《金新學(xué)案》高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第一講 化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)課件 魯科選修2

第1講化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

最新展示1.了解我國無機(jī)化工的生產(chǎn)資源和產(chǎn)品的主要種類。2.了解合成氨的主要原理、原料、重要設(shè)備、流程和意義，認(rèn)識(shí)催化劑的研制對(duì)促進(jìn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重大意義。3.了解精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)，精細(xì)化工在社會(huì)發(fā)展中的作用。4.了解化學(xué)肥料、農(nóng)藥等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。

熱點(diǎn)定位1.硫酸工業(yè)、合成氨工業(yè)中的反應(yīng)原理、原料、主要設(shè)備、生產(chǎn)工藝流程及尾氣處理。2.侯氏制堿法的生產(chǎn)原理及工藝流程。3.硝酸工業(yè)中的反應(yīng)原理、原料及尾氣處理。4.化學(xué)反應(yīng)速率理論和勒夏特列原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。5.日常生活、化工生產(chǎn)中的環(huán)境污染與防護(hù)。一、硫酸的工業(yè)合成1．主要原料：硫黃(或黃鐵礦)、空氣和98.3%濃硫酸2．化學(xué)原理與硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程

3．化學(xué)原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用(1)三個(gè)反應(yīng)條件的確定①溫度400～500℃：根據(jù)平衡移動(dòng)原理，應(yīng)在低溫下進(jìn)行，但低溫時(shí)催化劑的活性不高，反應(yīng)速率低，實(shí)際生產(chǎn)中采用400～500℃的溫度。②常壓：根據(jù)平衡移動(dòng)原理，應(yīng)在高壓下進(jìn)行，但增大壓強(qiáng)對(duì)SO2的轉(zhuǎn)化率提高不大，且加壓會(huì)增大成本和能量消耗，而常壓下的轉(zhuǎn)化率已很高，實(shí)際生產(chǎn)采用常壓操作。③適當(dāng)過量的空氣：目的是提高SO2的轉(zhuǎn)化率。

(2)逆流原理的應(yīng)用沸騰爐中原料從爐頂落下，熱空氣從爐底吹入，使原料與助燃?xì)怏w充分接觸，反應(yīng)充分進(jìn)行；吸收塔中使用大量耐酸瓷環(huán)(片)，濃硫酸從塔頂噴下，三氧化硫氣體從塔底吹入，提高吸收程度。(3)熱交換原理的應(yīng)用由于2SO2＋O22SO3是放熱反應(yīng)，在接觸室內(nèi)使用熱交換器，使反應(yīng)后熱的氣體預(yù)熱作為接觸室的原料氣，達(dá)到節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本的目的。(4)循環(huán)操作原理的應(yīng)用由于2SO2＋O2

2SO3是可逆反應(yīng)，尾氣中還有一定的SO2和O2，再通過一定措施將這部分氣體送回接觸室，提高原料利用率，同時(shí)減少廢氣排放。

4．“三廢”處理和能量綜合利用(1)“三廢”處理方法①尾氣吸收：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2OCaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O②廢水處理：根據(jù)雜質(zhì)性質(zhì)的不同，采用不同的化學(xué)方法，如酸堿中和法、重金屬離子沉淀法。③廢渣利用：制磚或制造水泥，提煉貴重有色金屬。(2)能量的充分利用硫酸生產(chǎn)中的反應(yīng)熱可用于預(yù)熱反應(yīng)物滿足自身能量的需要，還可以由硫酸廠向外界輸出大量能量(供熱發(fā)電)。【溫馨提示】

