《化學與技術(shù)》專題2從自然資源到化學品

1、 1了解合成氨的主要原理、重要設備及生產(chǎn)流程。了解催化劑的研制對促進化學工了解合成氨的主要原理、重要設備及生產(chǎn)流程。了解催化劑的研制對促進化學工業(yè)發(fā)展的重大意義。業(yè)發(fā)展的重大意義。2了解電解食鹽水的基本原理。了解氯堿工業(yè)產(chǎn)品的主要用途。了解食鹽水電解工了解電解食鹽水的基本原理。了解氯堿工業(yè)產(chǎn)品的主要用途。了解食鹽水電解工藝和主要設備藝和主要設備石棉隔膜電解槽。石棉隔膜電解槽。3了解接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝、各階段反應的主要設備。了解硫酸工業(yè)中了解接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝、各階段反應的主要設備。了解硫酸工業(yè)中“三廢三廢”（廢氣、污水、廢渣）的治理和綜合利用。（廢氣、污水、廢渣）的治理和綜合利用。4了

2、解從海水中提取鎂的過程和原理。了解從鋁土礦中提取鋁的過程和原理及鋁制了解從海水中提取鎂的過程和原理。了解從鋁土礦中提取鋁的過程和原理及鋁制品在生活中的廣泛應用。品在生活中的廣泛應用。考點考點1:合成氨工業(yè)合成氨工業(yè)N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)；H = -92.4kJmol-1【問題問題1 1】設計兩種方法從空氣中獲得設計兩種方法從空氣中獲得氮氣氮氣？(1)(1)物理方法：物理方法：液化空氣，再利用液化空氣，再利用N2的沸點比的沸點比O2低，蒸餾出低，蒸餾出N2-氮氣的沸點低先汽化。氮氣的沸點低先汽化。(2)(2)化學方法：化學方法：將空氣依次通過將空氣依次通過NaOH溶液、濃硫

3、酸、灼熱的銅溶液、濃硫酸、灼熱的銅網(wǎng)，除去網(wǎng)，除去CO2、水和水和O2，得到較純凈的得到較純凈的N2?！締栴}問題2】寫出工業(yè)上制取水煤氣的化學方程式。現(xiàn)代工業(yè)常用寫出工業(yè)上制取水煤氣的化學方程式?，F(xiàn)代工業(yè)常用石油工業(yè)中的碳氫化合物與水在催化劑作用下制取氫氣和石油工業(yè)中的碳氫化合物與水在催化劑作用下制取氫氣和CO，試寫出丙烷與水反應的化學反應方程式。試寫出丙烷與水反應的化學反應方程式。C + H2O CO + H2 CO + H2O CO2 + H2高溫高溫催化劑催化劑C3H8 + 3H2O = 3CO + 7H2催催CH4 + H2O = CO + 3H2催催（1）原料氣的制備）原料氣的制備合

4、成氨的適宜條件合成氨的適宜條件采取循環(huán)操作：采取循環(huán)操作：不斷補充氮氣和氫氣并及不斷補充氮氣和氫氣并及時液化分離出氨，并將余下時液化分離出氨，并將余下N N2 2、H H2 2送回合送回合成塔，以提高原料的利用率。成塔，以提高原料的利用率。使用催化劑：使用催化劑：鐵觸媒鐵觸媒選擇合適的溫度：選擇合適的溫度：450左右左右選擇合適的壓強：選擇合適的壓強：20 MPa50 MPa（2）合成氨工藝條件）合成氨工藝條件（3）合成氨流程）合成氨流程考慮：考慮：為什么氮、氫混合氣體送入合成塔前要進行壓縮？為什么氮、氫混合氣體送入合成塔前要進行壓縮？達到一定壓強既有利于加快反應速率又能保證其轉(zhuǎn)化程度達到一定

5、壓強既有利于加快反應速率又能保證其轉(zhuǎn)化程度考慮：考慮：冷凝的作用是什么？合成氨工業(yè)有無尾氣？冷凝的作用是什么？合成氨工業(yè)有無尾氣？【問題問題2 2】對照氨合成塔說明原對照氨合成塔說明原料氣在合成塔中的流向，并說明料氣在合成塔中的流向，并說明熱交換器的作用。熱交換器的作用。原料氣從塔底流經(jīng)外筒環(huán)隙進入。原料氣從塔底流經(jīng)外筒環(huán)隙進入。把反應時生成的熱，傳遞給需要把反應時生成的熱，傳遞給需要預熱的氣體，并冷卻反應后生成預熱的氣體，并冷卻反應后生成的氣體，充分利用反應放出的熱的氣體，充分利用反應放出的熱量，節(jié)約能源。量，節(jié)約能源。 【問題問題1 1】工業(yè)上從上而下將催工業(yè)上從上而下將催化劑分成四層，在

6、層與層之間冷化劑分成四層，在層與層之間冷激氣（冷的原料氣）和反應氣混激氣（冷的原料氣）和反應氣混合。這樣設計的原因是什么？合。這樣設計的原因是什么？冷激氣與每一層的反應混合氣冷激氣與每一層的反應混合氣及時進行熱交換，既預熱原料及時進行熱交換，既預熱原料氣，又保證反應混合氣的溫度氣，又保證反應混合氣的溫度控制在控制在5000C左右，使每一層左右，使每一層的催化劑都能起到最大的催化的催化劑都能起到最大的催化作用作用 合成氨的生產(chǎn)工藝合成氨的生產(chǎn)工藝空氣空氣壓縮壓縮降溫降溫液態(tài)空氣液態(tài)空氣蒸發(fā)蒸發(fā)N N2 2（先逸出）先逸出）炭炭COCO2 2N N2 2除去除去COCO2 2N N2 2H H2

