第二十四讲 化学与工农业生产.ppt

第二十四讲化学与工农业生产 化学在处理水的应用 知识回顾1 城市自来水处理 主要经过 四个步骤 降低杂质含量和杀菌 消毒使之符合饮用水的标准 2 生活污水的危害和处理 生活污水和某些工业污水中一般含较多 化合物 它们在分解过程中消耗水中大量的溶解氧 并使水体发生 化 使江 湖中出现 水华 和海洋中出现 赤潮 灾害 城市污水处理大多采用活性污泥法二级处理工艺 通过加入一定量的化学 消毒 沉淀 过滤 曝气 氮磷 富营养 试剂和利用细菌等微生物除去废水中的有机污染物等杂质 降低废水的化学 量和生物 量 使部分有机物转化为 和 经过处理后的污水可作冷却水 冲洗卫生间 浇灌绿地 从而达到减少水污染和节约水资源的目的 3 纯净水的制取方法 利用符合生活卫生标准的饮用水为原料 选用电渗析法 离子交换法 反渗透法 蒸馏法 膜分离法等方法除去水中某些 或 和 再经过紫外线或臭氧杀菌消毒而制得 因纯净水中的某些有益于人体健康的微量元素也被除去 如硒 因此 长期饮用 无机盐 耗氧 耗氧 二氧化碳 不宜 离子 有机物 4 硬水的软化 溶有较多 离子的水叫硬水 溶有较少或不含 离子的水叫软水 暂时硬度是指钙镁类的 盐引起的水的硬度 永久硬度是指钙镁类 和 引起的水的硬度 当水中Ca2 Mg2 离子含量较多时对生产和生活都产生较大危害 必须加以除去 降低其在水中的含量 方能使用 1升水中含有10毫克氧化钙 这种水的硬度就是1度 一般将0 4度的水称为很软水 4 8度的水称为软水 8 16度的水称为中等硬水 16 30度的水称为硬水 30度以上的水称为最硬水 一般采用的方法有加热法 药剂法 离子交换法等 Ca2 Mg2 Ca2 Mg2 硫酸盐氯化物 碳酸氢 1 加热法 用加热法可以降低因Ca HCO3 2 Mg HCO3 2引起的水的硬度 Ca HCO3 2CaCO3 CO2 H2OMg HCO3 2MgCO3 CO2 H2O 2 石灰 纯碱法 先加石灰处理Ca2 Mg2 再加纯碱处理过剩的Ca2 HCO OH CO H2O Mg2 2OH Mg OH 2 Ca2 CO CaCO3 3 离子交换法 凡具有离子交换能力的物质称为离子交换剂 离子交换剂分无机和有机两大类 用离子交换剂处理水可以降低水的硬度 5 几种工业废水的处理 1 含氰废水 主要来自矿石萃取和采矿 照相加工 焦炉 合成纤维生产 钢的表面硬化和酸洗及工业气体洗涤 主要来源是电镀工业 一般用氯化法 电解法 臭氧氧化法 蒸发回收法以及反渗透 离子交换和催化氧化法 2 含油废水 含油废水的主要来源是钢铁制造 金属加工 炼油厂以及食品加工工业 含油废水的处理类似于生活 废水的处理 先用初级处理将浮油 游离油 从水和乳化含油物料中分出 然后 再用二级处理以破坏油 水乳液并将剩下的油与水分离 3 氟化物废水 氟化物废水的来源有 焦炭生产 玻璃和陶瓷制造 晶体管制造 电镀 钢和铝加工以及农药和肥料生产 常用沉淀法和吸附法 例1 2012年广东学业水平考试 下列说法正确的是 A 过滤可使硬水软化B 硬水经煮沸后就变为软水C 水垢的主要成分是碳酸氢钙和碳酸氢镁D 永久硬度是指钙镁类硫酸盐和氯化物引起的水的硬度 解析 过滤方法不能降低水中钙镁离子含量 不能使硬水软化 因钙镁类碳酸氢盐引起的水的暂时硬度 可以通过加热煮沸降低水的硬度 而钙镁类硫酸盐和氯化物引起的水的永久硬度 不能用加热煮沸的方法降低水的硬度 