【志鸿优化设计】2014届高考化学一轮复习 化学与技术第1节化学与工农业生产教学案 新人教版选修2

1 选修二选修二 化学与技术化学与技术 第第 1 1 节节 化学与工农业生产化学与工农业生产 考考纲纲点点击击 1 了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类 2 了解合成氨的主要原理 原料 重要设备 流程和意义 3 了解精细化工的生产特点及在社会中的作用 4 了解化学肥料 农药在农业生产中的作用 一 硫酸工业 1 合成硫酸的三种原料 三种原料为 2 三个反应 1 造气 或 2 接触氧化 3 三氧化硫的吸收 3 黄铁矿制硫酸的三个主要设备 三个主要设备为 特别提示 吸收塔内用 98 3 的浓硫酸吸收 SO3 是因为用水吸收会产生酸雾 腐蚀 设备和降低吸收率 为了降低成本 通入沸腾炉和接触室的不是氧气 而是空气 4 接触室中三个反应条件 1 温度 根据平衡移动原理 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 的温度 2 常压 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 且加压会提高成本和能量消耗 而常压下的转化率已很高 实际生产采用常压操作 3 适当 的空气 目的是提高 SO2的转化率 5 三废 处理和能量综合利用 1 三废 处理方法 尾气吸收 CaSO3 H2SO4 CaSO4 SO2 H2O 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 废渣利用 制砖或制造水泥 提炼贵重金属 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 即时训练即时训练 1 1 下列说法中正确的是 2SO2 O22SO3在接触室中进行 增大压强平衡右移 SO2的转化率增大 所以 接触室应该高压 吸收塔中用水吸收 SO3 2 生产中通入沸腾炉及接触室中的氧气是纯氧 生产中通入沸腾炉及接触室中的空气均过量 整个工艺流程中在沸腾炉中产生 SO2 通入接触室的气体必须净化除杂 热交换器可对生成气体冷却 对原料气体加热 二 合成氨工业 1 反应原理 N2 3H22NH3 H 0 2 基本生产过程 1 造气 N2来源于空气 a 将空气 后蒸发分离出 O2而获得 N2 b 将空气通过灼热的碳生成 CO2 再除去 CO2后得 N2 H2来源于水和燃料 焦炭 煤 石油 天然气等 的反应 反应式为 2 净化 原料气中的主要杂质 H2S CO CO2 O2等 主要危害 会导致催化剂中毒 净化方法 a H2S 用 吸收 方程式 b CO 首先被氧化生成 CO2 再被 吸收 方程式为 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 流程 原料气的制取 净化 压缩 液氨 3 合成氨条件的选择 温度 压强 催化剂 以 为主的催化剂 即时训练即时训练 2 2 下列关于工业合成氨的说法中正确的是 从空气中分离出氮气可以用物理方法 也可以用化学方法 合成氨工业上选用 400 500 主要是因为此温度下催化剂的活性最大 N2 3H22NH3 H 0 温度越低氨气的产率越高 所以工业生产中应该低温 来提高氨气的产率 合成氨中 压强越高氨气的百分含量越高 所以工业生产中压强应无限制提高 原料气在通入合成塔之前一定要净化除杂 从合成塔出来的气体分离出氨气后 余下的气体排入大气 由 NH3转变成 NH4HCO3属人工固氮的化学反应 特别提示 在合成氨工业生产中要结合化学平衡移动原理 化学反应速率 综合考虑 实际生产中原料的来源 动力 材料 设备等因素 选择适宜的温度 压强 催化剂 及 时分离出氨气 取得最佳经济效益 例如 依据反应原理温度越低 氨气的百分含量越高 但从反应速率来考虑速率太慢 所以综合考虑选择的温度为 400 500 三 纯碱工业 氨碱法 索尔维 联合制碱法 侯德榜 原理NaCl NH3 CO2 H2O NaHCO3 NH4Cl 3 2NaHCO3Na2CO3 CO2 H2O 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 即时训练即时训练 3 3 下列说法中正确的是 饱和 NH4HCO3溶液与饱和 NaCl 溶液混合 可能会有白色沉淀生成 氨碱法生产纯碱所发生的反应均是复分解反应 联合制碱法与氨碱法生产纯碱所用的化学反应原理不同 氨碱法生产纯碱过程中氨气没有循环利用 而我国化学家侯德榜发明的联合制碱法 的过程中使氨气充分循环利用 联合制碱法与氨碱法生产纯碱的不同点 原料来源不同 副产物不同 