化工生产化学的魅力与化学家责任

1、化学的魅力与化学家的责任化学的魅力化学是一门中心的、实用的、创造性的学科化学是一门满足社会需要的中心科学 原美国科学顾问皮门答尔（G.C.Pimentel)计算机科学数学能源科学材料科学物理学生命科学化学 世博会是人类文明的盛会世博会是各国展示科学精神、科学理念、科技成就、科技实力与智慧成果的盛会。上海世博演艺中心世博会是各国展示科学精神、科学理念、科技成就、科技实力与智慧成果的盛会。上海世博演艺中心候氏联合制碱法 侯德榜先生 中国早期的永利制碱厂1926年费城万国博览会侯氏制碱法的两大革新在侯德榜生产纯碱的过程中，能清楚地看到大规模联合生产的优越性，利用一个厂的废料，作为另一个厂主要原料。这

2、样不仅在生产上便于管理，而且降低了产品纯碱和氮肥的成本。由于母液的循环使用，大大提高了食盐的利用率，应用同量的食盐，能比氨碱法生产出更多量的纯碱。几乎不产生废弃物，对环境十分友好 评价一种化工产品生产的工艺过程，关键是要看能否利用廉价、易得的自然资源和基础化工原料来最大限度地获取目标产物，并从反应体系中提取有用的副产品或让部分未转化的原材料循环使用，尽量做到物尽其用，联合制碱法为此提供了一个典型的范例。 化工生产的基本原则充分利用原料考虑物料平衡充分利用能量 保护环境遵循绿色化学的理念和原则化工生产的基本原则 绿色化学简介绿色化学又称:环境无害化学 (EnvironmentallyBenign

3、Chemistry)、环境友好化学 (EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清洁化学 (CleanChemistry) 绿色化学是新世纪人们追求健康，环保，生态平衡的趋势。其理想是使污染消除在生产的源头，使整个合成过程和生产过程对环境友好，从根本上消除污染。 绿色化学的主要内容无毒无害原料可再生资源环境友好产品 回归自然废物回收利用无毒无害催化剂 无毒无害溶剂原子经济反应 具有“原子经济性”，即反应具有高选择性，极少副产品，甚至实现零排放； Barry Trost：原子经济性(Atom Economy)概念 A B C D A B C 绿色有机合成应该是原子经济性

4、的，即原料的原子100%转化成产物，不产生废弃物。 产物废物或副产物废物为零典型的化工生产模式一个典型的化工生产过程大致由三个部分组成，原料的预处理、化学反应、产物的分离和精制，很显然，化学反应过程是化工生产过程的核心原料产品废料预处理化学反应循环分离与提纯 化工生产的一般解题思路从题中你获得了那些信息？了解题中所求并解题需要的化学原理的知识需要化学实验的知识需要的化工生产工艺的知识仔细复核和检查你的答案是否准确合理？应对生产流程问题，还是坚持用实验原理、装置原料和操作原理三结合的原则，细心解读，有针对性地作答。特别注意：原料及中间物、产物的流向思考装置及操作的作用物质间的分离、提纯方法、鉴别

5、产物、离子的方法用绿色化学的理念进行评价本题考查的主要核心化学知识（运用化学反应速率、化学平衡原理对适宜生产条件进行解释，反应热的简单计算等）生产技术知识是怎样的生产工艺技术意识是认识化学原理对生产技术的指导作用。（如绿色化学的层面) 请回顾和分析一下学过的化工生产中体现化工生产基本原理的环节和作用交流与讨论原因是化学，德国人早就对合成硝酸进行了研究。1908年，德国化学家哈伯首先在实验室合成了氨气，产率虽然只有2%，但也是一项重大的突破，后来由化工专家博师提高了产率，完成了工业化设计，建立了年产1000吨氨的生产装置，用氨氧化法可生产3000吨硝酸，利用这些硝酸可制造3500吨烈性炸药梯恩梯

6、，这项工作在1913年便完成了，这就揭开了第一次世界大战中的一个谜。 硝酸与第一次世界大战之谜硝酸的用途 硝酸是一种重要的化工原料，常用来制备氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸的工业制法有三种第一种是早在17世纪就使用的硝石法。它是利用钠硝石跟浓硫酸共热而得硝酸。 NaNO3+ H2SO4（浓） NaHSO4+HNO3第二种是电弧法。它是利用电弧使空气中的氮气和氧气直接化合而成NO。 N2（g）+ O2（g） 2NO（g）即使在3 000，平衡混合物中也仅含有5的一氧化氮。第三种方法是氨气催化氧化法联想、质疑: 如何获得一氧化氮研究发现、氨气与氧气反应可以生成多种不同的产物，4NH3 +