7、2O(g)O(g)赤熱炭赤熱炭或其他燃料或其他燃料COCOH H2 2H H2 2O(g)O(g)催化劑催化劑COCO2 2H H2 2除去除去COCO2 2H H2 2原料：原料：空氣、水、燃料空氣、水、燃料C CH H2 2O(g) O(g) CO COH H2 2高溫高溫COCOH H2 2O(g) O(g) COCO2 2H H2 2催化劑催化劑原料氣的制備原料氣的制備凈化凈化壓縮壓縮( (防止催化劑中毒防止催化劑中毒) )合成合成分離分離液氨液氨N N2 2、H H2 2防止催化劑中毒防止催化劑中毒加壓、降溫加壓、降溫減壓、升溫減壓、升溫【例例1】合成氨工業(yè)中，原料氣合成氨工業(yè)中，原

8、料氣(N2、H2、及少量及少量CO、Ar、NH3的混合氣體的混合氣體)，在進入合成塔之前，常用醋酸，在進入合成塔之前，常用醋酸二氨合銅二氨合銅()溶液來吸收原料氣中的溶液來吸收原料氣中的CO，其反應是：其反應是：Cu(NH3)2Ac+CO+NH3 Cu(NH3)3Ac CO+Q, 請回答下列問題：請回答下列問題： (1)必須除去原料氣中的必須除去原料氣中的CO的原因的原因是是 ；(2)醋酸二氨合銅醋酸二氨合銅()溶液吸收溶液吸收CO的生產(chǎn)適宜條件的生產(chǎn)適宜條件是是 ； (3)吸收吸收CO后的醋酸銅氨溶液經(jīng)過適當處理又可以再生，后的醋酸銅氨溶液經(jīng)過適當處理又可以再生，恢復恢復 其吸收其吸收CO的

9、能力，以供循環(huán)使用，醋酸銅氨溶的能力，以供循環(huán)使用，醋酸銅氨溶液再生的生產(chǎn)適宜條件是液再生的生產(chǎn)適宜條件是 ； 【例例2】合成氨工業(yè)的主要反應為：合成氨工業(yè)的主要反應為：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) HO，下圖是合成氨的簡要流程示意圖：下圖是合成氨的簡要流程示意圖： （1）寫出設備）寫出設備A、B的名稱：的名稱：A ，B ；沿；沿X路線進路線進入壓縮機的物質(zhì)是入壓縮機的物質(zhì)是 。（2）原料氣往往混有）原料氣往往混有CO、NH3等雜質(zhì)，在進入合成塔之前需凈化，凈化等雜質(zhì)，在進入合成塔之前需凈化，凈化的原因是的原因是 。（3）氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機壓縮的原因是）氮、

10、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機壓縮的原因是 ；在合成塔中及時分離出氨氣的目的是在合成塔中及時分離出氨氣的目的是 。（4）工業(yè)合成氨的反應為：）工業(yè)合成氨的反應為：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) HO，當壓強當壓強為為30MPa，溫度為溫度為500時，在容積為時，在容積為1L的密閉容器中充入的密閉容器中充入1molN2和和3molH2，反應達到平衡時反應達到平衡時NH3的體積分數(shù)為的體積分數(shù)為20%，求此時的平衡常數(shù)，求此時的平衡常數(shù) 。熱交換器熱交換器合成塔合成塔N2和和H2防止催化劑中毒防止催化劑中毒 增大壓強，加快反應速率，使平衡朝生成增大壓強，加快反應速率，使平衡朝生成

11、NH3的方向進行的方向進行減小生成物的濃度，使平減小生成物的濃度，使平衡朝生成衡朝生成NH3的方向進行的方向進行0.083 【例例3】某化肥廠以氨和空氣（其中氧氣的體積分數(shù)為某化肥廠以氨和空氣（其中氧氣的體積分數(shù)為0.2）為原料生產(chǎn)硝酸銨過程如下：為原料生產(chǎn)硝酸銨過程如下：（1）步驟中發(fā)生了兩個反應，將這兩個化學方程式合并為）步驟中發(fā)生了兩個反應，將這兩個化學方程式合并為一個化學方程式，可表示為一個化學方程式，可表示為 。（2）a mol NH3完全轉(zhuǎn)化為完全轉(zhuǎn)化為HNO3至少需要氧氣至少需要氧氣 mol。（3）若不考慮副反應且各步反應均完全，為使生產(chǎn)過程中不若不考慮副反應且各步反應均完全，為

12、使生產(chǎn)過程中不再補充空氣，則原料氣中氨（包括第步被硝酸吸收的氨）的再補充空氣，則原料氣中氨（包括第步被硝酸吸收的氨）的體積分數(shù)最大值為體積分數(shù)最大值為 。4NO+3O2+2H2O = 4HNO32a1/6 （或（或16.7%）考點考點2：氯堿工業(yè)：氯堿工業(yè)通過電解飽和食鹽水來生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣，并以通過電解飽和食鹽水來生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè)。它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè)?！締栴}問題】以石墨做電極電解飽和食鹽水。以石墨做電極電解飽和食鹽水。 1.寫出兩極反應式？總反應方程式？寫出兩極反應式？總反應方程式？H2和和Cl2混合可能爆炸，混合可能爆炸，不安

