高考化学 选修2.1 化学与工农业生产课件 .ppt

选修2化学与技术第一章化学与工农业生产 知识梳理 一 工业生产硫酸1 原料 含硫矿物 黄铁矿 主要成分 硫黄等 以及空气和水 fes2 2 反应与设备 4fes2 11o2 2fe2o3 8so2 s o2 so2 沸腾炉 2so2 o22so3 接触室 so3 h2o h2so4 吸收塔 3 三废处理 1 尾气吸收 caso3 h2so4 caso4 h2o so2 2 废水的处理 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 废渣的利用 制砖或制造水泥 提炼贵重金属 so2 ca oh 2 caso3 h2o 二 工业合成氨1 反应原理 2 基本生产过程 流程 n2 3h22nh3 h 0 1 造气 n2来源于空气 氮气 h2主要来源于h2o和碳氢化合物 相关化学反应如下 c h2oco h2co h2oco2 h2ch4 h2oco 3h2ch4 2h2oco2 4h2 2 净化 原料气中的主要杂质 h2s co co2 o2等 杂质的主要危害 某些杂质会导致 净化方法 a 用氨水吸收h2s b co转化为co2 co h2oco2 h2 催化剂中毒 nh3 h2o h2s nh4hs h2o c 用k2co3溶液吸收co2 d 用醋酸 铜和氨配制成的溶液精制处理 k2co3 co2 h2o 2khco3 3 合成与分离 设备 氨的分离 通过 将氨液化 然后将液氨分离 分离出来的混合气体经循环压缩机 再送到 中继续合成 合成塔 冷凝器 合成塔 三 纯碱工业工业生产纯碱的方法主要有氨碱法 索尔维法 和联合制碱法 侯氏制碱法 二者基本原理相同 向饱和食盐水中先通入足量氨气 再通入足量二氧化碳 反应方程式为 将沉淀滤出后加热 nacl h2o nh3 co2 nahco3 nh4cl 2nahco3 na2co3 h2o co2 微点拨 1 索尔维法和侯氏制碱法的主要区别是 侯氏制碱法产品纯度高 原料 nacl 利用率高达96 且无大量副产品 cacl2 产生 2 实验室模拟氨碱法制纯碱 应先向饱和氯化钠溶液中通入氨气至饱和 再通入二氧化碳 因为氨气极易溶于水 氨气溶解达到饱和时氨的浓度大 吸收二氧化碳多 生成的碳酸氢钠量大 易于析出 3 氨碱法和联合制碱法生产纯碱的过程中 co2均可以循环利用 四 精细化工产品1 精细化学品的种类和生产特点 1 种类 医药 农药 染料和颜料 涂料 黏合剂 表面活性剂 催化剂 食品和饲料添加剂 塑料 合成纤维和橡胶用添加剂等 2 生产特点 多品种小批量 生产流程和设备复杂 综合性和功能性强 技术密集 附加值高 2 常见化肥的种类 作用和施用注意事项 co nh2 2 草木灰 3 农药 农作物的保护神 1 分类 石硫合剂 波尔多液 2 农药对土壤和环境造成的不良影响 对农产品造成污染 危及食品安全 对环境造成严重污染 危及人类身体健康和生命安全 破坏生物链 影响生态平衡 4 洗涤剂工业 1 肥皂的生产 原理 油脂在 条件下水解生成高级脂肪酸盐 肥皂的主要成分 碱性 工艺流程 2 合成洗涤剂 表面活性剂 如十二烷基苯磺酸钠 洗涤剂 主要成分是表面活性剂 是能够发挥去污作用的主要物质 还含有助剂 杀菌剂 织物柔顺剂等辅助成分 微点拨 1 分离高级脂肪酸钠与甘油的方法 盐析 高级脂肪酸钠溶于水可形成胶体 加入电解质可使胶粒聚沉 可获得高级脂肪酸钠的凝胶 与母液分离后 添加必要的成分 冷却成型即得肥皂 2 化肥对土壤的影响 长期过量使用化肥 比如硫酸铵 nh4 2so4 其有营养的部分是含氮 n 的铵根离子 因此植物将大量吸收铵根离子而不吸收没有营养的硫酸根离子 在吸收的离子交换过程中大量排出氢离子 h 致使土壤酸化 土壤酸化能破坏土壤结构 使土壤板结 3 