在生产纯碱的过程中 向饱和食盐水中先通入二氧化碳 再通入氨气 特别提示 联合制碱法与氨碱法生产纯碱所用的化学反应原理相同 均是利用 NaHCO3 的溶解度比 NH4Cl NaCl Na2CO3 NH4HCO3的小 四 农药 化肥和表面活性剂 1 化肥为农作物补充必要的营养元素 1 农业生产中 大量施用的化肥主要是 和 磷肥包括 主要成分是 简称 还有 主要成分是 钾肥主要包括 等 氮肥包 括 等 2 尿素的工业生产原理用化学方程式表示为 硝酸铵工业生产方法为 3 复合肥料 氮 磷 钾三种养分中 至少有两种养分 常见的复合肥料有 NH4H2PO4 NH4 2HPO4 KNO3 KH2PO4 2 农作物的保护神 农药 1 分类 按成分分 a 第一代农药 和 属于人类最早使用的农药 b 第二代农药 等有机合成的农药 c 第三代农药 和 等人类开发和利用的农药 它具有 的特点 故被称为 环境友好农药 按用途分 a 杀虫剂 如有机氯类 有机磷类 拟除虫菊酯类等 b 杀菌剂 如波尔多液等 c 除草剂 如 2 4 D 等 d 植物生长调节剂 如 等 2 危害 对农产品造成污染 危及食品安全 破坏生物链 影响生态平衡 对环境造成严重污染 危及人类健康和生命安全 4 3 肥皂 4 合成洗涤剂 洗涤剂的主要成分是表面活性剂 如十二烷基苯磺酸钠 能够 去除油污 里面还含有杀菌剂 织物柔软剂 助剂等辅助成分 即时训练即时训练 4 4 下列说法中正确的是 氮肥 磷肥 钾肥都是从地壳中贮量丰富的无机盐中获得的 目前 农业上使用的氮肥大多数是从合成氨开始的 波尔多液属于第二代农药 DDT 属于第二代农药 属于杀虫剂 肥皂的生产原理属于酯的水解 特别提示 1 肥皂不适合在硬水中使用 合成洗涤剂不受这个限制 合成洗涤剂价格 便宜且去污能力较强 适合洗衣机使用 合成洗涤剂难以分解 含有磷 大量使用会造成 水体污染 使水体富营养化 2 制造合成洗涤剂的原料是石油裂解的产物 烷烃 苯等 制造肥皂的原料主要是油 脂 一 硫酸工业的生产原理和工艺流程 例 1 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 5 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 方法归纳方法归纳 在评价实际生产中的工艺流程时 一定要联系化学反应原理 结合原料 材料 从转 化率 反应速率 价格 环保等方面进行评价 二 合成氨的工艺流程评价 这类题常用流程图的形式表示 流程图中设计的是各种物质之间的转化 循环物质的 应用等 读图时要注意 箭头的方向 反应条件或分离提纯的方法 生成物的状态 解题 时要注意应用化学反应原理 化学平衡理论 水解理论 物质制备和分离的知识 晶体知 识 绿色化学的观点 经济的视角分析实际生产中的各种问题 例 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 天然气脱硫时的化学方程式是 2 n mol CH4经一次转化后产生 0 9n mol CO 产生 mol H2 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 D 质量守恒原理 4 由 KHCO3分解得到的 CO2可以用于 写出 CO2的一种重要用途 5 整个流程有三个循环 一是 Fe OH 3循环 二是 K2CO3 aq 循环 请在上述流程图 6 中标出第三处循环 循环方向 循环物质 三 氨碱法和联合制碱法的比较 1 索尔维制碱法的工艺流程 2 联合制碱法的工艺流程 例 3 我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺 生产流程可简要表示如下 1 上述生产纯碱的方法称 副产品的一种用途为 2 沉淀池中发生的化学反应方程式是 3 写出上述流程中 X 物质的化学式 4 使原料氯化钠的利用率从 70 提高到 90 以上 主要是设计了 填上述流程 中的编号 从沉淀池中取出沉淀的操作是 5 为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠 可取少量试样溶于水后 再滴加 6 向母液中通 氨气 加入细小食盐颗粒 冷却析出副产品 通氨气的作用有 a 增大 NH的浓度 使 NH4Cl 更多地析出 4 b 使 NaHCO3更多地析出 c 使 NaHCO3转化为 Na2CO3 提高析出的 NH4Cl 纯度 1 2012 海南化学 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 7 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K 