水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁 答案 D 课堂练习1 2011年学业水平考试 保护环境是可持续发展的重要课题 下列关于酸性废水处理的说法正确的是 A 可加入粗盐B 可加入熟石灰C 处理后pH不变D 处理后pH降低 解析 酸性废水处理时 可加入熟石灰 处理后pH升高至中性 答案 B 2 在自来水生产过程中 不涉及化学变化的是 A 杀菌消毒B 过滤水中的泥沙C 调节水的pHD 沉淀水中的Ca2 和Mg2 解析 过滤操作方法不涉及化学反应 答案 B 精细化工产品 知识回顾1 精细化学品及其生产特点 1 含义 欧美等国把产量小 按不同化学结构进行生产和销售的化学物质 称为精细化学品 finechemicals 把产量小 经过加工配制 具有专门功能或最终使用性能的产品 称为专用化学品 specialtychemicals 中国 日本等国则把这两类产品统称为精细化学品 2 分类 精细化学品的品种繁多 有无机化合物 有机 化合物 聚合物以及它们的复合物 中国精细化学品大体上包括 医药 农药 染料 涂料 颜料 信息技术用化学品 包括感光材料 磁记录材料等 化学试剂和高纯物质 食品添加剂 饲料添加剂 催化剂 胶粘剂 助剂 表面活性剂等 2 肥皂 1 主要成分 是高级脂肪酸的钠盐或钾盐 溶于水时 电离出R COO 和Na 或K R COO 中 COO 为亲水基 溶于水而不易溶于油 R 为亲油基 溶于油而不易溶于水 2 肥皂的去污原理 分为三步 使附着的油污易于分散到水中 使油污在水中形成小滴 脱离附着物而悬浮在水中 使油污和其他固体污垢更容易被吸附而脱离附着物 3 肥皂的生产原理 皂化反应 油脂在 催化下的酯 得到高级脂肪酸的钠盐和甘油的反应 这个反应是制造 流程中的一步 因此而得名 起泡 润湿 乳化 水解反应 碱 肥皂 脂肪和植物油的主要成分是甘油三酯 它们在碱性条件下水解的方程式为 CH2OCORCHOCOR 3NaOH3R COONa CH2OCORCH2OH CHOH CH2OHR基可能不同 但生成的R COONa都可以做肥皂 油酸是不饱和 由油水解得 软 硬脂酸都是饱和脂肪酸 由脂肪水解得 使用KOH水解 得到的肥皂是软的 盐析 向水解后的溶液中加入氯化钠可以分离出脂肪酸钠 这一过程叫 高级脂肪酸钠是肥皂的主要成分 3 表面活性剂 指具有表面活性 由 基团和 基团组成的在溶液的表面能定向排列 并能使表 脂肪酸 盐析 亲水 亲油 面张力显著下降的化合物 溶于水后容易电离的基团叫 能与油类互相吸引 溶解的基团叫 通常是由石油或油脂组成的长碳链的烃基 表面活性剂根据溶于水后的存在形式可分为 表面活性剂和 表面活性剂 非离子型 亲水基 亲油基 离子型 例2 下列有关合成洗涤剂的叙述错误的是 A 合成洗涤剂含有烃基和羧基B 在洗涤剂烷基苯磺酸钠中 烷基应以链状烃基为宜C 在合成洗涤剂中添加酶制剂可提高洗涤效果D 在合成洗涤剂中应以无磷助剂代替含磷助剂解析 选项A错误 合成洗涤剂一般含烃基和磺酸基 选项B正确 链状烃基的亲油性较强 选项C正确 加酶制剂对蛋白质污垢清洗效果好 选项D正确 无磷助剂代替含磷助剂可以避免水体富营养化 答案 A 课堂练习3 下列有关肥皂的叙述中错误的是 A 肥皂与纯碱的去污原理相同B 肥皂可以加速油污在水中的分散C 肥皂是油脂在碱性条件下水解生成的D 肥皂主要成分的分子中含有亲油基团和亲水基团 解析 A项错误 纯碱的去污原理是在碱性条件下使油污水解 去污原理与肥皂不同 