13、全不安全。Cl2會和會和NaOH反應，會使得到的反應，會使得到的NaOH不純不純。2.陽極產(chǎn)生的氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氣、陽極產(chǎn)生的氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氣、NaOH溶液溶液之間能否發(fā)生化學反應之間能否發(fā)生化學反應?若能發(fā)生，會產(chǎn)生什么危若能發(fā)生，會產(chǎn)生什么危害害?你認為可以采用什么方法來避免你認為可以采用什么方法來避免?陰極：陰極：2H+2eH2陽極：陽極：2Cl 2eCl22NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 （1 1）分析此裝置的電解原理？）分析此裝置的電解原理？（2 2）石棉隔膜在電解時的作）石棉隔膜在電解時的作用？有何缺陷？用？有何缺陷？石棉隔膜能阻止氣體通石棉隔膜能阻止氣體通過，

14、但不能阻止水分子過，但不能阻止水分子和離子通過。和離子通過。食鹽水電解工藝食鹽水電解工藝1.1.傳統(tǒng)工藝傳統(tǒng)工藝石棉隔膜電解槽石棉隔膜電解槽缺陷缺陷1：陰極室產(chǎn)生的陰極室產(chǎn)生的NaOH有少量滲透到陽極室，有少量滲透到陽極室，跟溶解的氯氣反應。跟溶解的氯氣反應。缺陷缺陷2：陽極室未反應的陽極室未反應的NaCl會進入陰極室。會進入陰極室。2.2.新工藝新工藝陽離子交換膜法陽離子交換膜法陽極：陽極：陰極：陰極：碳鋼碳鋼網(wǎng)網(wǎng)（涂有鎳涂層）（涂有鎳涂層）陽陽離子交換膜：離子交換膜：將將電解槽隔成陰極室和陽極電解槽隔成陰極室和陽極室。室。只允許陽離子只允許陽離子(Na(Na+ +) )通過，通過，不允許陰

15、離子和氣體分子通不允許陰離子和氣體分子通過。過。優(yōu)點：優(yōu)點：避免避免Cl2與與NaOH反應生成反應生成NaClO，影響影響NaOH的產(chǎn)的產(chǎn)量和純度；量和純度；生產(chǎn)成本顯著降低。生產(chǎn)成本顯著降低。鈦網(wǎng)鈦網(wǎng)（涂有鈦、釕等氧化物涂層）（涂有鈦、釕等氧化物涂層）粗鹽粗鹽泥沙泥沙CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe3+3+SOSO4 42 2等雜質(zhì)等雜質(zhì)混入產(chǎn)品，導致產(chǎn)品不純混入產(chǎn)品，導致產(chǎn)品不純生成生成Mg(OH)2、Fe(OH)3等等沉淀，堵塞膜孔。沉淀，堵塞膜孔。3.食鹽水的精制食鹽水的精制精制過程：精制過程：粗鹽水粗鹽水過量過量BaCl2（除（除SOSO4 42-2-）過量過量NaOH（

16、除（除MgMg2+2+、FeFe3+3+）過量過量Na2CO3（除（除CaCa2+2+、BaBa2+2+）適量適量HCl（除（除COCO3 32-2-）（除泥沙及沉淀）（除泥沙及沉淀）過濾過濾精制鹽水精制鹽水注意注意1:1:Na2CO3必須在必須在BaCl2之后；之后； BaCl2可與可與NaOH互換。互換。注意注意2:2:加入鹽酸必須在過濾之后；加入鹽酸必須在過濾之后；例例1：氯堿廠電解飽和食鹽水制取氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下：的工藝流程示意圖如下： 粗鹽粗鹽 H2O NaOH Na2CO3 Cl2 H2 10%NaOH 、16%NaCl溶液溶液 沉渣沉渣 NaCl

17、晶體晶體 50%NaOH溶液溶液依據(jù)上圖，完成下列填空：依據(jù)上圖，完成下列填空：(1)在電解過程中，與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應的在電解過程中，與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應的化學方程式為化學方程式為 ，與電源負極相連的電極附，與電源負極相連的電極附 近，溶液近，溶液pH值值 （選填：不變、升高或下降）（選填：不變、升高或下降） (2)工業(yè)食鹽含工業(yè)食鹽含Ca2+、Mg2+等雜質(zhì)。精制過程發(fā)生反應的離等雜質(zhì)。精制過程發(fā)生反應的離子方程式為子方程式為 。 化化 鹽鹽 精精 制制 電電 解解 脫脫 鹽鹽 升高升高 2Cl 2e- Cl2 Ca2+CO32- CaCO3 Mg2+2OH- Mg