0 627 若要使 CO 的转化超过 90 则起始物中 c H2O c CO 不低于 2 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 C12H25SO3Na 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 将衣物在使用加酶洗衣粉的水溶液中浸泡 10 30 min 水温在 40 50 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 3 2012 山东实验中学模拟 硫酸是基础化学工业中重要产品之一 回答下列有关硫 酸生产的几个问题 1 工业生产硫酸的原料为 2 催化氧化阶段选择的反应原理是 该反应为 反应 填 放热 或 吸热 反应温度为 400 500 选择此温度范围的理由是 3 三氧化硫的吸收阶段选择吸收试剂为浓硫酸 为什么不用水 4 2012 湖北武汉调研 化学肥料在农业生产中有重要作用 农业生产中 大量施用 的化肥主要是氮肥 磷肥 钾肥 1 普钙是磷肥 它的有效成分是 写化学式 2 尿素是一种含氮量较高的氮肥 工业生产尿素是将氨气与二氧化碳在加压 加热的 条件下反应生成氨基甲酸铵 H2NCOONH4 再使氨基甲酸铵脱水得到尿素 反应的化学方程 式为 3 农谚说的 粪和灰 肥料飞 指的是粪尿与草木灰搅和在一起会降低肥效 请你说 8 明其中的化学原理 4 某化肥厂用 NH3制备 NH4NO3 已知由 NH3制 NO 的产率是 96 NO 制 HNO3的产率是 92 则制 HNO3所用去 NH3的质量占耗用全部 NH3质量的 5 合成氨气是生产氮肥的重要环节 合成氨生产简易流程示意图如下 从示意图可知其存在循环操作 简要说明为什么在化工生产中经常采用循环操作 9 参考答案参考答案 基础梳理整合基础梳理整合 一 1 硫黄 或黄铁矿 空气 水 2 1 S s O2 g SO2 g H 297 kJ mol 1 4FeS2 s 11O2 g 2Fe2O3 s 8SO2 g H 3 412 kJ mol 1 2 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 6 kJ mol 1 3 SO3 g H2O l H2SO4 l H 130 0 kJ mol 1 3 沸腾炉 接触室 吸收塔 4 1 400 500 3 过量 5 1 SO2 Ca OH 2 CaSO3 H2O 即时训练 1 二 2 1 加压 降温液化 C H2O g CO H2 CO H2O g CO2 H2 2 氨水 NH3 H2O H2S NH4HS H2O K2CO3溶液 CO H2OCO2 H2 K2CO3 CO2 H2O 2KHCO3 3 合成塔 冷凝器 合成塔 3 400 500 10 MPa 30 MPa 铁 即时训练 2 即时训练 3 四 1 1 氮肥 磷肥 钾肥 过磷酸钙 Ca H2PO4 2 H2O 和 CaSO4 普钙 钙镁磷肥 Ca3 PO4 2和 Mg3 PO4 2 草木灰 KCl K2SO4 KNO3 尿素 CO NH2 2 NH4NO3 NH4HCO3 2 2NH3 CO2H2NCOONH4 加压 加热 H2NCOONH4H2NCONH2 H2O 加热 4NH3 5O24NO 6H2O 2NO O2 2NO2 PtRh 高温 3NO2 H2O 2HNO3 NO NH3 HNO3 NH4NO3 2 1 天然产物 无机物 有机氯类 有机磷类 氨基甲酸酯类 拟除虫菊酯类 特 异性农药 高效 低毒 低残留 乙烯 乙烯利 即时训练 4 核心归纳突破核心归纳突破 例 1 答案 答案 1 4FeS2 11O22Fe2O3 8SO2 2 除尘 水洗 高温 矿尘 砷 硒等化合物使催化剂中毒 水蒸气对设备和生产有不良影响 3 不选 B 点 因为压强越大设备的投资越大 消耗的动能越大 SO2原料的转化率在0 1 MPa 时的转化率 已比较理想 再提高压强 SO2的转化率提高的余地很小 所以采用 0 1 MPa 不选择 C 点 因为温度越低 SO2转化率虽然更高 但催化剂的催化作用受影响 450 左右时 催化剂 的催化效率最高 故选择 A 点 不选 C 点 4 利用反应放出的热量预热原料气体 上层反应气经热交换器温度降到 400 500 进入下层使反应更加完全 例 2 答案 答案 1 3H2S 2Fe OH 3 Fe2S3 6H2O 2 2 7n 3 B 10 4 生产纯碱 或作制冷剂等其他合理答案 5 例 3 答案 答案 1 联合制碱法或侯氏制碱法 制化肥或焊药等 其他合理答案均可 2 NH3 CO2 H2O NaCl NH4Cl NaHCO3 或 NH3 C