大量使用含磷洗涤剂 会造成水质富营养化 促使水中藻类过度生长 使水中的溶解氧降低 使水质变坏 考点一化学原理在合成氨工业中的应用 自主训练 合成氨是 将空气变成面包 的反应 合成氨工业在国民经济中占有重要地位 下图是合成氨的简要流程图 原料气的制备 1 合成氨所需氮气来自空气 方法之一是将空气液化后再加热分离 请另设计一种从空气中分离出氮气的方法 2 请写出工业上获得氢气的一种方法 用化学方程式表示 原料气的净化为了防止催化剂 中毒 原料气在进入压缩机之前必须经过净化 精制处理 精制 过程通常是将含有少量co co2 o2和h2s等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨 ch3coo cu nh3 2 溶液 以获得纯净的原料气 其中 吸收co的反应为co ch3coo cu nh3 2 nh3 h2och3coo cu nh3 3co h2o l h 0 3 为提高co的吸收率 可采取的有效措施是 4 除去氧气时 氧气将ch3coo cu nh3 2 氧化为 ch3coo 2 cu nh3 4 则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是 氨的合成 5 合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是 填序号 a 采用较高的压强 20 50mpa b 采用500 的高温c 用铁触媒作催化剂d 将生成的氨液化并及时从体系中分离出来 n2和h2循环到合成塔中并补充n2和h2 解析 空气的主要成分为氧气和氮气 设法除去氧气后即可得到氮气 该反应是一个气体体积减小的放热反应 根据平衡移动原理 增大压强 降低温度都有利于平衡正向移动 提高co的转化率 氧气将ch3coo cu nh3 2 氧化为 ch3coo 2 cu nh3 4 时 铜元素的化合价由 1价升高到 2价 ch3coo cu nh3 2 是还原剂 o2是氧化剂 根据电子得失守恒原理 可知二者的物质的量之比是4 1 合成氨反应是一个气体体积减小的放热反应 增大压强 降低温度 增大反应物浓度或减小生成物浓度等措施都可以使平衡正向移动 实际操作中 采用500 的高温 是考虑催化剂的催化效率 兼顾平衡转化率和反应速率的结果 催化剂能同等程度改变反应速率 不能使平衡发生移动 答案 1 将空气与碳作用生成co2 除去co2即可得到氮气 其他合理答案也可 2 c h2o co h2 或co h2o co2 h2或其他合理答案 3 降低温度 增大压强 4 4 1 5 a d 催化剂 高温 高温 归纳总结 1 合成氨条件的选择 外加条件要尽可能加快反应速率 提高反应进行的程度 2 工业生产中的循环操作 合成氨转化率较低 要采用循环操作 混合气体通过冷凝器 使氨液化 将氨分离出来 并将没有完全反应的n2和h2经过循环压缩机 再送入合成塔 使其被充分利用 加固训练 1 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 天然气脱硫时的化学方程式是 2 nmolch4经一次转化后产生co0 9nmol 产生h2 mol 用含n的代数式表示 3 k2co3 aq 和co2反应在加压下进行 加压的理论依据是 a 相似相溶原理b 勒夏特列原理c 酸碱中和原理 4 由khco3分解得到的co2可以用于 写出co2的一种重要用途 5 整个流程有三处循环 一是fe oh 3循环 二是k2co3 aq 循环 请在上述流程图中标出第三处循环 循环方向 循环物质 解析 1 流程图中已给出反应物是h2s和fe oh 3 生成物是fe2s3和h2o ch4没有参与反应 写出方程式再配平即可 2 写出此反应的方程式 ch4 h2o co 3h2 