18、(OH)2 (3)如果粗鹽中如果粗鹽中SO42-含量較高，必須添加鋇試劑除去含量較高，必須添加鋇試劑除去SO42-，該鋇試劑可以是該鋇試劑可以是 （選填（選填a、b、c，多選扣分）多選扣分） a Ba(OH)2 b Ba(NO3)2 c BaCl2 (4)為有效除去為有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-，加入試劑的合理順序為加入試劑的合理順序為 （選填（選填a，b，c多選扣分）多選扣分）a 先加先加NaOH，后加后加Na2CO3，再加鋇試劑再加鋇試劑 b 先加先加NaOH，后加鋇試劑，再加后加鋇試劑，再加Na2CO3 c 先加鋇試劑，后加先加鋇試劑，后加NaOH，再加再加Na2CO3 (5)

19、脫鹽工序中利用脫鹽工序中利用NaOH和和NaCl在溶解度上的差異，通在溶解度上的差異，通過過 、冷卻、冷卻、 （填寫操作名稱）除去（填寫操作名稱）除去NaCl 。 (6)在隔膜法電解食鹽水時，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，在隔膜法電解食鹽水時，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止防止Cl2與與NaOH反應；采用無隔膜電解冷的食鹽水時，反應；采用無隔膜電解冷的食鹽水時，Cl2與與NaOH充分接觸，產(chǎn)物僅是充分接觸，產(chǎn)物僅是NaClO和和H2，相應的化學方程式相應的化學方程式為為 。 蒸發(fā)蒸發(fā) 過濾過濾 電解電解 NaCl+H2O H2+NaClOa cb c例例2.以食鹽水為原料的氯堿工業(yè)以食鹽水為原

20、料的氯堿工業(yè)（1）原料粗鹽中常含有泥沙和原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、SO42等雜質(zhì)，必須精等雜質(zhì)，必須精制后才能供電解使用。精制時，粗鹽溶于水過濾后，還要加入的試劑分別為制后才能供電解使用。精制時，粗鹽溶于水過濾后，還要加入的試劑分別為Na2CO3、HCl（鹽酸）鹽酸）BaCl2，這這3種試劑添加的合理順序是種試劑添加的合理順序是_（填序號）（填序號）（2）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)（電）能節(jié)（電）能30以上。在這種工藝設計中，相關物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關系如下以上。在這種工藝設計

21、中，相關物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關系如下圖所示，其中的電極未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。圖所示，其中的電極未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。圖中圖中Y是是_（填化學式），分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)（填化學式），分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)a與與b的的大小大小 ；這樣設計的主要節(jié)（電）能之處在于（寫出這樣設計的主要節(jié)（電）能之處在于（寫出2處）處）_、_ 。 a小于小于b 燃料電池可以補充電解池消耗的電能；提高產(chǎn)出堿液的濃度；降低能耗燃料電池可以補充電解池消耗的電能；提高產(chǎn)出堿液的濃度；降低能耗 H2例例3.利用惰性電極和下圖裝置對硫酸鈉水溶利用惰性電極和下圖裝置對硫酸鈉水溶液進行

22、電解。液進行電解。a、b、c、d四處可得產(chǎn)品分別四處可得產(chǎn)品分別是是 、。陰離子陰離子交換膜交換膜陽離子陽離子交換膜交換膜Na2SO4(aq)bacd氫氣氫氣 氧氣氧氣 NaOH溶液溶液 硫酸溶液硫酸溶液考點考點3：硫酸工業(yè)：硫酸工業(yè)一、接觸法制硫酸的化學反應原理一、接觸法制硫酸的化學反應原理說明：說明：選擇制取硫酸的原料應從實際出發(fā)選擇制取硫酸的原料應從實際出發(fā),世界上主要用世界上主要用硫磺作原料，而我國主要用黃鐵礦作原料。硫磺作原料，而我國主要用黃鐵礦作原料。 FeSFeS2 2HH2 2SOSO4 4SOSO3 3SOSO2 2 1.造氣造氣 2.接觸氧化接觸氧化 3.三氧化硫的吸收三氧

23、化硫的吸收S + O2 SO2點燃點燃SO3 + H2O H2SO42SO2 + O2 2SO3催化劑催化劑加加 熱熱反應原理反應原理：4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2高溫高溫生產(chǎn)原料：生產(chǎn)原料：硫磺或黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的含硫磺或黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的含二氧化硫煙氣二氧化硫煙氣、空氣、水、空氣、水二、接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝二、接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝【問題問題1 1】為什么要將黃鐵礦粉碎成細小礦粒？為什么要將黃鐵礦粉碎成細小礦粒？【問題問題2 2】為什么要從爐底通入強大空氣流為什么要從爐底通入強大空氣流？ 4FeS4FeS2 2 + 11O + 11O2 2 = 2

24、 Fe = 2 Fe2 2OO3 3 +8SO +8SO2 2高溫高溫粉碎的黃鐵礦粉碎的黃鐵礦鼓入強大空氣流鼓入強大空氣流沸騰爐沸騰爐流程流程1 1：造氣造氣【問題問題3】從沸騰爐中出來的氣體叫做從沸騰爐中出來的氣體叫做爐氣爐氣。試分析。試分析黃鐵礦燃燒后爐氣中含有哪些物質(zhì)？黃鐵礦燃燒后爐氣中含有哪些物質(zhì)？SO2、O2、N2、水蒸氣以及一些水蒸氣以及一些雜質(zhì)，如雜質(zhì)，如As、Se等的化合物和礦等的化合物和礦塵等等。塵等等。洗滌洗滌干燥干燥除塵除塵SOSO2 2、OO2 2、N N2 2容易使催化劑中毒容易使催化劑中毒腐蝕設備，影響生產(chǎn)腐蝕設備，影響生產(chǎn)除除礦塵礦塵除除As、Se化合物化合物除除

