高考化学一轮复习技能突破课件第11章第1讲《走进化学工业.ppt

第一讲 走进化学工业,1了解化学在水处理中的应用。 2了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。 3了解在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。,1水的净化和软化原理。 2化学工业生产原理、工艺流程的优化。 3化学工业生产中“三废”治理的新方法、新工艺。,一、天然水的净化 1天然水中所含的杂质,2.水净化的基本流程,(1)混凝剂又叫做化学沉降剂。常用混凝剂为铝盐(如硫酸 铝、明矾、聚合铝、碱式氯化铝等)、铁盐(如硫酸亚铁、硫 酸铁等)等。原理为： ， ，生成的胶体能 吸附水中的悬浮杂质而沉降。 (2)常用的消毒剂为氯气、漂白粉精、臭氧、二氧化氯等。原 理为：利用消毒剂的强氧化性，杀菌、消毒。,Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H,Fe33H2OFe(OH)3(胶体)3H,怎样除去水中的异味？原理是什么？ 提示 活性炭颗粒的比表面积大，吸附能力强，让水通过由 细小的活性炭颗粒组成的滤床进行吸附能够除去水中的异 味。,二、硬水软化 1暂时硬度和永久硬度 (1)硬水：含有较多 、 离子的水叫做硬水。 (2)水的硬度：一般把1 L水里含有10 mg CaO(或含相当于10 mg CaO的物质，如含7.1 mg MgO)称1度(1)。 (3)暂时硬度：水的硬度是由 和 引起的，称暂时硬度。 (4)永久硬度：水的硬度是由钙、镁的 或 引起的，称永久硬度。,钙,镁,Ca(HCO3)2,Mg(HCO3)2,硫酸盐,氯化物,2硬水软化 (1)硬水软化的目的：降低硬水中Ca2、Mg2的含量使之达到规定标准。,(2)软化方法,暂时硬水,CaCO3,Mg(OH)2,石灰,纯碱,三、污水的处理,其中化学法又包括中和法、沉淀法和氧化还原法等。,(1)中和法 酸性废水常用 中和，碱性废水常用 或CO2中 和。 (2)沉淀法 Hg2、Pb2、Cu2等重金属离子可用Na2S除去，反应的离 子方程式为 。,熟石灰,H2SO4,Hg2S2=HgS、Pb2S2=PbS、Cu2S2 =CuS,四、化学工业 1硫酸工业 (1)原料、设备和原理,吸收塔,接触室,沸腾炉,SO2的催化氧化,（2）反应条件的控制,空气,水,铁触媒,450 左右,(2)流程： 氨碱法,联合制碱法,侯氏制碱法的优点有哪些？ 提示 优点在于提高了原料的利用率，缩短生产流程，节省投资、降低成本。,五、环境保护与绿色化学 1环境问题 环境问题主要是指由于人类不合理地 而造成的 ，以及 和 所造成的环境污染。 “三废”的污染主要指： (1)大气污染 大气污染物主要来自 和 产生的废气及其携带的 。,开发和利用自然资源,生态环境破坏,工农业生产,人类生活,化石燃料燃烧,工业生产过程,颗粒物,(2)水污染 工业废水， ，农田过度施肥，喷洒农药都会对水 源造成污染。 (3)固体废弃物污染，如白色污染。,生活污水,全部转化为期望的最终产物,100%,源头上减少和消除工业生,产,3可持续发展 可持续发展是指既满足现代人的需求又不损害后代人满足其需求的能力的发展，需要 、 、 和环境保护协调发展。可持续发展的要点是发展援助、环境保护、清洁水源、能源开发、绿色贸易。,经济,社会,资源,提示 环境保护的措施：(1)工业废气携带颗粒物的回收利 用。 (2)工业、生活污水经处理达标后排放、限制使用含氮、磷洗 涤剂。 (3)回收、限制废弃塑料，研制可降解塑料。,试举例说明环境保护的常见措施。,一个原因 MgCO3沉淀转化为Mg(OH)2沉淀的原因 MgCO3沉淀在加热煮沸的过程中能发生水解反应。由于水解生成的Mg(OH)2沉淀溶解度更小，且又有CO2气体生成，使水解反应趋于完全，MgCO3沉淀转化为Mg(OH)2沉淀。 两种方法 1合成氨条件的选择方法 外加条件要尽可能加快反应速率，提高反应进行的程度。,2.“三废”处理方法 (1)尾气吸收：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O，CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O，得到含量较高的SO2，可返回用做原料。 (2)废水处理：根据杂质性质的不同，采用不同的化学方法，如酸碱中和法、重金属离子沉淀法。 (3)废渣利用：制砖或制造水泥，提炼贵重有色金属。,六种常见污染 1酸雨形成原因主要是SO2和氮氧化合物。 2光化学烟雾主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。 3臭氧空洞主要是氮氧化合物、氟氯代烃等的排放引起的。 4温室效应主要是由于大气中CO2含量的不断增加造成的。 5白色污染聚乙烯塑料的大量使用。 6赤潮、水华含磷洗衣粉的大量使用及生活废水的任意排放。,一种技巧 硫酸工业原理记忆技巧 四个“三”,我的总结 “绿色化学”的基本思想,我的警示 有关化学工业生产的复习主要从原料、原理、设备、流 程、绿色化等几个方面掌握。 问题征解 在纯碱的生产过程中为什么先向食盐水中通入NH3而后通 入CO2? 提示 因为NH3比CO2更易溶解于食盐水，所以先通入 NH3，通入NH3形成饱和的氨盐水呈碱性，更有利于吸收 CO2生成更多的NaHCO3，纯碱产率较高。,必考点78 获取洁净的水,【典例1】 自来水生产的流程示意图如下：,(1)混凝剂除去悬浮物质的过程_(填字母)。 a只是物理变化 b只是化学变化 c是物理和化学变化 FeSO47H2O是常用的混凝剂，它在水中最终生成_沉淀。 (2)实验室中，过滤操作用到的玻璃仪器是_。 (3)一打开自来水的水龙头，会感觉略有刺激性气味，其原因是_。(请写出相关的化学反应方程式)；该过程中，如果消耗了标准状况下的Cl2 112 L，则在反应中作氧化剂的Cl2为_g。,答案 (1)c Fe(OH)3 (2)漏斗、烧杯、玻璃棒 (3)Cl2H2O HClHClO 177.5 (4)12.0 mgL1,污水处理常用的方法 生物方法 通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥，在强力通入空气的条件下，微生物以水中的有机废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、水等无机物，从而达到净化污水的目的。 中和法 酸性废水常用熟石灰中和，碱性废水常用H2SO4或CO2中和。,沉淀法,Hg2、Pb2、Cu2等重金属离子可用Na2S除去，反应的离子方程式为Hg2S2=HgS，Pb2S2=PbS，Cu2S2=CuS。,请回答下列问题： (1)原水处理时曝气池中需通入大量气体，该气体是_，其目的主要是除去原水中的_。 (2)加入FeCl3的目的是_，写出FeCl3水解反应的离子方程式：_。 (3)通入CO2的目的是_和_。 (4)高铁酸钠(Na2FeO4)也可作为水处理剂兼具絮凝剂和消毒杀菌剂的作用，被科学家们公认为绿色消毒剂。请简述高铁酸钠消毒、净水的原理：_。 (5)下列物质中，可以作为Cl2替代物的是_。 AO3 BNH3 CClO2 DSO2,答案 (1)空气 有机物 (2)吸附水中的悬浮物 Fe33H2OFe(OH)3(胶体)3H (3)沉淀过量的Ca(OH)2 调节溶液的pH (4)高铁酸钠具有强氧化性，故可用于消毒；高铁酸钠中Fe被还原为Fe3，Fe3的水解产物Fe(OH)3可以吸附水中悬浮杂质，具有净水作用 (5)AC,必考点79 氨的合成,4基本生产过程 (1)造气,(2)净化：原料气中的主要杂质：H2S、CO、CO2、O2等 主要危害：某些杂质会导致催化剂中毒 净化方法 a用氨水吸收H2S： NH3H2OH2S=NH4HSH2O bCO转化为CO2： COH2OFe2O3,CO2H2 c用K2CO3溶液吸收CO2： K2CO3CO2H2O=2KHCO3 d用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理,(3)合成 流程图,合成塔构造 合成塔是合成氨的关键设备，其构造如下图所示：,【典例2】 (2013重庆市区县联考)工业合成氨是在一定条件下进行的，其原理为可逆反应：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)。部分工艺流程如下：,请回答下列问题： (1)第步除需要催化剂这个条件外，还需要的条件是_。 (2)第步操作中的原料气体的“净化”目的是_，第步操作的目的是_。 (3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分离物质的方法的原理类似于下列哪种方法_(填编号) a过滤 b蒸馏 c分液 d萃取 你做出这个判断的理由是_。