B C D三项正确 答案 A 4 肥皂的主要成分是高级脂肪酸钠 洗洁精的主要成分是十二烷基苯磺酸钠 关于它们的说法不正确的是 A 肥皂和洗洁精都含有亲水基和亲油基B 肥皂和洗洁精都有去污作用C 肥皂和洗洁精都适合于酸性溶液中使用D 肥皂和洗洁精都能溶于水 解析 肥皂和洗洁精都是钠盐 可溶于水 两者都含有亲水基和亲油基 能去污 但前者属于强碱弱酸盐 能与酸作用而降低去污效果 后者属于强碱强酸盐 能在酸性或中性或碱性溶液中使用 答案 C 化学与农业 知识回顾1 合成氨工业 1 氨的合成是人类从自然界制取含氮化合物的最重要的方法 氨除了本身可以作为肥料外 它也是进一步制取各种氮肥的原料 由氨制成的氮肥 最重要的是尿素 氨和其它的氮化合物是生产染料 炸药 医药 合成纤维 塑料等的原料 2 合成氨的生产方法 原料制取和净化 制备合成氨需要纯净的氢 氮混合气体 氢 氮比约3 1 以煤 焦炭为原料制备原料气 C H2OCO H2 CO H2OCO2 H2 原料气需要经过净化后才能满足合成氨的要求 氨的合成 氨的合成是一个放热 气体体积缩小的可逆反应 反应方程式 合成塔 以铁为主的催化剂的活性温度 一般控制在400 500 范围内 压强越大 反应速率也越大 高温 催化剂 N2 3H22NH3 高温高压 催化剂 3 对环境的污染 主要是氮的氢化物 和烧煤产生的 对大气的污染 2 化肥 1 农作物在生长过程中需要的主要有 等元素 以及需要量很少但不可或缺的微量元素 其中 作物可以从空气和土壤里的水中获得 微量元素土壤中大都供给有余 农作物需要量最大的 元素 必须通过人工施肥加以补充 化肥主要为农作物补充氮 磷和钾三种元素 例如 NH3 NH4NO3 Ca H2PO4 H2O和CaSO4 KCl K2SO4等 与天然肥料 农家肥 相比 化学肥料具有有效成分含量 SO2 NH3 碳 氢 氧 氮 磷 钾 钙 镁 碳 氧 氢 高 氮 磷和钾 作物容易 肥效 等优点 也有肥效持续时间 容易引起土壤酸碱性和结构的 等缺点 人们过多食用含化肥的食物对人体有害 2 磷肥 主要以 为原料生产 常见的磷肥有 过磷酸钙 主要成分 H2O和 钙镁磷肥 主要成分是 和 磷肥的主要作用是促进作物根系发达 增强抗寒 抗旱能力 促进作物提早成熟 穗粒增多 籽粒饱满 3 钾肥 常见钾肥有 短 变化 吸收 快 Mg3 PO4 2 Ca3 PO4 2 Ca H2PO4 2 CaSO4 Ca3 PO4 2 KCl K2SO4 和草木灰 钾肥的主要作用是促进作物生长 增强抗病虫害和抗倒伏能力 4 氮肥 常见氮肥有 和碳酸氢铵等 它们大都以 为原料生产 氮肥的主要作用是促进作物的茎叶生长茂盛 叶色浓绿 尿素的生产原理 2NH3 CO2H2NCOONH4H2NCOONH4CO NH2 2 H2O 根瘤菌的固氮 根瘤菌的固氮作用是在常温 常压下进行的 根瘤菌固氮比合成氨固氮所需要的能量少 而且这种能量又来自植物的光合作用 因此 同合成氨相比 根瘤菌具 加热 加压 催化剂 KNO3 尿素硫酸铵硝酸铵 氨水 有成本低 固氮效率高 不造成环境污染等优点 生物固氮是一个更为理想的固氮过程 世界上豆科植物中根瘤菌痰 饔谜纪壤生物固氮量的50 5 复合肥 含有 中两种或两种以上的肥料 其肥效更好 3 农药农药的生产和使用已有悠久的历史 大体上可分为利用天然物质 无机农药和有机农药三个阶段 1 杀虫剂 第一代农药是 第二代是 农药 效果好 但高毒 高残留 以有机氯 有机磷 