(1)工業(yè)上用98.3%的H2SO4吸收SO3，是因?yàn)橛盟諘?huì)產(chǎn)生酸霧，腐蝕設(shè)備。

(2)煅燒黃鐵礦制得的爐氣中含有三種有害雜質(zhì)：礦塵，砷、硒的化合物等，水蒸氣；對(duì)應(yīng)三個(gè)凈化過程：除塵、水洗和干燥，避免催化劑中毒。工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時(shí)，利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個(gè)關(guān)鍵步驟。壓強(qiáng)及溫度對(duì)SO2轉(zhuǎn)化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分?jǐn)?shù)為：SO27%，O211%，N282%)：(1)已知SO2的催化氧化是放熱反應(yīng)，如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結(jié)論？__________________________________________________________________________________________________；(2)在400～500℃時(shí)，SO2的催化氧化采用常壓而不是高壓，主要原因是________________________________________________________________________；(3)選擇適適宜的的催化化劑，，是否否可以以提高高SO2的轉(zhuǎn)化化率？？______(填“是”或“否”)，是否否可以以增大大該反反應(yīng)所所放出出的熱熱量？？________(填“是”或“否”)；(4)為提提高高SO3的吸吸收收率率，，實(shí)實(shí)際際生生產(chǎn)產(chǎn)中中用用________吸收收SO3；(5)已知知：：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－－196.6kJ/mol，計(jì)計(jì)算算每每生生產(chǎn)產(chǎn)一一萬萬噸噸98%硫酸酸所所需需要要的的SO3的質(zhì)質(zhì)量量和和由由SO2生產(chǎn)產(chǎn)這這些些SO3所放放出出的的熱熱量量。?！久麕煄熃饨馕鑫觥靠赡婺娣捶磻?yīng)應(yīng)：：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－－196.6kJ·mol－1分析析表表格格中中數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)：：(1)壓強(qiáng)強(qiáng)相相同同時(shí)時(shí)，，升升高高溫溫度度，，SO2的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率減減小小，，故故升升溫溫，，上上述述反反應(yīng)應(yīng)的的平平衡衡向向逆逆反反應(yīng)應(yīng)方方向向移移動(dòng)動(dòng)，，則則正正反反應(yīng)應(yīng)方方向向?yàn)闉榉欧艧釤岱捶磻?yīng)應(yīng)。。(2)400～500℃范圍圍內(nèi)內(nèi)常常壓壓下下SO2的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率在在97.8%以上上，，故故不不需需要要再再采采用用高高壓壓措措施施。。(3)催化化劑劑只只能能加加快快反反應(yīng)應(yīng)速速率率，，提提高高單單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)的的產(chǎn)產(chǎn)量量，，不不能能提提高高SO2的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率及及反反應(yīng)應(yīng)過過程程中中放放出出的的熱熱量量。。(4)實(shí)際際生生產(chǎn)產(chǎn)中中，，不不是是用用H2O吸收收SO3，而而是是用用98%的濃濃硫硫酸酸吸吸收收，，可可以以避避免免形形成成酸酸霧霧并并提提高高吸吸收收率率。。(5)一萬噸噸98%的H2SO4溶液中中含H2SO4的質(zhì)量量：9.8×109gSO3～H2SO4～ΔH8098196.6×0.5m(SO3)9.8×109gQm(SO3)＝＝8.0×109g＝8.0×103t，Q＝＝9.83×109(kJ)?！敬鸢浮?1)壓強(qiáng)一一定時(shí)時(shí)，溫溫度升升高，，SO2的轉(zhuǎn)化化率下下降，，說明明升溫溫有利利于向向逆反反應(yīng)方方向進(jìn)進(jìn)行，，所以以正反反應(yīng)為為放熱熱反應(yīng)應(yīng)(2)增大壓壓強(qiáng)對(duì)對(duì)提高高SO2的轉(zhuǎn)化化率無無顯著著影響響，反反而會(huì)會(huì)增加加成本本(3)否否否(4)濃硫酸酸(5)8.0××103t9.83××109kJ【歸納點(diǎn)點(diǎn)評(píng)】(1)催化劑劑只能能改變變可逆逆反應(yīng)應(yīng)的化化學(xué)反反應(yīng)速速率，，而不不會(huì)使使其平平衡發(fā)發(fā)生移移動(dòng)，，故不不能提提高SO2的轉(zhuǎn)化化率及及反應(yīng)應(yīng)過程程中放放出的的熱量量。