就很容易地看出产生h2应为3 0 9nmol 2 7nmol 3 co2为气体 加压有利于平衡右移 利用的是勒夏特列原理 4 此题考查了学生对co2用途的记忆 任写一种用途即可 5 合成氨反应是一可逆反应 h2和n2的转化率低 必须循环利用 答案 1 3h2s 2fe oh 3 fe2s3 6h2o 2 2 7n 3 b 4 生产纯碱 或作制冷剂等 任写一种 5 2 下图表示某些化工生产的流程 部分反应条件和产物略去 1 反应 需在500 进行 其主要原因是 2 g转化为h的过程中 需要不断补充空气 其原因是 3 写出反应 的化学方程式 4 工业上 向析出k的母液中通氨气 加入细小食盐颗粒 冷却后可析出副产品 通入氨气的作用是 填序号 a 增大的浓度 使j更多地析出b 使k更多地析出c 使k转化为m 提高析出的j的纯度 5 写出上述流程所涉及的化学工业的名称 解析 液态空气蒸馏主要得到o2和n2 焦炭和水蒸气在高温下反应生成co和h2 二者得到的气体b c在催化剂条件下能发生反应 则应为n2和h2的反应 生成的气体为nh3 所以a为o2 b为n2 c为h2 d为co e为nh3 nh3和o2在催化剂条件下发生氧化还原反应生成no no与o2反应生成no2 进而与水反应生成hno3 所以g为no h为no2 n为hno3 l为nh4no3 co和h2o反应生成co2 co2 nacl和nh3反应生成nahco3和nh4cl 为侯氏制碱法的主要反应 nahco3加热分解生成na2co3 则f为co2 j为nh4cl k为nahco3 m为na2co3 1 反应 是工业合成氨气的反应 需在500 进行 其主要原因是此温度下催化剂活性最高 2 因为h转化为n的过程中是二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮的反应 在g转化为h的过程中 不断补充空气 使o2过量 与no2和h2o反应生成的一氧化氮气体不断转化为二氧化氮 提高原料的利用率 3 反应 是侯氏制碱法的反应原理 氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳生成碳酸氢钠晶体和氯化铵 反应的化学方程式为nacl co2 nh3 h2o nahco3 nh4cl 4 工业上 向析出k的母液氯化铵中通氨气 加入细小食盐颗粒 冷却后可析出副产品j氯化铵 通入氨气的作用是增大铵根离子浓度 使氯化铵晶体析出 同时通入氨气使溶液碱性增强 使碳酸氢钠转换为溶解度较大的碳酸钠 可以提高氯化铵的纯度 5 上述流程所涉及的化学工业的名称为工业合成氨 氨气的催化氧化 侯德榜制碱法 答案 1 此温度下催化剂活性最高 2 使一氧化氮气体不断转化为二氧化氮 提高原料的利用率 3 nacl co2 nh3 h2o nahco3 nh4cl 4 a c 5 工业合成氨 氨气的催化氧化 侯德榜制碱法 考点二化学原理在硫酸工业生产中的应用 自主训练 2015 淄博模拟 硫酸是工业生产中最为重要的产品之一 在化学工业的很多领域都要用到浓硫酸 1 在硫酸工业生产中 我国采用黄铁矿为原料生产so2 反应的化学方程式为 该反应在 中进行 填设备名称 2 为了有利于so2转化为so3 且能充分利用热能 采用了多层催化剂且有热交换器的 填设备名称 中进行反应 在如图所示的装置中 c处流出的气体有 so3进入 填设备名称 用 吸收 得到浓硫酸或发烟硫酸 3 实验测得so2反应生成so3的转化率与温度 压强有关 请根据下表信息 结合工业生产实际 选择最合适的生产条件 4 吸收塔排出的尾气中so2的含量如果超过500 l l 1 就要加以处理后才能排出 处理方法之一是用氨水洗涤烟气脱硫 用方程式表示氨水洗涤吸收塔排出的尾气的化学方程式 解析 1 黄铁矿的主要成分是fes2 