25、水蒸氣水蒸氣【討論討論】根據(jù)反應速率和化學平衡理論根據(jù)反應速率和化學平衡理論,考慮綜合經(jīng)考慮綜合經(jīng)濟效益，你認為采取哪些措施濟效益，你認為采取哪些措施(催化劑、濃度、溫度、催化劑、濃度、溫度、壓強壓強)可以提高可以提高SO2的利用率的利用率?濃度濃度：增大廉價原料的用量以增大廉價原料的用量以增大增大OO2 2的濃度的濃度，可以提高可以提高SO2的利用率，從而降低生產(chǎn)成本。的利用率，從而降低生產(chǎn)成本。溫度溫度：從平衡角度看，此反應在較低溫度下進行最為有利，從平衡角度看，此反應在較低溫度下進行最為有利，但溫度低時催化劑活性不高，反應速率低，從綜合經(jīng)濟效益但溫度低時催化劑活性不高，反應速率低，從綜合

26、經(jīng)濟效益考慮，對生產(chǎn)不利。故在實際生產(chǎn)中，選定考慮，對生產(chǎn)不利。故在實際生產(chǎn)中，選定400400500500壓強壓強：考慮到加壓對設備的要求高，投資大和能耗大，且?？紤]到加壓對設備的要求高，投資大和能耗大，且常壓下壓下400500時，時，SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，從綜合經(jīng)濟的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，從綜合經(jīng)濟效益考慮，在實際生產(chǎn)中，通常效益考慮，在實際生產(chǎn)中，通常采用常壓操作采用常壓操作。并不加壓。并不加壓。2SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2 (g)(g) 2SO2SO3 3 (g)(g) H= -196.6kJ/molH= -196.6kJ/molV V2 2OO5 5流程流程2：接觸氧化接

27、觸氧化接觸室接觸室熱交換器熱交換器催化劑催化劑【問題問題】 SO2的接觸氧化需在的接觸氧化需在400500條件下進行：條件下進行： 反應前要把低溫的爐氣預熱到這個溫度？反應前要把低溫的爐氣預熱到這個溫度？ 該反應放熱，環(huán)境溫度會升高，不利于該反應放熱，環(huán)境溫度會升高，不利于SO3生成？生成？ 沸騰爐接觸室接觸室沸騰爐沸騰爐SO2、N2、O2 ； 600C5000C8500CSO3、SO2、N2、O22SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2 (g)(g) 2SO2SO3 3 (g)(g) H= -196.6kJ/molH= -196.6kJ/molV V2 2OO5 5流程流程3：三氧化硫的

28、吸收三氧化硫的吸收SOSO3(g)3(g) + H + H2 2OO(l) (l) = H= H2 2SOSO4(l) 4(l) ; ; HH130.3kJ/mol130.3kJ/mol【問題問題】為什么不用水或稀硫酸來吸收三氧化硫？為什么不用水或稀硫酸來吸收三氧化硫？常用常用98.3%的硫酸作吸收劑！的硫酸作吸收劑！ 三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收劑時，易形三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收劑時，易形成酸霧，吸收速度減慢，不利于三氧化硫的吸收。成酸霧，吸收速度減慢，不利于三氧化硫的吸收。吸收塔吸收塔98.3%H2SO4尾氣尾氣逆流吸收逆流吸收：(SO3從塔從塔的下部通入的下部通入,98.3%的的硫酸

29、從塔頂噴下硫酸從塔頂噴下): 增增大大SO3和和H2SO4的接觸的接觸面積面積,強化吸收過程強化吸收過程. .SOSO3 3、SO2、 N2、O2發(fā)煙硫酸發(fā)煙硫酸【問題問題】吸收過程在吸收塔中進行。采取何種方式吸收過程在吸收塔中進行。采取何種方式可以保證可以保證SO3被被98.3%的濃硫酸完全吸收？的濃硫酸完全吸收？吸收吸收塔內(nèi)填充塔內(nèi)填充有大量有大量瓷管瓷管，以增大被吸收以增大被吸收氣體與吸收液氣體與吸收液的的接觸面積。接觸面積?！締栴}問題】尾氣的組成：尾氣的組成：SO2 、O2 、N2。由于含有二由于含有二氧化硫，如直接排入大氣，會造成污染；同時也會造氧化硫，如直接排入大氣，會造成污染；同

30、時也會造成原料的浪費。成原料的浪費。如何處理尾氣？如何處理尾氣？ 氨水法：氨水法： NHNH3 3HH2 2OO2NH3H2O+SO2(NH4)2SO3+H2ONH3H2O+SO2NH4HSO31.將尾氣再次通入到接觸室，進行再次氧化，吸收；將尾氣再次通入到接觸室，進行再次氧化，吸收；2.將再次氧化吸收后的尾氣進行回收處理；將再次氧化吸收后的尾氣進行回收處理；(NH4)2SO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + SO2+ H2O2(NH4)2SO3 + O2 = 2(NH4)2SO4 黃鐵礦黃鐵礦空氣流空氣流礦渣礦渣SO2、O2、N2、水水蒸氣以及一些雜質(zhì)蒸氣以及一些雜質(zhì)冷的冷的SO