,(4)可以用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气，如果漏气则会有白烟生成。该反应的化学方程式为：_。 答案 (1)高温、高压 (2)防止催化剂中毒 使N2、H2循环利用，提高原料利用率 (3)b 通过温度的改变而改变物质的状态，达到使物质分离的目的，是蒸馏的原理 (4)8NH33Cl2=N26NH4Cl,合成氨适宜条件的选择 依据：化学反应的特征。外界条件对化学反应速率和化 学平衡影响的规律。,【应用2】 利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下：,依据上述流程，完成下列填空： (1)图中CH4的一次转化过程中发生反应的化学方程式是 _。 (2)整个流程有三个循环：一是K2CO3(aq)循环，二是N2和H2 循环，第三个循环中被循环利用的物质是_。 (3)改用过量NaOH溶液吸收天然气中的硫化氢，以石墨作电 极电解吸收后所得溶液可回收得到硫，同时得到副产物H2。 其电解总反应方程式为_(忽略次要反应)。 (4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于_。,解析 (1)由流程图知，CH4的一次转化过程中反应物和产物 分别是CH4、H2O(g)和CO、H2。(2)由流程图可知，另外一 种被循环利用的物质是Fe2O3H2O。(3)电解得到硫，即需将 S2氧化，此时阴极H放电。(4)CO2可以用于生产纯碱、作 制冷剂等。,必考点80 硫酸工业 1化学原理在硫酸生产中的应用 (1)增大反应速率的措施 升高温度；使用催化剂；在沸腾炉中燃料燃烧时，将原料粉碎，增大与空气的接触面积。 (2)逆流原理的应用 沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气 从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，使反应充分进行；吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片)，98.3%浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收效率。,2能量的充分利用 硫酸生产中的反应热可用于预热反应物满足自身能量的需要，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。,【典例3】 工业接触法制硫酸的流程如图所示：,(1)写出沸腾炉中发生反应的化学方程式_。 (2)从沸腾炉出来的气体经净化干燥处理后进入接触室，其气体体积组成：SO2 7%，O2 11%，N2 82%。从接触室出来的气体中SO3的体积分数为7%，则SO2的转化率为_。 (3)接触室采用常压而不采用高压的原因是_。 (4)在吸收塔中为什么用98.3%的浓硫酸而不是用水吸收SO3？_。 每100 g SO3与H2O完全反应放出热量162.9 kJ，该反应的热化学方程式为_。,(5)某硫酸厂每天用含FeS260%的黄铁矿500 t生产硫酸，如果在沸腾炉内损失5%的硫，SO2的转化率为90%。每天能生产98%的硫酸_t。,关系式法在化工类计算题中的应用,在化工生产中往往需要由原料计算产品的量，由于反应经过 多步完成，最常用的就是关系式法。关系式法是根据最初反 应物和最终生成物之间量的关系，写出关系式(一般采用物 质的量之比)，一次列式求解，而不必对每一步反应都进行 计算的一种方法，它可以使多步计算化为一步计算而完成。,【应用3】 以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：,请回答下列问题： (1)在炉气制造中，生成SO2的化学方程式为_； (2)炉气精制的作用是将含SO2的炉气_、 _及干燥，如果炉气不经过精制，对SO2催化氧化 的影响是_；,(3)精制炉气(含SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%)中 SO2平衡转化率与温度及压强关系如下图所示。