在沸腾炉中高温条件下与氧气反应生成二氧化硫和三氧化二铁 其反应方程式为4fes2 11o2 2fe2o3 8so2 高温 2 在接触室中so2转化为so3的反应为可逆反应 根据可逆反应的特点可知 反应达到平衡时各反应物和生成物的浓度均不为零 所以c处流出的气体为so3 so2 o2 在吸收塔中不用水吸收三氧化硫 因为易形成酸雾 降低三氧化硫的吸收效率 所以用98 的浓硫酸吸收三氧化硫 从吸收塔上部导出的气体再次通入接触室 以提高原料的利用率 3 温度过高 压强过大对设备要求很高 对能量要求较高 会大幅增加成本 而常压下 二氧化硫的转化率已经很高 答案 1 4fes2 11o2 2fe2o3 8so2沸腾炉 2 接触室so3 so2 o2吸收塔98 的h2so4 3 400 1 105pa 4 2nh3 h2o so2 nh4 2so3 h2o 高温 归纳总结 1 化学原理与硫酸工业生产流程 2 硫酸工业生产流程中的化学原理应用 1 化学反应速率和化学平衡原理 增大化学反应速率的措施 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 反应条件的选择 a 温度 400 500 根据平衡移动原理 反应应在低温下进行 但低温时催化剂的活性不高 反应速率低 实际生产中采用400 500 的温度 b 压强 根据平衡移动原理 应在高压下进行 但增大压强对so2的转化率提高不大 且加压会增大成本和能量消耗 而常压下so2的转化率已很高 所以实际生产中采用常压操作 c 适当过量的空气 提高so2的转化率 2 逆流原理 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 反应进行充分彻底 吸收塔中使用大量耐酸瓷环 片 浓硫酸从塔顶喷下 三氧化硫气体从塔底吹入 提高吸收程度 3 热交换原理 由于2so2 o22so3是放热反应 在接触室内使用热交换器 用反应后热的气体预热接触室的原料气 达到节约能源 降低生产成本的目的 4 循环操作 由于2so2 o22so3是可逆反应 尾气中还有一定的so2和o2 再通过一定措施将这部分气体送回接触室 提高原料利用率 同时减少废气排放 3 硫酸工业生产中尾气的处理 1 石灰水吸收法 so2 ca oh 2 caso3 h2o caso3 h2so4 caso4 so2 h2o 2 氨水吸收法 so2 2nh3 h2o nh4 2so3 nh4 2so3 h2so4 nh4 2so4 so2 h2o 加固训练 合成氨工业 硫酸工业的生产工艺流程大致为 合成塔和接触室中的反应分别为n2 g 3h2 g 2nh3 g h 0 2so2 g o2 g 2so3 g h 0 1 写出流程中设备的名称 b x 2 进入合成塔和接触室中的气体都要进行热处理 最理想的热处理方法是 3 采用循环操作可提高原料的利用率 下列生产中 采用循环操作的是 填序号 硫酸工业 合成氨工业 硝酸工业 4 工业上常用98 3 的浓硫酸吸收so3而不用稀硫酸或水的原因是 5 工业生产中常用氨 酸法进行尾气脱硫 以达到消除污染 废物利用的目的 硫酸工业尾气中的so2经处理可以得到一种化肥 该肥料的化学式是 解析 1 剩余的原料气经循环压缩机再送回合成塔 以提高原料的利用率 黄铁矿是在沸腾炉里焙烧制取二氧化硫 2 充分利用反应中放出的热量运用热交换装置加热反应气 3 只要在反应过程中使用的 且在尾气处理器中还剩余的物质都可以循环利用 故选 4 由于用稀硫酸或水吸收so3时易形成酸雾 不利于so3吸收 5 用氨水吸收so2生成nh4hso3 nh4hso3再与硫酸反应生成 nh4 2so4和so2 其中so2循环利用 nh4 2so4可做化肥 答案 1 循环压缩机沸腾炉 2 逆流换热 或充分利用反应中放出的热量加热反应气 3 4 