【步步高】(新课标)高考化学一轮复习-第1讲-化学与工农业生产教案(含解析)新人教版选修2.doc

第1讲化学与工农业生产考纲要求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.了解精细化工产品的生产特点、精细化工在社会发展中的作用。4.了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。考点一无机化工的基本问题1硫酸工业生产的基本问题三个主要反应S(s)O2(g)SO2(g)；2SO2(g)O2(g)2SO3(g)；SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l)三种原料硫黄、空气、98%的浓硫酸三个生产阶段造气；催化氧化；SO3的吸收三种主要设备沸腾炉；接触室；吸收塔三种主要杂质矿尘；砷、硒等的化合物；水蒸气三种净化方法除尘；洗涤；干燥接触氧化的三个适宜条件400500 (催化剂活性较高)；常压；催化剂(主要为V2O5)三废与处理废气(主要为SO2)：石灰水(或氨水)吸收废水(主要含硫酸)：加石灰乳后排放等废渣(含铁量较高)：炼铁等2.氨的工业合成(1)生产原理：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H(298 K)92.2 kJmol1，该反应是气体体积减小(填“增大”或“减小”)、放热(填“放热”或“吸热”)的可逆反应。(2)合成氨适宜条件的选择在实际生产中，需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量与设备等多方面情况，以确定最佳的生产条件。温度：400500_；压强：1030_MPa；催化剂：以铁触媒为主的催化剂。合成氨的转化率较低，要采用循环操作。氨液化分离后，没有完全反应的N2和H2经过循环压缩机再送入合成塔被充分利用。(3)基本生产过程3纯碱工业比较氨碱法与联合制碱法的相同点和不同点氨碱法(索尔维)联合制碱法(侯德榜)原理NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2O原料NaCl、NH3、CaCO3(制备CO2和CaO)NaCl、NH3、CO2生产流程优、缺点原料便宜，步骤简单，但是产生大量CaCl2，食盐利用率低产品纯度高，原料利用率高，同时得到氮肥NH4Cl，但加重设备的腐蚀深度思考1在硫酸工业生产中为增大反应速率，采取了哪些措施？答案升高温度；使用催化剂；在沸腾炉中燃料燃烧前，将原料粉碎，增大与空气的接触面积。2硫酸工业的适宜条件为400500 、常压、催化剂(V2O5)、通过量O2，请思考选择温度和压强的理由有哪些？答案温度：依据平衡移动原理，降低温度有利于提高SO2的转化率。但是，温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。在实际生产中，选定400500 ，这时反应速率和SO2的转化率都比较理想。压强：依据平衡移动原理，增大压强有利于提高SO2的转化率。但是，在常压、400500 时，SO2的转化率已经很高，加压对设备要求高，增大投资和能量消耗，故在实际生产中采用常压操作，并不加压。3工业合成氨的原料气是N2、H2，请思考回答下列问题：(1)简述原料气(N2、H2)的获取方法。(2)简述原料气必须净化后才能送入合成塔的原因及净化方法。答案(1)造气H2：主要来源于H2O和碳氢化合物，相关化学反应如下：CH2OCOH2COH2OCO2H2CH4H2OCO3H2CH42H2OCO24H2(2)原料气中的主要杂质有H2S、CO、CO2、O2等，其中H2S、CO等会导致催化剂“中毒”。净化方法a用稀氨水吸收H2S：NH3H2OH2S=NH4HSH2ObCO转化为CO2：COH2OCO2H2c用K2CO3溶液吸收CO2：K2CO3CO2H2O=2KHCO3d用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理题组一硫酸工业生产的原理和工艺流程1硫酸是一种重要的化工产品，接触法制硫酸的简要流程如下图所示：请回答下列问题：(1)上图中的造气和催化反应分别在甲、乙设备中进行，请写出设备名称：甲为_，乙为_。(2)将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整：4_11O2高温,2Fe2O38SO2。(3)下列有关操作目的的说明中，不正确的是_(填字母序号)。a黄铁矿燃烧前需粉碎，是为了使其燃烧快而充分b从甲设备出来的炉气需净化，是为了防止混合气体污染空气c乙设备中使用催化剂，是为了提高反应速率和SO2的转化率d吸收塔中装有大量瓷环，是为了增大SO3与98.3%浓硫酸的接触面积(4)简述在乙设备中设置热交换器的目的：_。