高考化学总复习 第十三章 40 化学与工农业生产课件.ppt

第40讲化学与工农业生产 微考点 大突破 一 化工原理在硫酸工业生产中的应用1 化学原理与硫酸工业生产流程 微考点化学与工农业生产基础微回扣 2 生产中的 三废 处理 1 尾气吸收 h2so4工业的尾气主要是so2 so2 ca oh 2 caso3 h2so4 2 污水处理 不同化工生产过程产生的污水 杂质不同 要根据杂质的性质不同 采用不同的物理化学方法 如酸碱中和法 重金属离子沉淀法等 3 废渣的处理 根据废渣的成分进行综合利用 如硫酸工业的废渣可用来作为炼铁的原料 提炼贵重的有色金属 作水泥原料或用于建筑材料 caso4 so2 h2o caso3 h2o co 3h2 co h2 空气 2khco3 nh4hs h2o h2 co2 4 三废 处理 废渣 主要是煤渣和炭黑 可用作肥料的原料和建筑材料 废气 主要是h2s so2和co等有害气体 可用直接氧化法 循环法等回收技术处理 co2可作为生成尿素和碳铵的原料 废液 主要是含氰化物和氨的污水 处理氰化物主要有生化 化学沉淀 反吹回炉等方法 处理含氨的废水可用蒸馏回收和离子交换等方法 三 几种氮肥的比较 四 精细化学品的特点及应用1 精细化工产品的生产特点 多品种小批量 综合生产流程和多功能生产装置 高技术密集 商品性强 2 精细化工在社会发展中的作用 1 精细化工的发展 促进了其他行业如农业 医药 纺织印染 皮革 造纸等衣 食 行和用水平的提高 同时为这些行业带来了经济效益的提高 2 精细化工的发展 为生物技术 信息技术 新材料 新能源技术 环保等高新技术的发展提供了保证 3 精细化工的发展 直接为石油和石油化工三大合成材料 塑料 合成橡胶和合成纤维 的生产及加工 农业化学品的生产 提供催化剂 助剂 特种气体 特种材料 防腐 耐高温 耐溶剂 阻燃剂 膜材料 各种添加剂 工业表面活性剂 环境保护治理化学品等 保证和促进了石油和化学工业的发展 4 精细化工的发展 提高了化学工业的加工深度 提高了化工生产的经济效益 5 精细化工的发展 提高了国家化学工业的整体经济效益 增强了国家的经济实力 3 常见精细化工产品化妆品 医药 农药 洗涤剂 表面活性剂 造纸和汽车工业所需化学品 水处理剂等 化工生产中的绿色化学中学化学中涉及的化工生产知识渗透绿色化学的观点 具体体现在以下几个方面 1 节省资源 提高原料转化率和利用率 例如在合成氨工业 硝酸工业 接触法制硫酸 联合制碱法等工艺流程中采取了循环操作 体现了绿色化学中节省能源的基本原理 2 尾气回收方法和处理装置以防止或减少环境污染 例如 氨氧化法制硝酸 接触法制硫酸 炼钢 炼铁等均要有尾气处理或吸收装置 3 设计新的化学反应条件 降低对人类健康和环境的危害 减少废弃物的产生和排放 例如无氰电镀 由乙炔制乙醛 工业生产中使用非汞催化剂 我的警示 1 使用催化剂不影响氨的产率 但能提高单位时间内氨的产量 催化剂对反应有选择性 容易误认为一定的催化剂对所有反应都有催化作用 2 温度的选择 兼顾三个方面 反应速率 氨的产率 催化剂活性 容易漏答 3 易误认为压强不能过大的原因是考虑反应速率或氨的产率 实际上是从生产成本上考虑的 判断正误 正确的画 错误的画 1 工业合成氨中从合成塔出来的气体分离出氨气后 余下的气体排入大气 警示 从合成塔出来的气体分离出氨气后 余下的是n2和h2的混合气体 是合成氨的原料气 可循环使用 2 工业制取硫酸的吸收塔中用水来吸收so3 警示 用水吸收so3易形成酸雾 影响吸收速率 应用98 3 的浓硫酸吸收 3 工业制取硫酸 在接触室里发生如下反应 2so2 o2 2so3 增大压强 平衡正移 有利于反应的进行 故硫酸工业中常采用高压的措施 警示 常压下so2催化氧化成so3的转化率已经很高 没有必要再采取高压措施 且增大压强会增加设备的投资 4 氨碱法与联合制碱法生产纯碱所用的化学反应原理是相同的 警示 氨碱法和联合制碱法的反应原理均为 警示 仅从原料的转化率考虑 合成氨在低温高压条件下有利于氨的生成 但工业生产考虑的是产量和成本 温度低 反应速率慢 且催化剂还有一个适宜的活性温度 故工业合成氨一般采用400 500 压强过大会增加设备 技术 成本等方面的要求 工业生产中一般采用10mpa 30mpa压强 6 在生产纯碱的过程中 向饱和食盐水中先通入co2 再通入氨气 警示 由于nh3在水溶液中的溶解度大 应先通入nh3再通入co2 提高co2的转化率 7 大量使用含磷洗涤剂 会对环境造成影响 警示 