31、2、O2、N2熱的熱的SO2、O2、N2SO3、SO2、O2、N2SO2、O2、N298.3%硫酸硫酸爐爐具體內(nèi)容具體內(nèi)容三原料三原料三三反應反應三三設備設備三三原理原理三三凈化凈化硫酸工業(yè)制法的五個硫酸工業(yè)制法的五個“三三”SO3H2O H2SO4 V2O54005002SO2O2 SO3高溫高溫4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 ；黃鐵礦、空氣、水黃鐵礦、空氣、水沸騰爐、接觸室、吸收塔沸騰爐、接觸室、吸收塔充分接觸原理、熱交換原理、逆流吸收原理充分接觸原理、熱交換原理、逆流吸收原理除塵、洗滌、干燥除塵、洗滌、干燥三、硫酸工業(yè)的三廢治理三、硫酸工業(yè)的三廢治理 化工生產(chǎn)必須保

32、護環(huán)境，嚴格治理化工生產(chǎn)必須保護環(huán)境，嚴格治理“三廢三廢”，并盡可能，并盡可能把把“三廢三廢”變?yōu)橛杏玫母碑a(chǎn)品，實現(xiàn)原料的綜合利用。變?yōu)橛杏玫母碑a(chǎn)品，實現(xiàn)原料的綜合利用。1.1.尾氣吸收：尾氣吸收：尾氣中少量的尾氣中少量的SO2 用氨水吸收用氨水吸收SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3(NH4)2SO3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + SO2+ H2O(作肥料）作肥料） (生產(chǎn)硫酸的原料）生產(chǎn)硫酸的原料） 2.2.污水處理：污水處理： Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O 3.3.廢渣的利用廢渣的利用：黃鐵礦礦渣一般可作為制造水泥的原料或用于制磚

33、，黃鐵礦礦渣一般可作為制造水泥的原料或用于制磚，含鐵品位高的礦渣，經(jīng)處理后可以煉鐵及制取含鐵品位高的礦渣，經(jīng)處理后可以煉鐵及制取Fe2(SO4)3、Fe2O3紅顏料等產(chǎn)品。紅顏料等產(chǎn)品。可用石灰中和處理可用石灰中和處理【例例1】 下圖所示的裝置是仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程設計出來的，用于探究工業(yè)上為何下圖所示的裝置是仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程設計出來的，用于探究工業(yè)上為何采用采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫。的濃硫酸吸收三氧化硫。 試填寫下列空白：試填寫下列空白： （1）寫出工業(yè)上用）寫出工業(yè)上用FeS2制取制取SO2的化學方程式的化學方程式 。 （2）寫出上圖中部分裝置的作用：甲：混合）寫

34、出上圖中部分裝置的作用：甲：混合SO2和和O2； ； 。丙和?。?。丙和?。?。 （3）若丁裝置在反應過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，產(chǎn)）若丁裝置在反應過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能原因是：丙中插入濃硫酸溶液的導管插得太深，使兩個吸收瓶內(nèi)的壓強差生這種現(xiàn)象的可能原因是：丙中插入濃硫酸溶液的導管插得太深，使兩個吸收瓶內(nèi)的壓強差較大，導致較大，導致SO3從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧；從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧； 。 （4）上圖裝置中的甲和乙部分、丙和丁部分分別與工業(yè)制取硫酸的裝置相對應，甲和乙相當）上圖裝置中的甲和

35、乙部分、丙和丁部分分別與工業(yè)制取硫酸的裝置相對應，甲和乙相當 于于 ；丙和丁相當于；丙和丁相當于 。 （5）在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都正確的是）在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都正確的是 。 A硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中燃燒硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中燃燒 B從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中二氧化硫會與雜質(zhì)反應從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中二氧化硫會與雜質(zhì)反應 C二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二

36、氧化硫的轉(zhuǎn)化率 D三氧化硫用三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率干燥干燥SO2和和O2觀察氣泡以調(diào)節(jié)通入觀察氣泡以調(diào)節(jié)通入SO2和和O2體積比體積比吸收吸收SO3并做對照實驗并做對照實驗濃硫酸對濃硫酸對SO3的吸收效果遠好于水，的吸收效果遠好于水，SO3充分被濃硫酸吸收充分被濃硫酸吸收接觸室接觸室吸收塔吸收塔D D【例例2】（1）生產(chǎn)硫酸最古老的方法是以綠礬為原料，在蒸餾釜）生產(chǎn)硫酸最古老的方法是以綠礬為原料，在蒸餾釜中煅燒。反應的化學方程式為：中煅燒。反應的化學方程式為：2FeSO47H2O

37、= Fe2O3+ SO2+ SO3+14H2O。其中三氧化硫與水蒸氣同時冷凝便得到硫酸。用其中三氧化硫與水蒸氣同時冷凝便得到硫酸。用如圖所示裝置模擬用綠礬制硫酸的實驗，并檢驗生成的硫酸和二如圖所示裝置模擬用綠礬制硫酸的實驗，并檢驗生成的硫酸和二氧化硫（加熱裝置已略去）。其中氧化硫（加熱裝置已略去）。其中b為干燥的試管。為干燥的試管。 試管試管b中得到的主要產(chǎn)物是中得到的主要產(chǎn)物是_，檢驗該產(chǎn)物的方法是（結(jié)合離子方程式簡要說明）檢驗該產(chǎn)物的方法是（結(jié)合離子方程式簡要說明）_ 。 為檢驗反應的另一種生成物，試為檢驗反應的另一種生成物，試管管c中應加入的試劑是中應加入的試劑是，簡述，簡述相應的實驗現(xiàn)