(5)工业生产中常用氨硫酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的，用两个化学方程式表示其反应原理：_、_。答案(1)沸腾炉接触室(2)FeS2(3)bc(4)利用SO2氧化为SO3时放出的热量来预热即将参加反应的SO2和O2，提高SO2的转化率，使能量循环利用等(5)SO2NH3H2O=NH4HSO32NH4HSO3H2SO4=(NH4)2SO42SO22H2O(或SO22NH3H2O=(NH4)2SO3(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O)题组二合成氨工业生产的原理及流程2合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨需要在17.520 MPa的高压和500 左右的高温下，并用锇作为催化剂，氨在平衡混合物中的含量仍较少。最近英国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2的新催化剂，在常温下合成氨，反应方程式可表示为N23H22NH3，有关说法正确的是()哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应新法合成氨不需要在高温条件下，可节约大量能源，具有发展前景新法合成氨能在常温下进行是因为不需要断裂化学键新催化剂降低了反应所需要的能量，提高了活化分子百分数A BC D答案B解析化学反应放热还是吸热与反应途径无关，只与反应体系的始、终态有关，故错；新催化剂只是降低了反应所需要的能量，仍需要断开化学键，故错。3(2012海南，20)合成氨的流程示意图如下：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反应方程式_，_；(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_，其中发生的化学反应方程式为_；(3)设备B的名称是_，其中m和n是两个通水口，入水口是_(填“m”或“n”)。不宜从相反方向通水的原因是_；(4)设备C的作用是_；(5)在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过如下反应来实现：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)已知1 000 K时该反应的平衡常数K0.627，若要使CO的转化率超过90%，则起始物中c(H2O)c(CO)不低于_。答案(1)液化、分馏与碳反应后除去CO2CH2OCOH2CH4H2OCO3H2(2)合成(氨)塔N2(g)3H2(g)2NH3(g)(3)冷凝器(或冷却塔)n高温气体由冷却塔的上端进入，冷却水从下端进入，逆向冷却效果好(4)将液氨与未反应的原料气分离(5)13.8解析(2)合成氨设备合成塔；(3)冷凝分离产品设备为冷凝器，入水口应该在下面，因逆向冷凝效果好；(4)分离器是气液分离用设备；(5)以转化率为90%为基准做计算，用平衡常数求水与一氧化碳浓度比。设CO、H2O起始浓度分别为x、y molL1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)c起 x y 0 0c变 0.9x 0.9x 0.9x 0.9xc平 0.1x y0.9x 0.9x 0.9xK0.627yx13.8。题组三纯碱工业生产的原理及流程4纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。请按要求回答问题：(1)“氨碱法”产生大量的CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：_；(2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式：_；_；(3)CO2是制碱工业的重要原料，“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同？_。(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据“联合制碱法”的总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率(%)_。