用稀硫酸或水吸收so3时易形成酸雾 不利于so3吸收 5 nh4 2so4 考点三纯碱工业生产 自主训练 2015 昆明模拟 比利时人索尔维以nacl co2 h2o为原料生产na2co3 叫做索尔维法 其主要步骤是 在含氨的饱和nacl溶液中通入co2制得nahco3 再将nahco3焙烧制得纯碱 co2循环使用 析出小苏打的母液中加入生石灰 nh3循环使用 我国著名化学家侯德榜对索尔维法做了改进 用nacl固体代替生石灰 加入母液中使nh4cl晶体析出 生产出纯碱和氯化铵 这便是举世闻名的 侯氏制碱法 试回答 1 向母液中通入氨气的作用和目的是 2 在含氨的饱和nacl溶液中通入co2的化学反应方程式为 3 不能在nacl溶液中通入co2制取nahco3的原因是 4 析出小苏打的母液中加入生石灰的反应方程式是 5 侯氏制碱法与索尔维法相比 其优点是 解析 因为碳酸的酸性比盐酸弱 co2与nacl不反应 且co2的溶解度也小 所以应向饱和氯化钠溶液中首先通入氨气 然后再通入二氧化碳气体 从而产生碳酸氢钠沉淀 侯氏制碱法优点在于析出可作为化肥的nh4cl 减少无用的cacl2 保证原料nacl充分利用 没有废渣 减少污染 答案 1 利用氨在水中极易溶解且溶液呈碱性的性质 增加溶液吸收co2的量 最终生成较大浓度的 2 nacl nh3 co2 h2o nahco3 nh4cl 3 碳酸的酸性比盐酸弱 co2与nacl不反应 co2的溶解度小 4 2nh4cl cao h2o 2nh3 h2o cacl2 5 析出可作为化肥的nh4cl 减少无用的cacl2 原料nacl充分利用 没有废渣 减少污染 归纳总结 氨碱法和联合制碱法的比较 针对训练 2015 临沂模拟 联碱法 侯氏制碱法 和氨碱法的生产流程简要表示如下图 1 沉淀池中发生反应的化学方程式为 2 x是 y是 填化学式 3 z中除了溶解的氨气 食盐外 其他溶质还有 排出液w中的溶质除了氢氧化钙外 还有 4 从理论上分析 在氨碱法生产过程中 填 需要 不需要 补充氨气 从原料到产品 氨碱法总反应过程用化学方程式可表示为 5 根据联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程推测 所得结论正确的是 a 常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小b 通入氨气的目的是使氯化铵更多析出c 加入食盐细粉的目的是提高na 的浓度 促进碳酸氢钠结晶析出 6 联碱法中 每当通入44 8lnh3 已折合成标准状况下 时可以得到纯碱100 0g 则nh3的利用率为 相比于氨碱法 联碱法的一项优点是 解析 1 在沉淀池里氯化钠 氨气 二氧化碳和水反应生成碳酸氢钠和氯化铵 化学方程式为nacl nh3 co2 h2o nahco3 nh4cl 2 x是碳酸氢钠分解产生的二氧化碳被循环利用 y是氯化铵溶液中加入生石灰反应生成的氨气被循环利用 3 联碱法在沉淀池所得母液中主要成分为氯化铵和少量碳酸氢钠 加入氯化钠粉末会使氯化铵部分析出 通入氨气使碳酸氢钠转化为碳酸钠 故在z溶液中含有氨气 食盐 碳酸钠 氯化铵等 氨碱法在沉淀池所得母液中主要成分也为氯化铵和少量碳酸氢钠 加入氧化钙后会生成氯化钙和氯化钠并生成氨气 故排出液中的主要成分为氯化钙 氯化钠 以及过量的氢氧化钙 4 理论上氨碱法不消耗氨气 由化学方程式caco3 cao co2 cao h2o ca oh 2nacl nh3 co2 h2o nahco3 nh4cl2nahco3 na2co3 co2 h2o 2nh4cl ca oh 2 cacl2 2nh3 2h2o可得 caco3 2nacl na2co3 cacl2 5 联碱法中从母液中提取氯化铵晶体 往往要向母液中加入氯化钠细小粉末 并