大量使用含磷洗涤剂 会造成水体富营养化 造成水体污染 一 硫酸生产中的有关化学原理1 化学反应速率和化学平衡原理 1 增大化学反应速率的措施 升高温度 使用催化剂 在沸腾炉中燃料燃烧时 使原料粉碎 增大与空气的接触面积 方法微总结 2 反应条件的选择 温度 400 500 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400 500 的温度 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 且加压会增大成本和能量消耗 而常压下转化率已很高 实际生产采用常压操作 适当过量的空气 提高so2的转化率 5 工业生产中的有关计算 1 关系式法 多步计算的简捷运算方法 先写出多步反应的化学方程式 然后找出最初反应物和最终生成物之间的物质的量之比 列出关系式 如由硫酸工业反应原理可推算出 理论上1mols完全转化能生成1molh2so4 1molfes2完全转化生成2molh2so4 即s h2so4 fes2 2h2so4 2 元素守恒法 原料中的某一关键元素理论上若全部转化为产物 则两物质中该元素的物质的量相等 微典通关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 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 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 除尘 水洗 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 不选b点 因为压强越大对设备的投资大 消耗的动能大 so2原料的转化率在1个大气压下的转化率已是97 左右 再提高压强 so2的转化率提高的余地很小 所以采用1个大气压不选择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 时 催化剂的催化效率最高 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 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 利用反应放出的热量预热原料气体 解析 1 炉气制造过程中 黄铁矿 fes2 与空气中的o2高温下反应生成fe2o3和so2 2 炉气中含有矿尘 砷 硒等化合物和水蒸气 如果不进行精制 则矿尘 砷 硒等化合物会造成催化剂中毒 水蒸气的存在对生产和设备都有不良影响 3 b点与a点反应温度相同 但压强是a的10倍 增大压强虽然可提高so2的转化率 但一个大气压下so2的转化率已经达到97 增加到10个大气压so2转化率增加程度并不大 但增加压强 对设备的要求提高 消耗的能量增大 因此so2的氧化过程采用常压更经济 c点温度低于a点 虽然c点so2转化率高 但是温度降低 反应速率减慢 且催化剂的催化作用受影响 由于在450 时 催化剂的活性最高 反应达平衡的时间短 因此选用450 4 热交换器可以把so2氧化放出的热量预热进入接触室的气体 冷却生成的气体 使反应进行得更完全 二 合成氨工业的原理分析适宜条件的选择要考虑实际生产中的动力 材料 设备等因素 以取得最佳经济效益 1 压强 2 温度 3 催化剂 使用催化剂可加快化学反应速率 但不影响化学平衡移动 采用以铁为主的催化剂 4 循环操作 合成氨转化率较低 要采用循环操作 混合气体通过冷凝器 使氨液化 将氨分离出来 并将没有完全反应的n2和h2经过循环压缩机 再送入合成塔 使其被充分利用 合成氨工业发展的研究方向有两个方面 合成氨原料中的氮气来源广泛 扩大氢气原料的来源以降低成本 反应过程中的工艺条件常决定于催化剂的性能 研究高效的新型催化剂 以改变反应条件 微典通关2 某化学学习小组决定在实验室模拟工业生产原理制备少量氨气 设计了如下实验 连接好装置并检查实验装置的气密性后 制备少量氢气并检验氢气纯度 用氢气将空气中的氧气消耗掉 得到氢气与氮气的混合气体 用铁触媒催化使氢气与氮气反应生成氨气 检验氨气的生成 检验氢气纯度的目的是 上述各装置的接口正确的连接顺序为 操作 时 弹簧夹a b c的开 关情况为 如何判断氧气已经完全被消耗掉 在步骤 中 先加热铁触媒 后通混合气体的原因是 反应管d中发生反应的化学方程式是 防止因为氢气不纯而发生爆炸 关闭弹簧夹b c 打开a 氢气在c瓶内燃烧 