答案(1)2NH4ClCa(OH)22NH3CaCl22H2O(2)NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2O(3)“氨碱法”的CO2来源于石灰石的煅烧，“联合制碱法”的CO2来源于合成氨工业的废气(4)100%解析(1)氨碱法中产生CaCl2的化学方程式为2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O；(4)联合制碱法的反应式为NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3H2OCO2，总反应可看作是：2NH32NaClCO2H2O=Na2CO32NH4Cl，所以：原子利用率(%)100%100%。5纯碱是工业生产的重要原料，很长一段时间纯碱的制法都被欧美国家所垄断。上个世纪初，我国著名的工业化学家侯德榜先生经过数年的反复研究，终于发明了优于欧美制碱技术的联合制碱法(又称侯氏制碱法)，并在天津建造了我国独立研发的第一家制碱厂。其制碱原理的流程如下：(1)侯德榜选择天津作为制碱厂的厂址有何便利条件(举两例说明)_、_。(2)合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体，它们分别是_、_(填化学式)。这两种气体在使用过程中是否需要考虑添加的顺序：_(填“是”或“否”)，原因是：_。(3)在沉淀池中发生反应的化学方程式是：_。(4)使原料水中溶质的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了_(填上述流程中的编号)的循环。从母液中可以提取的副产品的应用是_(举一例)。答案(1)原料丰富运输便利(2)CO2NH3是氨气在水中溶解度大，先通氨气后通CO2产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠析出(3)NaClCO2NH3H2O=NaHCO3NH4Cl(4)循环作化肥(其它合理答案均可)解析(1)侯氏制碱法是以NH3、食盐水、CO2为原料制纯碱，天津属沿海城市，原料丰富，交通便利。(2)由制碱工业的原料可知需要的气体为NH3和CO2；制碱时应先向饱和食盐水中通入溶解度大的NH3，再通入足量CO2，相当于用NH3H2O吸收CO2，这样反应更充分，吸收CO2效果更好，有利于产生大量NH4HCO3。(3)沉淀池中发生反应：NH3NaClCO2H2O=NaHCO3NH4Cl，NaHCO3溶解度小，以沉淀形式析出。(4)母液中有大量NH4Cl，原料水中溶质为NaCl，设计循环可提高Na的利用率；母液中NH4Cl提取后可制氮肥。题组四化工生产中的定量分析6以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下(框图中某些转化步骤及生成物未列出)：当甲烷合成氨的转化率为75%时，以5.60 107 L甲烷为原料能够合成_L氨。(假设体积均在标准状况下测定)答案1.12108解析由反应方程式：CH4H2OCO3H2，COH2OCO2H2可知CH44H2，由氢元素守恒可知3H22NH3，所以可知CH4NH3，所以NH3为5.60107 L75%1.12108 L。7目前，我国采用“接触法”制硫酸。有关接触法制硫酸过程中定量分析，回答下列问题：(1)由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与SO3在沸腾炉中化合而成)，其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(见下表)。沸腾炉温度/600620640660矿渣中CuSO4的质量分数/%9.39.29.08.4已知CuSO4在低于660 时不会分解，请简要分析上表中CuSO4的质量分数随温度升高而降低的原因_。(2)制硫酸时，混合气体的组成是SO2 7%、O2 11%、N2 82%,100体积混合气体进入接触室反应后，将导出的气体恢复到原温度和压强时变为96.7体积，反应后混合气体中N2和O2的体积比为_；SO2的转化率是_。(3)据测算，接触法制硫酸过程中，若反应热都未被利用，则每生产1 t 98%的硫酸需消耗3.6105 kJ的热量。请通过计算判断，若只有反应2SO2(g)O2(g)2SO3H197 kJmol1放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产1 t 98%的硫酸只需外界提供(或可向外界输出)热量为_kJ(H2SO4的摩尔质量为98 gmol1)。