氨基甲酸酯等为代表 第三代农药的特点是 氮 磷 钾 天然产物和无机物 有机合成 低毒 高效 混合和交替地使用不同的农药 防止产生抗药性 保护害虫天敌 注意农药使用的安全间隔期 严格按照使用说明 浓度 剂型 适用范围和使用条件等 施用等 同时一定要注意个人防护 2 杀菌剂 杀菌剂的主要作用是防治农作物的病害 早期使用的杀菌剂是表面杀菌剂 常用 硫磺 等 它们不能 消除进入植物体内的菌丝 后来人们发明的 性杀菌剂能消除进入植物体内的菌丝 低残留 内吸收 石灰 波尔多液 4 植物激素能调节植物的生长 分化与代谢 人们可模拟天然植物激素的化学组成和结构人工合成植物生长调节剂 如乙烯利释放出的 可促进植物果实的成熟 5 农药与化肥的使用注意事项 1 碱性肥料氨水 石灰氮 草木灰等不能与敌百虫 乐果 甲胺磷 速灭威 托布津 井岗霉素 多菌灵 叶蝉散 菊酯类杀虫剂等农药混用 否则会降低药效 2 碱性农药石硫合剂 波尔多液 松脂合剂等 不能与碳酸氢铵 硫酸铵 硝酸铵 氯化铵等铵态氮肥和过磷酸钙等化肥混用 否则会使氨挥发损失 降低肥效 乙烯 3 含砷的农药 如砷酸钙 砷酸铝等不能与钾盐 钠盐类化肥混用 否则会产生可溶性砷而发生药害 4 化学肥料不能与微生物农药混用 因为化学肥料挥发性 腐蚀性很强 若与微生物农药如杀螟杆菌 青虫菌等混用 则易杀死微生物 降低防治效果 例3 2012年学业水平考试 施用化肥和农药有效地促进农作物增产 下列说法不正确的是 A 氨是生产氮肥的重要原料B 磷肥和钾肥可从无机盐中获得C 大力推广有机氯 有机磷等有机合成农药D 开发使用高效 低毒 低残留的第三代环境友好型农药解析 有机氯 有机磷等有机合成农药具有高残留 不属于环境友好型农药 答案 C 课堂练习5 2012年学业水平考试 工业上利用合成氨实现人工固氮 属于合成氨主要原料的是 A NO2B 空气C Na2CO3D KNO3 解析 空气含有大量N2 是合成氨主要原料 答案 B 6 2012年广东学业水平考试 施用化肥是提高农作物产量的重要措施 下列化肥属于氮肥的是 A 尿素B 硫酸钙C 过磷酸钙D 硫酸钾 解析 尿素分子式为CO NH2 2 分子中含N元素 属于氮肥 答案 A 一 单选题 考点一化学在水处理中的应用 1 下列水样中水的硬度最小的是 A 海水B 江河水C 蒸馏水D 矿泉水 解析 蒸馏水不含Ca2 Mg2 答案 C 2 下列污水处理方法只涉及物理变化的是 A 过滤法B 氧化还原法C 中和法D 化学沉淀法 解析 四种污水处理方法中只有A选项中过滤法是物理变化 其余的三种处理方法均是化学变化 答案 A 3 工业废水中常含有不同类型的污染物 可采用不同的方法处理 以下处理措施和方法正确的是 解析 选项A错误 废酸与碱中和属于化学法 选项B错误 Cu2 不可能用SO沉降 选项C错误 活性炭无法吸收苯 选项D正确 Na2CO3 Ca OH 2 CaCO3 2NaOH 是复分解法 属于化学法 答案 D 考点二精细化工产品 11 我国某地曾发生误食工业用猪油的中毒事件 原因是工业品包装中混入有机锡等 下列有关叙述正确的是 A 猪油是天然高分子化合物B 猪油是高级脂肪酸甘油酯C 猪油发生皂化反应后 反应液能使蓝色石蕊试纸变红D 猪油皂化反应完全后 反应混合物静置后分为两层 解析 猪油是动物油脂 属于高级脂肪酸甘油酯 答案 B 12 下列化合物在碱性条件下发生的水解反应不可以称为皂化反应的是 A 硬脂酸甘油酯B 油酸甘油酯C 乙酸乙酯D 软脂酸甘油