火焰熄灭时 证明氧气完全被消耗掉 铁触媒在较高温度时活性增大 加快氨合成的反应速率 若有氨气生成 现象为 该装置 填 有 或 无 缺点 若填有 改进措施为 e中溶液变红 有 氢气与氮气的混合气体应该先通过干燥装置 再发生反应 后应连接一个吸收氨气的装置 解析 点燃易燃气体时 若气体中混有空气 氧气 点燃会发生爆炸 故点燃之前一定要检验纯度 根据实验步骤的先后 可确定各装置的接口顺序为 用氢气将空气中的氧气消耗掉时 应该关闭弹簧夹b c 打开a 点燃氢气 当火焰熄灭时 则氧气被消耗掉 由于铁触媒有一定的活性温度要求 故先加热铁触媒 再通混合气体 若产生氨气 溶于水显碱性 会使e中溶液变红 为防止催化剂发生中毒 应该在反应前把氢气与氮气的混合气体干燥 另外氨气是一种污染性气体 不能直接排入大气中 应该设有尾气处理装置 三 工业制碱1 原料氨碱法 食盐 氨气 石灰石 经煅烧生成生石灰和二氧化碳 联合制碱法 食盐 氨气 二氧化碳 合成氨厂的废气 2 主要反应原理二者基本相同 3 生产过程第一步 二者基本相同 将nh3通入饱和食盐水形成氨盐水 再通入co2生成nahco3沉淀 经过滤 洗涤得到nahco3微小晶体 再煅烧制得纯碱产品 其滤液是含有nh4cl和nacl的溶液 联合制碱法 在低温条件下 向滤液中加入细粉状的氯化钠 并通入氨气 可以使氯化铵单独结晶沉淀析出 经过滤 洗涤和干燥即得氯化铵产品 此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液 已基本上是氯化钠的饱和溶液 可循环使用 4 综合评价 1 氨碱法 优点 原料 食盐和石灰石 便宜 产品纯碱的纯度高 副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用 制造步骤简单 适合于大规模生产 缺点 原料食盐的利用率低 大约70 74 其余的食盐随cacl2溶液作为废液被抛弃 过程中产生了没多大用途且难以处理的cacl2 2 联合制碱法 使食盐的利用率提高到96 以上 应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱 另外它综合利用了合成氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子 同时生产出两种可贵的产品 纯碱和氯化铵 过程中不生成没多大用途 又难以处理的cacl2 减少了对环境的污染 并且大大降低了纯碱和氮肥的成本 充分体现了大规模联合生产的优越性 微典通关3 纯碱一直以来都是工业生产的重要原料 很长一段时期中纯碱的制法都被欧美国家所垄断 上个世纪初 我国著名的工业化学家侯德榜先生 经过数年的反复研究终于发明了优于欧美制碱技术的联合制碱法 又称侯氏制碱法 并在天津建立了我国第一家具有独立研发技术的制碱厂 其制碱原理的流程如下 1 侯德榜选择天津作为制碱厂的厂址有何便利条件 举两例说明 2 合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体x和y 其化学式分别为 这两种气体在使用过程中是否需要考虑通入的顺序 填 是 或 否 原因是 原料丰富 运输便利 co2 nh3 是 氨气在水中溶解度大 先通氨气后通co2 产生碳酸氢铵多 有利于碳酸氢钠析出 3 在沉淀池中发生的反应的化学方程式为 4 使原料水中溶质的利用率从70 提高到90 以上 主要是设计了 填上述流程中的编号 从母液中提取的副产品的应用是 举一例 nacl co2 nh3 h2o nahco3 nh4cl 循环 制氮肥 解析 1 侯氏制碱法是以nh3 食盐水 co2为原料制纯碱 天津属沿海城市 原料丰富 交通便利 2 由制碱工业的原料可知需要的气体为nh3和co2 制碱时应先向饱和食盐水中通入溶解度大的nh3 再通入足量co2 相当于用nh3 h2o吸收co2 这样反应更充分 吸收co2效果更好 有利于产生大量nh4hco3 3 沉淀池中发生反应 nh3 nacl co2 h2o nahco3 nh4cl nahco3溶解度小 以沉淀形式析出 4 母液中有大量nh4cl 原料水中溶质为nacl 设计循环 可提高na 的利用率 母液中nh4cl提取后可制氮肥 对点微练 重要的化工生产1 下列化工生产中不涉及氧化还原反应的是 a 工业合成nh3b 接触法制h2so4c 氯碱工业d 联合制碱 解析 联合制碱 未涉及元素化合价变化 答案 d 应用微提升 2 在nh3 h2so4的工业生产中 