答案(1)SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡逆向移动，SO2的转化率减小，SO3物质的量减少，所以CuSO4的量减少(2)827.794.3%(3)6.25105解析(2)差量法：2SO2O22SO3，体积差量2121yx10096.73.3所以反应的SO2：y6.6体积，反应的O2：x3.3体积。氮气在反应中不变，故体积比为82(113.3)827.7SO2的转化率为100%94.3%(3)根据原子守恒，得出关系式SO2SO3H2SO4放出热量98.5 kJ98 g98.5 kJ1106 g98%Q解得Q9.85105 kJ可向外界输出的能量：9.85105 kJ3.6105 kJ6.25105 kJ。8工业上主要采用氨氧化法生产硝酸，如图是氨氧化率与氨空气混合气中氧氨比的关系。其中直线表示反应的理论值，曲线表示生产实际情况。当氨氧化率达到100%，理论上_，实际生产要将值维持在1.72.2之间，原因是_。答案1.25增加氧气的浓度可加快化学反应速率，有利于NH3的转化，值为1.72.2时，氨氧化率接近100%解析依据氨氧化的方程式4NH35O24NO6H2O可计算出恰好完全反应时氧氨比为1.25。当接近完全反应时，O2和NH3的浓度都很小，反应速率很小，不利于氨的氧化。规律方法1常见的工业生产流程的主线和核心规律：主线主产品、分支副产品、回头为循环。核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、三废处理及能量的综合利用等。2解题思路明确整个流程及每一部分的目的仔细分析每步发生的反应及得到的产物结合基础理论与实际问题思考注意答题模式与要点。3化工生产中常涉及计算的几种方法(1)关系式法关系式法的涵义实验、化工生产中及化学工作者进行科学研究时，往往涉及多步反应，通过找出起始物质和最终物质的量的关系，并据此列出比例式进行计算。这种求解的方法，称为“关系式”法。建立关系式的常用方法a元素守恒法理论上，原料中的某种核心元素全部进入产品中，因此依据守恒原理可以得出相应的关系式，如：硫铁矿制硫酸：FeS2(2SO22SO3)2H2SO4硫黄制硫酸：S(SO2SO3)H2SO4氨氧化法制硝酸：NH3(NONO2)HNO3磁铁矿炼铁：Fe3O43Feb化学方程式加合法例如：CH2OCOH2()，COH2OCO2H2()，将()式和()式加合消去CO，得C2H2OCO22H2()；再与N23H22NH3()加合消去H2，得3C6H2O2N2=3CO24NH3，即C与NH3之间的理论关系式为3C4NH3。c电子守恒法如CNCNOCO2N2，将CN氧化为CO2和N2，失去5e，而Cl22Cl得2e，故关系式为2CN5Cl2。(2)物质纯度、转化率、产率的计算矿物的纯度100%原料利用率100%原料转化率原料利用率1原料损失率多步反应的总转化率各步反应转化率的乘积产率(%)100%考点二精细化工与农药、化肥、合成洗涤剂1精细化工产品(1)精细化学品的种类医药、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，以及塑料、合成纤维和橡胶用的添加剂等。(2)精细化学品的生产特点多品种、小批量、产值高；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化肥、农药在农业生产中的作用(1)常见化肥的种类、生产原理、特点和用途化学肥料实例生产原理特点和用途氮肥(含有氮元素的化肥)CO(NH2)2(尿素)NH4NO3NH4HCO3(NH4)2SO4NH3H2O等CO22NH3CO(NH2)2H2ONH3HNO3=NH4NO3NH3CO2H2ONH4HCO3氮是形成蛋白质、核酸、叶绿素的重要元素；氮肥是速效肥料，使庄稼生长茂盛，与磷肥、钾肥配合，能达到增产的目的磷肥(含有磷元素的化肥)重过磷酸钙(重钙)，主要成分为Ca(H2PO4)2；过磷酸钙(普钙)，主要成分为Ca(H2PO4)2H2O和CaSO4；钙镁磷肥，主要成分为Ca3(PO4)2和Mg3(PO4)2氟磷矿石与硫酸、磷酸反应，如2Ca5(PO4)3F7H2SO43Ca(H2PO4)27CaSO42HF磷肥能促进作物根系发达，增强抗寒、抗旱能力，能促进作物提早成熟，穗粒增多，子粒饱满钾肥(含有钾元素的化肥)KClK2SO4K2CO3(1)从固态钾盐矿、液态钾盐卤以及工农业含钾的副产品和废料中获取；(2)烧制草木灰获取易溶于水，易被吸收，能促进作物生长、增强抗病虫害和抗倒伏能力复合肥料(含有N、P、K中的2种或2种以上营养元素的化肥)KNO3(NH4)2HPO4NH4H2PO4(1)2NH3H3PO4=(NH4)2HPO4；NH3H3PO4=NH4H2PO4；(2)将单一肥料按一定比例配合能同时均匀地供给作物几种养分，充分发挥营养元素间的相互作用，有效成分高，还能根据实际需要专门加工配制微量元素肥料锰肥、硼肥、铜肥、锌肥、铁肥等选用废玻璃、粉煤灰、炼炉渣和矿石等为原料，将作物所需的微量元素固定在玻璃细粉颗粒中，由于玻璃微溶于水，微量元素就可以从玻璃中缓慢释放出来不易被雨水冲洗，肥效时间长，不污染环境，充分利用固体废弃物(2)农药农作物的保护神分类农药对土壤和环境造成的不良影响a对农产品造成污染，危及食品安全；b对环境造成严重污染，危及人类身体健康和生命安全；c破坏生物链，影响生态平衡。