(2)對(duì)于可可逆反反應(yīng)，，其熱熱化學(xué)學(xué)方程程式中中的焓焓變是是指可可逆反反應(yīng)進(jìn)進(jìn)行到到底的的熱效效應(yīng)，，計(jì)算算時(shí)根根據(jù)方方程式式按比比例計(jì)計(jì)算即即可。。二、人人工固固氮技技術(shù)——合成氨氨1．主要要原料料：燃燃料(煤、天天然氣氣、石石油)、空氣氣和水水2．生產(chǎn)產(chǎn)原理理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，該反反應(yīng)特特點(diǎn)：：可逆逆、放放熱、、體積積減小小。3．原料料氣的的制取取(1)N2來源于于空氣氣。(2)H2來源于于水與與碳的的產(chǎn)物物或碳碳?xì)浠衔镂铫偬寂c與H2O：C＋H2OCO＋H2；CO＋H2OCO2＋H2②甲烷與與H2O：CH4＋H2OCO＋3H2；CO＋H2OCO2＋H24．適宜宜條件件的選選擇(1)理論條條件分分析加快化學(xué)反應(yīng)速率促進(jìn)化學(xué)平衡右移濃度增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)溫度升高溫度降低溫度催化劑使用催化劑(2)實(shí)際生生產(chǎn)條條件①生產(chǎn)產(chǎn)中常常使廉廉價(jià)易易得的的原料料適當(dāng)當(dāng)過量量，以以提高高另一一原料料的利利用率率，如如氮?dú)鈿馀c氫氫氣的的配比比為1.07∶∶3。②壓強(qiáng)強(qiáng)增大壓壓強(qiáng)—??10～30MPa③溫度升高溫溫度—??400～500℃℃【溫馨提提示】(1)電解食食鹽水水也可可提供供原料料氣：：氫氣氣。(2)選擇生生產(chǎn)條條件時(shí)時(shí)要考考慮實(shí)實(shí)際生生產(chǎn)中中的原原料來來源、、動(dòng)力力、材材料、、設(shè)備備等因因素，，以取取得最最佳經(jīng)經(jīng)濟(jì)效效益。。④催化劑使用催化劑劑可加快化化學(xué)反應(yīng)速速率，但不不影響化學(xué)學(xué)平衡?采用以鐵為為主的催化化劑。⑤循環(huán)操作作合成氨轉(zhuǎn)化化率較低，，要采用循循環(huán)操作。?；旌蠚怏w體通過冷凝凝器，使氨氨液化，將將氨分離出出來，并將將沒有完全全反應(yīng)的N2和H2經(jīng)過循環(huán)壓壓縮機(jī)，再再送入合成成塔，使其其被充分利利用。利用天然氣氣合成氨的的工藝流程程示意圖如如下：依據(jù)上述流流程，完成成下列填空空：(1)天然氣脫硫硫時(shí)的化學(xué)學(xué)方程式是是________________________________________________________________________。(2)nmolCH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化化后產(chǎn)生CO0.9nmol，產(chǎn)生H2______mol。(用含n的代數(shù)式表表示)(3)K2CO3(aq)和CO2反應(yīng)在加壓壓下進(jìn)行，，加壓的理理論依據(jù)是是________。A．相似相溶溶原理B．勒夏特列列原理C．酸堿中和和原理(4)由KHCO3分解得到的的CO2可以用于________________________________________________________________________(寫出出CO2的一一種種重重要要用用途途)。(5)整個(gè)個(gè)流流程程有有三三處處循循環(huán)環(huán)，，一一是是Fe(OH)3循環(huán)環(huán)，，二二是是K2CO3(aq)循環(huán)環(huán)，，請(qǐng)請(qǐng)?jiān)谠谏仙鲜鍪隽髁鞒坛虉D圖中中標(biāo)標(biāo)出出第第三三處處循循環(huán)環(huán)(循環(huán)環(huán)方方向向、、循循環(huán)環(huán)物物質(zhì)質(zhì))?！久麕煄熃饨馕鑫觥?1)流程程圖圖中中已已給給出出反反應(yīng)應(yīng)物物是是H2S和Fe(OH)3，生生成成物物是是Fe2S3和H2O，CH4沒有有參參與與反反應(yīng)應(yīng)，，寫寫出出方方程程式式再再配配平平即即可可。。(2)寫出此反應(yīng)的的方程式：CH4＋H2O===CO＋(3)CO2為氣體，加壓有利于平衡右移，利用的是勒夏特列原理。(4)此題考查了考生對(duì)CO2用途的記憶，寫出任一種用途即可。(5)合成氨反應(yīng)是一可逆反應(yīng)，H2和N2的轉(zhuǎn)化率低，必須循環(huán)利用?！敬鸢浮?1)3H2S＋2Fe(OH)3===Fe2S3＋6H2O(2)2.7n(3)B(4)生產(chǎn)純堿(或作制冷劑等等，其他合理理答案也可以以)(5)三、純堿的生生產(chǎn)氨堿法聯(lián)合制堿法原料食鹽、氨氣、石灰石(經(jīng)煅燒后生成CO2和CaO)食鹽、氨氣、二氧化碳原理NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3＋NH4Cl2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑生產(chǎn)過程①制備氨鹽水②通CO2析出NaHCO3晶體并煅燒NaHCO3得到Na2CO3③向?yàn)V液(含NaCl、NH4Cl)中通入CO2后，與石灰乳混合，回收氨氣①制備氨鹽水②通CO2析出NaHCO3晶體并煅燒NaHCO3得到Na2CO3③向?yàn)V液(含NaCl、NH4Cl)中加NaCl粉末并通入氨氣析出NH4Cl，回收飽和食鹽水優(yōu)點(diǎn)原料便宜，步驟簡單原料利用率高，同時(shí)得到氮肥NH4Cl缺點(diǎn)產(chǎn)生大量CaCl2，食鹽利用率低氨堿法聯(lián)合制堿法比利時(shí)人索爾爾維以NaCl、CO2、H2O為原料生產(chǎn)Na2CO3，叫做索爾維維法。