38、象及結(jié)論相應的實驗現(xiàn)象及結(jié)論 。 所得硫酸的理論濃度（溶質(zhì)的質(zhì)所得硫酸的理論濃度（溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)）為量分數(shù)）為_。H2SO4 取少量溶液于試管中，滴入紫色石蕊試液，溶液變紅色；另取樣，滴取少量溶液于試管中，滴入紫色石蕊試液，溶液變紅色；另取樣，滴入入BaCl2溶液產(chǎn)生白色沉淀。證明產(chǎn)物是硫酸。溶液產(chǎn)生白色沉淀。證明產(chǎn)物是硫酸。 29.5% （3）隨著化學工業(yè)的發(fā)展，）隨著化學工業(yè)的發(fā)展，“接觸法接觸法”全面替代了全面替代了“綠礬熱分解法綠礬熱分解法”，請你從綜，請你從綜合效益的角度指出合效益的角度指出“接觸法接觸法”制硫酸的優(yōu)制硫酸的優(yōu)勢：勢： 生產(chǎn)成本低、原料易得生產(chǎn)成本低、原料易得 、原料

39、利用率高；硫酸濃度高；對、原料利用率高；硫酸濃度高；對環(huán)境污染小；放出熱量可以再利用環(huán)境污染??；放出熱量可以再利用 品紅溶液品紅溶液溶液褪色溶液褪色【例例3】工業(yè)接觸法制硫酸的流程如下圖所示：工業(yè)接觸法制硫酸的流程如下圖所示： （1）從沸騰爐出來的氣體經(jīng)凈化干燥處理后進入接觸室，其氣體體積組成）從沸騰爐出來的氣體經(jīng)凈化干燥處理后進入接觸室，其氣體體積組成是：是：SO2 7 %，O2 11 %，N2 82 %。從接觸室出來的氣體中從接觸室出來的氣體中SO3的體積分數(shù)的體積分數(shù)為為7 %，則，則SO2的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為 。（2）每）每100 g SO3氣體與氣體與H2O完全反應放出熱量完全反應放

40、出熱量162.9 kJ，該反應的熱化學該反應的熱化學方程式為方程式為 。 (3) 某硫酸廠每天用含某硫酸廠每天用含F(xiàn)eS2 60%的硫鐵礦的硫鐵礦500 t生產(chǎn)硫酸，如果在沸騰爐生產(chǎn)硫酸，如果在沸騰爐內(nèi)損失內(nèi)損失5%的硫，的硫，SO2的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為90%。每天能生產(chǎn)。每天能生產(chǎn)98%的硫酸的硫酸 噸。噸。沸騰爐黃鐵礦空氣接觸室吸收塔凈化爐渣吸收劑尾氣發(fā)煙硫酸96.6 % SO3(g)H2O(l)= H2SO4(l)；H-130.3 kJmol-1 427.5考點考點4：鎂和鋁的冶煉：鎂和鋁的冶煉金屬的冶煉金屬的冶煉:把金屬從礦石（原料）中提煉出來把金屬從礦石（原料）中提煉出來金屬提煉的步

41、驟：金屬提煉的步驟：第一步：第一步：富集富集（除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量）（除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量）第二步：第二步：冶煉冶煉（利用還原劑，在一定條件下把金屬離子從礦（利用還原劑，在一定條件下把金屬離子從礦石中還原成單質(zhì)）石中還原成單質(zhì)）第三步：第三步：精煉精煉（再次提煉金屬，提高純度）（再次提煉金屬，提高純度）金屬冶煉的金屬冶煉的實質(zhì)：實質(zhì)：Mn+ + ne- M金屬冶煉的方法：金屬冶煉的方法：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag電解法電解法熱還原法熱還原法熱分解法熱分解法一、從海水中提取鎂一、從海水中提取鎂1.鎂的存在鎂的存在 主要以主要以

42、化合態(tài)化合態(tài)的形式存在于地殼和海水的形式存在于地殼和海水(MgCl2)中。海水中鎂的總儲量約為中。海水中鎂的總儲量約為1.81015t2.從海水中提取鎂的生產(chǎn)流程從海水中提取鎂的生產(chǎn)流程 海水海水 Mg(OH)2 過濾過濾 MgCl2溶液溶液 鹽酸鹽酸 MgCl26H2O 蒸發(fā)蒸發(fā)結(jié)晶結(jié)晶 MgCl2 HCl氣流氣流 Cl2 Mg 電解電解 貝殼貝殼 CaO 石灰乳石灰乳 水水 煅燒煅燒 HCl 【問題問題1】請寫出上述過程中所涉及到的請寫出上述過程中所涉及到的化學方程式化學方程式。【問題問題2】 如何從如何從MgCl2 溶液中得到溶液中得到MgCl26H2O晶體？直接加晶體？直接加熱熱MgC

