高中化学 化学工业流程专题-课件-第1课时 学习资料

化学工业流程专题（一）主讲人：吴淑花

学学 科：化学（人教版） 年校：北京市第八十中学级：高二下学期高中化学学习目标通过工业合成氨和工业制硫酸两个具体事例，认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在工农业生产和科学研究中的重要作用；认识在工业上使用催化剂调控化学反应速率时，需要注意的具体问题；通过对化工流程的分析与评价，发展

“绿色化学”的理念和辩证思维的能力。高中化学原料产品工业流程经典样

题（2016北京高考）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：高中化学原料产品工业流程经典样

题（2018北京高考）磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：高中化学工业流程经典样

题（

西城期末）KMnO4在实验室和工业上均有重要应用，其工业制备的部分工艺如下：Ⅰ．将软锰矿（主要成分MnO2）粉碎后，与KOH固体混合，通入空气充分焙烧，生成暗绿色熔融态物质。Ⅱ．冷却，将固体研细，用稀KOH溶液浸取，过滤，得暗绿色溶液。Ⅲ．向暗绿色溶液中通入CO2，溶液变为紫红色，同时生成黑色固体。Ⅳ．过滤，将紫红色溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥，得KMnO4固体。高中化学化学工业流程题常以元素化合物知识作为依托，以物质的组成、性质和变化、反应原理、生产条件调控、实验操作与设计、相关计算为考查点，测试化学学科能力，特别注重化学思想方法的考查，突出化学的真实性和实用性。试题呈现方式：文字表述和流程图高中化学原料产品核心反应核心问题：分离提纯原料选取核心反应分离提纯绿色经济流程设计条件的选择和控制（2017北京高考）高中化学一、化学工业中的条件选择德.化学家.哈伯案例一：工业合成氨1902年开始研究氨的合成，1909年成功实现“循环法合成氨”的工业化；氨的合成不仅使全世界数十亿人不再挨饿，同时也带动了其它工业的快速发展，由此获得1918年的诺贝尔化学奖。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)高温高压催化剂?高中化学提高反应速率提高反应转化率压强高压高压温度高温低温催化剂使用无影响浓度高浓度适当控制反应物的进料比案例一：工业合成氨1.

工业合成氨的条件选择N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化学1.

工业合成氨的条件选择浓度：原料气中N2和H2的比例为1:2.820MPa~50

MPa500

℃铁触媒案例一：工业合成氨N2(g)+

3H2(g)压强：温度：催化剂：2NH3(g)ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化学（1）选择合适的催化剂：可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，提高经济效益。铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂)①防止催化剂中毒粉尘，P、S、As的化合物可以使铁触媒永久性中毒。②关注催化剂的活性500

℃高中化学温度选择：500

℃该温度催化剂活性最大，即反应速率最理想。（2）选择合适的温度：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化学压强选择：20

MPa~50

MPa既要考虑化学反应速率和原料转化率，还要考虑动力、材料、设备等。（3）

选择合适的压强：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化学（4）

选择合适的浓度比：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)原料比例：原料气中N2和H2的浓度比1

:

2.8适当提高氢气的转化率ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化学平衡含量 压强/NH3

/% MPa温度/℃0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4思考：有什么办法能提高原料的利用率？通过液化的方法，将氨及时从反应体系中分离。氮气氢气氨气沸点/℃-195.8-252.77-33.5高中化学2.

合成氨的设备——合成塔合成塔的特点：①有耐高压的厚壁；②安放催化剂的厚层；③有热交换器。高中化学案例一：工业合成氨3.

工业合成氨的原料来源N2的来源：H2的来源：分离液态空气或将空气中的氧气与C作用C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)高中化学4.

工业合成氨的基本流程原料气制备

→ 净化

→ 压缩

→ 合成

→ 分离案例一：工业合成氨防止催化剂中毒降温将氨气液化分离N2和H2循环利用高中化学选择合适的催化剂：大大加快化学反应速率，提高经济效益。选择合适的温度：使得催化剂的活性最大，速率适宜。选择合适的压强：综合考虑化学反应速率、化学平衡、动力、材料、设备等。选择合适的配料比：提高某种物质的转化率。高中化学4FeS2(s)+11O2(g)SO3(g)+H2O

(l)接触法工业制硫酸的核心反应2SO2(g)+O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2

(g) ΔH＝－853

kJ/mol2SO3

(g) ΔH＝－98.3kJ/molH2SO4(l) ΔH＝－130.3

kJ/mol高中化学提高反应速率提高反应转化率压强高压高压温度高温低温催化剂使用无影响浓度高浓度适当控制反应物的进料比问题讨论依据以下反应特点，工业上选择什么条件完成该反应？2SO2(g)+O2(g) 2SO3

(g) ΔH＝－98.3

kJ/mol高中化学压强：温度：浓度：常压450

℃左右O2的含量比SO2多催化剂： 钒触媒（五氧化二钒）催化剂的活性实际工业反应条件选择2SO2(g)+O2(g) 2SO3

(g) ΔH＝－98.3

kJ/mol高中化学（1）依据化学反应速率和化学平衡原理，增大压强对SO2催化氧化成SO3的反应十分有利，但实际工业生产上确采用常压进行反应，其原因可能是什么？SO2平衡转化率0.1MPa0.5MPa1MPa10MPa400

℃99.299.699.799.9500

℃93.596.997.899.3600

℃73.785.889.596.4在常压和450℃的反应条件下，SO2催化氧化生成SO3的转化率已经很高，若再增大压强，会增加设备的耐压能力要求和压缩气体时动力的要求，不经济。实际工业反应条件选择问题探讨：高中化学SO2O2N27%11%82%为什么要控制氧气的含量比SO2大？提高SO2的转化率实际工业反应条件选择问题探讨：（2）进入接触室的气体成分及含量（体积分数）通常为：高中化学工业合成氨新技

术2018年5月，美国佛罗里达研究机构，开发出一种新的电化学技术，用金属钯化合物的纳米粒子作为催化剂，在常温常压下，实现了用氮气和水生产氨，相关论文发表在英国《自然·通讯》杂志上。2019年4月，东京大学研究团队研发出一种钼催化剂，利用这种催化剂再加上还原剂碘化钐，可在常温常压下利用氮和水高效合成氨