7、5O2 4NO + 6H2O 4NH3 + 4O2 2N2 O + 6H2O 4NH3 + 3O2 N2 + 6H2O 这三个反应的反应速率都很高。如果不控制反应条件，一氧化氮的产率会很低，那么怎样才能解决这个问题呢？为解决氨氧化（ammonia oxidation）遇到的难题，化学家们把目光集中到催化剂上，催化剂能够改变化学反应速率并具有选择性，如果能找到一种催化剂，它能加快主反应的反应速率，而对其他副反应不起催化作用，这样就可以只获得所需要的一氧化氮了。（体现催化剂选择性高的特点）鉑系催化剂通过大量催化剂筛选实验，人们终于找到了可供工业使用的选择性良好的催化剂，氨氧化用的鉑系催化剂是含铑和

8、钯的铂合金。工业上把铂合金拉成细丝织成网状，以利于增大接触面积，使反应气体快速、充分地与催化剂接触，因此又把它称为铂网。二：选择吸收二氧化氮的条件交流、研讨二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮的反应，实际上是一个可以反应，其正反应是放热，气体总体积缩小的反应。在学习合成氨时，已经讨论过合成氨条件的选择，请采用类似的方法分析吸收二氧化氮的适宜条件。从反应可知，在生成硝酸的同时又有一部分一氧化氮生成，在生产中应该如何充分利用一氧化氮？由于因此降低温度、增大压强、有利于化学平衡向生成硝酸的方向移动。在二氧化氮吸收的设备中不断补充空气，将生成的一氧化氮再次进行氧化、吸收三：如何制造浓硝酸？稀硝酸浓缩脱水

9、制浓硝酸以硝酸镁或浓硫酸作脱水剂。将浓硝酸镁溶液与稀硝酸按一定比例混合进行蒸馏，由于硝酸镁具有脱水作用，因此可以蒸出浓度较高的硝酸蒸汽将硝酸蒸气再进行精馏，即可得到含量在98%以上的硝酸蒸汽，冷凝后成浓硝酸。 探索尾气净化的途径交流、研讨硝酸厂的尾气含有一氧化氮和二氧化氮等污染物，排放到大气中会形成一股浓浓的黄烟，人们称之黄龙尾气及吸收 尾气含 NO 、NO2 、N2等。用碱液吸收：2NaOH + NO+ NO2 2 NaNO2 +H2O 2NO2 + 2NaOH NaNO2 + NaNO3 + H2O 硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学反应为：2NO2 + Na2CO3 NaN

10、O3 + NaNO2 + CO2 NO + NO2 + Na2CO3 2NaNO2 + CO2 NH3空气催化冷却氨的催化氧化工艺流程96%HNO3NONO和50% HNO3NO2排放NaOH溶液补空气水循环浓硫酸或 硝酸镁蒸馏氧化炉吸收塔归纳总结2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO吸收塔硝酸的生成4NH3+5O2 4NO+6H2O氧化炉氨的氧化三方程两设备两阶段计算式：NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O总结：工业制法(氨的催化氧化)原料：设备：氧化炉、吸收塔2NO+O2=2NO2原理：3NO2+H2O=2HNO3+NO(循环使用）（吸收塔）尾气处理：有害气体为N

11、O、NO2，用 吸收。反应化学方程式：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O计算关系: NH3HNO3 NH3、空气、水Pt4NH3+5O2 4NO+6H2O (氧化炉)NaOH溶液某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO4，与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH4)2SO4的工艺流程：请回答以下问题：（1）合成氨反应的化学方程式是 ，该反应在 （填设备名）中发生。沉淀池中发生的主要反应方程式 ，该反应能够发生的原因是 。（2）在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是 ，可以循环使用的X是 。（3）该生产过程中的副产品是 。从绿色化学和资源综合利用的角度说明上述流程的主要优点是 ；从物质的性质和工业生产实际的角度考虑该流程的主要缺陷是 。 绿色化学永恒的主题设计、生产和使用环境友好产品环境友好在加工和应用过程中及功能消失之后均不会对人类健康和生态环境产生危害 爱因斯坦的告