3肥皂与合成洗涤剂肥皂合成洗涤剂有效成分硬脂酸钠烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠原料油脂(较贵，但可再生)石油(便宜，但石油资源有限)生产原理(C17H35COO)3C3H53NaOH3C17H35COONaC3H5(OH)3去污原理分子中同时含有亲水基和亲油基，在浸泡、搓洗、漂洗等过程中肥皂(合成洗涤剂)、油污、水之间发生润湿、乳化和起泡三种主要作用而达到去污目的去污能力强更强与硬水作用生成高级脂肪酸钙、镁盐沉淀，使肥皂丧失去污能力生成的钙、镁盐能溶于水，不会丧失去污能力稳定性长期储存易变质不易变质对环境的影响在自然界能被微生物分解，不会积累污染水源有的很稳定，不能被微生物分解，积累而污染水源；有的含磷，造成水体富营养化，使水质变坏题组一化肥、农药在农业生产中的应用1农作物生长不仅需要阳光、空气和水，还需要多种化学元素。当植物缺乏N元素时，表现为植株生长缓慢、叶色发黄，严重时叶片脱落直至死亡。而农作物的生长仅靠土壤中的N元素不能满足生长的需要，必须靠施肥加以补充。(1)下列可作氮肥的化合物是_（填字母，下同），其中含N量最高的是_。A碳酸氢铵 B磷酸二氢钙C硫酸钾 D硝酸钾E尿素(2)尿素的合成有多种方法，请写出一个合成尿素的化学方程式_。(3)尿素在土壤中需经过水解后方可被农作物吸收，请写出尿素水解的化学方程式_。简述尿素作氮肥的优点_、_。(4)氮肥的制备，首先涉及氨的合成，请填写下列合成氨工艺流程图中的设备名称：A_、B_。答案(1)ADEE(2)CO22NH3CO(NH2)2H2O(其他合理答案也可)(3)CO(NH2)2H2O=CO22NH3产生农作物光合作用需要的CO2不会引起土壤酸化(或板结)(答案合理即可)(4)合成(氨)塔冷凝器(或冷却塔)题组二洗涤剂的生产和使用2下列有关合成洗涤剂的叙述错误的是()A在洗涤剂烷基苯磺酸钠中，烷基含碳原子的个数以1218为宜B在洗涤剂烷基苯磺酸钠中，烷基应以带有支链的为宜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答案B解析根据合成洗涤剂的洗涤原理可知烷基应以直链为宜，且其碳原子数不能太多，也不能太少，以1218为宜，为提高洗涤效果可添加酶制剂，为防止污染，用无磷助剂代替含磷助剂。3洗衣粉的主要成分之一是烷基苯磺酸钠，常用的是十二烷基苯磺酸钠，其合成路线如下：请回答下列问题：(1)分子中的亲水基是_，亲油基是_。(2)由十二烷基苯制取十二烷基苯磺酸的反应类型为_。(3)用油脂可以制肥皂，试写出从硬脂酸甘油酯生成硬脂酸钠和甘油的化学方程式：_，反应类型为_。(4)在洗涤剂中添加酶制剂能促进污垢中的蛋白质(如奶渍、肉汤)等水解为可溶性的物质而被除去。在使用加酶洗衣粉的水溶液中浸泡1030 min，水温在4050 最佳。加酶洗衣粉不宜在高温下、潮湿环境中贮存，也不宜久存。为什么？_。(5)过去使用的合成洗涤剂中常加入三聚磷酸钠(Na5P3O10)作助剂，它可使硬度大的洗涤水软化，对微细的无机粒子或油脂具有分散、乳化、胶溶作用，防止污渍再次沉积到衣物上；它还能维持水溶液的弱碱性，提高洗涤剂的去污能力和洗涤效果。但是，20世纪90年代以来，世界各国先后提出必须生产和使用无磷洗涤剂。请解释原因_。答案(1)SO (2)取代反应(4)酶发挥催化作用需要适宜的条件(温度、酸碱度等)，酶自身是蛋白质，在不适宜的条件下(如高温)容易变质而失去活性(答案合理即可)(5)三聚磷酸钠造成水体富营养化，破坏了水体原有的生态平衡，对人类的生存环境造成了很大的危害(答案合理即可)探究高考明确考向1(2013上海，6)与索尔维制碱法相比，侯德榜制碱法最突出的优点是 ()A原料利用率高 B设备少C循环利用的物质多 D原料易得答案A2(2012上海，13)下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是()A在接触室中使用铁粉作催化剂B在接触室中运用热交换技术可充分利用能源C把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率D该反应采用450 500 主要是因为该温度下催化剂活性好答案A解析硫酸工业中，接触室中使用的催化剂一般为V2