其主要要步驟是：①①在NH3飽和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3②再將NaHCO3焙燒制得純堿堿，CO2循環(huán)使用③③析出小蘇打打的母液中加加入生石灰，，NH3循環(huán)使用我國著名化學(xué)學(xué)家侯德榜對(duì)對(duì)索爾維法做做了改進(jìn)，用用NaCl固體代替生石石灰，加入母母液中使NH4Cl晶體析出，生生產(chǎn)出純堿和和氯化銨，這這便是舉世聞聞名的“侯氏制堿法”。試回答：(1)向母液中通入入氨氣的作用用和目的是________________________________________________________________________。(2)在NH3飽和的NaCl溶液中通入CO2的化學(xué)反應(yīng)方方程式為________________________________________________________________________。(3)不能在NaCl溶液中通入CO2制取NaHCO3的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！久麕熃馕觥恳?yàn)樘妓岬乃崴嵝员塞}酸弱弱(CO2與NaCl不反應(yīng))且CO2的溶解度也小小，所以應(yīng)向向飽和氯化鈉鈉溶液中首先先通入氨氣，，然后再通入入二氧化碳?xì)鈿怏w，從而產(chǎn)產(chǎn)生碳酸氫鈉鈉沉淀。侯氏氏制堿法優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)在于可作為為化肥的NH4Cl析出，減少無無用的CaCl2，保證原料NaCl充分利用，沒沒有廢渣，減減少污染。(4)析出小蘇打的的母液中加入入生石灰的反反應(yīng)方程式是是________________________________________________________________________。(5)侯氏制堿法與與索爾維法相相比其優(yōu)點(diǎn)是是______________________________________________________________________?！敬鸢浮?1)向母液中通入入氨氣，利用用氨在水中極極易溶解的性性質(zhì)，增加溶溶液吸收CO2的量，最終生生成較大濃度度的HCO3－(2)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl(3)碳酸的酸性比比鹽酸弱，CO2與NaCl不反應(yīng)，CO2的溶解度也小小(4)2NH4Cl＋CaO＋H2O===2NH3·H2O＋CaCl2(5)可作為為化肥肥的NH4Cl析出，，減少少無用用的CaCl2，原料料NaCl充分利利用，，沒有有廢渣渣，減減少污污染四、化化肥、、農(nóng)藥藥和表表面活活性劑劑1．常見見化肥肥(1)農(nóng)業(yè)生生產(chǎn)常常用肥肥料：：農(nóng)業(yè)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)中，，大量量施用用的化化肥主主要是是氮肥肥、磷磷肥和和鉀肥肥，目目前使使用最最廣的的磷肥肥是過過磷酸酸鈣，，簡稱稱普鈣鈣，主主要成成分是是Ca(H2PO4)2·H2O和CaSO4；農(nóng)業(yè)業(yè)上常常用的的鉀肥肥有草草木灰灰、氯氯化鉀鉀、硫硫酸鉀鉀和硝硝酸鉀鉀等。。(2)常見化化肥的的制造造原理理：尿尿素的的生產(chǎn)產(chǎn)原理理是將將氨與與二氧氧化碳碳反應(yīng)應(yīng)生成成氨基基甲酸酸銨，，再使使氨基基甲酸酸銨脫脫水得得到尿尿素。。涉及及的反反應(yīng)有有：2NH3＋CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4H2NCONH2＋H2O；硝酸酸銨的的生產(chǎn)產(chǎn)原理理是利利用氨氨催化化氧化化得到到的硝硝酸，，再跟跟氨反反應(yīng)生生成硝硝酸銨銨。涉涉及的的反應(yīng)應(yīng)有：：4NH3＋5O2催化劑劑高溫溫4NO＋6H2O、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、NH3＋HNO3===NH4NO3。2．化肥、農(nóng)農(nóng)藥帶來的的環(huán)境問題題及應(yīng)對(duì)措措施(1)化肥對(duì)土壤壤和環(huán)境造造成的不良良影響：如如在同一塊塊地上長期期單施氮肥肥如硫酸銨銨，往往造造成土壤板板結(jié)，肥力力下降；在在酸性土壤壤中連續(xù)施施用生理酸酸性肥料，，會(huì)使土壤壤酸性加重重，影響作作物正常生生長；過量量施用氮肥肥還會(huì)造成成環(huán)境污染染等。應(yīng)對(duì)措施：：合理施用用化肥也可可以避免土土壤結(jié)構(gòu)