯水在阴极室中经循环电解，通过H₂O（H⁺）的阴极还原，积累OH^?和Na⁺而变为纯烧碱浓溶液。电解槽的极间距变短，两极间的溶液电阻就减小，可相应降低电解电压而节省电能。
　　传统的隔膜法使用的石棉隔膜，并无离子膜所有阻止OH^?向阳极迁移的功能。当稍微提高阴极碱液的浓度时，将明显增大OH^－向阳极的迁移量，必将造成Cl₂和OH^?的反应而相应降低该电解生产的电流效率。

如下图，电解槽的下部阳极区一侧通入精制的饱和食盐水，阴极区一侧通入淡碱液或纯水，阳极产生Cl₂，阴极产生H₂。实际操作中，将极间距减小，可降低电解电压而节省电能。循环电解时，阳极液中的Na⁺能在Cl^?阳极氧化成Cl₂的同时，透过阳离子交换膜迁移入阴极室；阴极液中的H₂O在阴极还原生H₂和OH^?，其中OH^?因受阻于阳离子交换膜而与Na⁺共存于阴极室，最终使阴极液成为产品纯浓液碱。