43、l26H2O能否得到無水氯化鎂？能否得到無水氯化鎂？【問題問題3】為何不通過電解氧化鎂制備鎂？為何不通過電解氧化鎂制備鎂？從海水中提取鎂的生產(chǎn)流程從海水中提取鎂的生產(chǎn)流程將將MgCl2 溶液溶液加熱濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾加熱濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾即得即得MgCl26H2O晶體晶體MgCl26H2OMgO+2HCl+5H2O氧化鎂熔點高（氧化鎂熔點高（2800）使氧化鎂熔化能耗大，生產(chǎn)成本高。）使氧化鎂熔化能耗大，生產(chǎn)成本高。例例1：下圖是工業(yè)上生產(chǎn)鎂的流程。下圖是工業(yè)上生產(chǎn)鎂的流程。（1）寫出下列反應的化學方程式：寫出下列反應的化學方程式：沉淀池中沉淀池中 ；電解電解 ；（2）整個生產(chǎn)流程中循環(huán)使

44、用的物質(zhì)是）整個生產(chǎn)流程中循環(huán)使用的物質(zhì)是 。（3）簡述把氯化鎂的水合晶體加熱使之脫水轉(zhuǎn)化為無水氯化）簡述把氯化鎂的水合晶體加熱使之脫水轉(zhuǎn)化為無水氯化鎂的操作過程鎂的操作過程 。MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2 MgCl2 Mg+Cl2 氯氣氯氣 為了防止氯化鎂水解，加熱時要在氯化氫氣體的氛圍中加熱為了防止氯化鎂水解，加熱時要在氯化氫氣體的氛圍中加熱 （4）Mg(OH)2沉淀中?；斐恋碇谐；煊杏蠧a(OH)2，應怎樣除去應怎樣除去? 加入加入MgClMgCl2 2溶液，充分攪溶液，充分攪拌過濾，沉淀用水洗滌。拌過濾，沉淀用水洗滌。 二、鋁的冶煉二、鋁的冶煉1.1.鋁的存在

45、鋁的存在鋁元素占地殼總量的鋁元素占地殼總量的7.45 主要以主要以鋁土礦鋁土礦存在存在鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素鋁元素在自然界以鋁元素在自然界以化合態(tài)化合態(tài)形式存在形式存在鋁土礦的成分鋁土礦的成分主要成分主要成分：Al2O3少量：少量：Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)等雜質(zhì)要從鋁土礦中提取鋁，必須先制備較純的要從鋁土礦中提取鋁，必須先制備較純的氧化鋁氧化鋁2.從鋁土礦制備鋁的工藝流程從鋁土礦制備鋁的工藝流程過量過量NaOH溶液溶液過濾過濾Fe2O3除去除去過量鹽酸過量鹽酸過濾過濾過量氨水過量氨水過濾過濾濾液除去濾液除去H2SiO3除去除去通電通電堿溶法堿溶法鋁土

46、礦鋁土礦過量鹽酸過量鹽酸過濾過濾SiO2除去除去過量過量NaOH溶液溶液過濾過濾Fe(OH)3除去除去過量過量CO2過濾過濾通電通電酸溶法酸溶法鋁土礦鋁土礦2.從鋁土礦制備鋁的工藝流程從鋁土礦制備鋁的工藝流程氧化鋁電解示意圖氧化鋁電解示意圖【問題問題1】已知氧化鋁的熔點為已知氧化鋁的熔點為2050 ，可能對工業(yè)生，可能對工業(yè)生產(chǎn)帶來什么問題？產(chǎn)帶來什么問題？冰晶石（冰晶石（Na3AlF6）是是一種配合物。它是一種配合物。它是Na+和氟鋁酸根配離子和氟鋁酸根配離子AlF63-組成的鹽。熔融組成的鹽。熔融的冰晶石能熔解氧化鋁，的冰晶石能熔解氧化鋁，冰晶石冰晶石-氧化鋁熔鹽的氧化鋁熔鹽的熔點不高，且

47、其在電解熔點不高，且其在電解過程中比較穩(wěn)定。過程中比較穩(wěn)定?！締栴}問題2】電解鋁工業(yè)要定期補充石墨電極，為什么？電解鋁工業(yè)要定期補充石墨電極，為什么？【問題問題3】工業(yè)上為何不用電解氯化鋁來制備鋁？工業(yè)上為何不用電解氯化鋁來制備鋁？使氧化鋁熔化能耗大，成本高使氧化鋁熔化能耗大，成本高石墨電極與陽極產(chǎn)生的氧氣反應而損耗。石墨電極與陽極產(chǎn)生的氧氣反應而損耗。氯化鋁為共價化合物，熔融時不導電。氯化鋁為共價化合物，熔融時不導電。例例2工業(yè)上用鋁土礦（主要成分是工業(yè)上用鋁土礦（主要成分是Al2O3，還有少量的還有少量的Fe2O3、SiO2）提提取冶煉鋁的原料氧化鋁。工藝流程如下圖：取冶煉鋁的原料氧化鋁。工藝流程如下圖： （1）原料）原料A的名稱是的名稱是_，步驟反應的離子方程式是，步驟反應的離子方程式是 _ _ _ _ _ _。 （2）濾液）濾液1中要加入稍過量原料中要加入稍過量原料B，原料原料B的化學式是的化學式是_，步，步驟反應的離子方程式是：驟反應的離子方程式是：_ _ _ _。 （3）步驟的化學方程式是：）步驟的化學方程式是：_ _ _ _。（4）如果省