在实际生产 中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450左右(对应图 中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条 件，其原因分别是_,(4)在SO2催化氧化设备中设置热交换器的目的是_、 _，从而充分利用能源。,解析 (1)4FeS211O2 2Fe2O38SO2。(2)SO2气体中含 有矿尘、水汽等，会对催化剂的活性和设备产生不良影响， 所以进入接触室之前，需对气体进行除尘、洗涤及干燥。(4) 将反应产物的热量及时交换给SO2和O2，使平衡2SO2O2 2SO3向右移动，提高SO2的转化率，使能量循环利用， 节约能源。,答案 (1)4FeS211O2 2Fe2O38SO2 (2)除尘 洗涤 使催化剂中毒 (3)在450、0.1 MPa时，转化率已达95%以上，采用更高的 压强，对设备要求更高，转化率影响较小；在0.1 MPa时， 温度较低时，反应速率较慢、产量低 (4)能量循环利用 提高SO2转化率,Hold住考向 名师揭秘 常见水处理、工业生产是化学技术的重点。 预测2014年高考将与新能源及工农业生产联系起来考查化学工业生产的原料来源、原理、设备、工艺流程与化工绿色化等问题难度不大。,1(2011山东，31)水处理技术在生产、生活中应用广泛。 (1)含有较多_离子的水称为硬水。硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为 (写出一个即可)。 (2)将RH型阳离子交换树脂和ROH型阴离子交换树脂串接来软化天然硬水，应先使硬水通过_(填“RH”或“ROH”)型离子交换树脂，原因是_。 (3)通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截 留，从而获得纯净水的方法称为_。电渗析法净化水 时，使离子通过半透膜的推动力是_。 (4)检验蒸馏水的纯度时，最简单易行的方法是测定水的_。,水的处理,解析 (2)离子交换树脂是不溶于水的，但它能与水中的离子进行离子交换，其中RH型阳离子交换树脂是用H交换水中的阳离子，而ROH型离子交换树脂是用OH交换水中的阴离子；若天然硬水先通过ROH型阴离子交换树脂，交换到水中的OH会与水中的Ca2、Mg2产生Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀覆盖在树脂的表面，使ROH型离子交换树脂失去交换离子的能力，因此，应让天然硬水先通过RH型离子交换树脂。 (4)考虑到水中溶解的物质大多数能电离出离子，因此最简单的方法是通过测其导电能力来检验蒸馏水的纯度。,答案 (1)水的净化是用混凝剂(如明矾等)将水中胶体及悬浮 物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子 (2)10 (3)740 1 484,3(2009浙江理综，16节选)以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答有关问题： (1)有毒物质的无害化也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，还可将废水中少量的S2、NO和CN等有毒有害的还原性酸根离子氧化除去。 请写出用ClO2将废水中含有剧毒的CN氧化成无毒气体的离子方程式_，并说明该方法的优点_。,(2)下图为某饮用水厂从天然水制备纯净水(去离子水)的工艺 流程示意图。,活性炭的作用是_；O3消毒的优点是_。 A、B中放置的物质名称分别是： A_； B_。,答案 (1)2ClO22CN=2CO2N22Cl 产物为无毒的气体(CO2和N2) (2)吸附水中的有机物(或去除水中的异味) 反应产物无毒无 害 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂,1(2012海南，20)合成氨的流程示意图如下：,常见工业生产,回答下列问题： (1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是_、_；氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学方程式_，_。 (2)设备A中含有电加热器，触媒和热交换器，设备A的名称是_，其中发生的化学反