具有的共同特点是 a 使用h2作原料b 使用吸收塔设备c 使用催化剂d 使用尾气吸收装置 答案 d 3 工业生产纯碱的工艺流程示意图如下 完成下列填空 1 粗盐水加入沉淀剂a b除杂质 沉淀剂a来源于石灰窑厂 写出a b的化学式 a b ca oh 2或cao na2co3 2 实验室提纯粗盐的实验操作依次为 取样 沉淀 冷却结晶 烘干 3 工业生产纯碱工艺流程中 碳酸化时产生的现象是 碳酸化时没有析出碳酸钠晶体 其原因是 4 碳酸化后过滤 滤液d最主要的成分是 填写化学式 检验这一成分的阴离子的具体方法是 溶解 过滤 蒸发 过滤 有晶体析出 或出现浑浊 碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大 nh4cl 取样 加硝酸酸化 加硝酸银溶液 有白色沉淀产生 则该阴离子是氯离子 5 氨碱法流程中氨是循环使用的 为此 滤液d加入石灰水产生氨 加石灰水后所发生的反应的离子方程式为 滤液d加石灰水前先要加热 原因是 6 产品纯碱中含有碳酸氢钠 如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数 纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为 注明你的表达式中所用的有关符号的含义 解析 此题考查了物质的提纯 化学实验基本操作 实验结果的处理等知识 1 沉淀剂a来源于石灰窑 说明其是生石灰或熟石灰 粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去 2 实验室提纯粗盐的整个操作过程为 取样 溶解 沉淀 过滤 蒸发 冷却结晶 过滤 烘干 3 纯碱生产中碳酸化时 会看到溶液中析出晶体 析出的晶体不是碳酸钠晶体 这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠 4 根据操作过程 碳酸化后溶液中主要是nh4cl 检验其中的氯离子时 要经过取样 加硝酸酸化 加硝酸银溶液有白色沉淀产生 则该阴离子是氯离子 对点微练 化学与技术的发展4 某工厂用caso4 nh3 h2o co2制备 nh4 2so4 其工艺流程如图所示 下列推断不合理的是 a 直接蒸干滤液得到纯净的 nh4 2so4b 生成1mol nh4 2so4至少消耗2molnh3c co2可被循环使用d 往甲中通入co2有利于 nh4 2so4生成 5 普钙是目前使用最广泛的磷肥 其主要成分是 a ca5 po4 3fb ca h2po4 2 h2o和caso4c ca3 po4 2和cahpo4d cahpo4和ca h2po4 2 解析 普钙的主要成分是ca h2po4 2 h2o和caso4 答案 b 真题微探 1 2015 课标全国 氯化亚铜 cucl 广泛应用于化工 印染 电镀等行业 cucl难溶于醇和水 可溶于氯离子浓度较大的体系 在潮湿空气中易水解氧化 以海绵铜 主要成分是cu和少量cuo 为原料 采用硝酸铵氧化分解技术生产cucl的工艺过程如下 回答下列问题 1 步骤 中得到的氧化产物是 溶解温度应控制在60 70 原因是 2 写出步骤 中主要反应的离子方程式 3 步骤 包括用ph 2的酸洗 水洗两步操作 酸洗采用的酸是 写名称 4 上述工艺中 步骤 不能省略 理由是 cuso4或cu2 温度低溶解速度慢 温度过高铵盐分解 硫酸 醇洗有利加快去除cucl表面水分 防止其水解氧化 5 步骤 都要进行固液分离 工业上常用的固液分离设备有 填字母 a 分馏塔b 离心机c 反应釜d 框式压滤机 6 准确称取所制备的氯化亚铜样品mg 将其置于过量的fecl3溶液中 待样品完全溶解后 加入适量稀硫酸 用amol l 1的k2cr2o7溶液滴定到终点 消耗k2cr2o7溶液bml 反应中cr2o被还原为cr3 样品中cucl的质量分数为 bd 3 cucl溶于盐酸和硝酸 所以应该用硫酸洗涤 4 利用醇洗能加快去除cucl表面的水分 防止其水解氧化 5 工业上常用的固液分离设备有离心机和压滤机 即b d项正确 2 2015 课标全国 苯酚和丙酮都是重要的化工原料 工业上可用异丙苯氧化法生产苯酚和丙酮 其反应和工艺流程示意图如下 相关化合物的物理常数回答下列问题 1 在反应器a中通入的x是 2 反应 和 分别在装置 和 中进行 填装置符号 3 在分解釜c中加入的y为少量浓硫酸 其作用是 优点是用量少 缺点是 腐蚀设备 o2 或空气 a c 催化剂 提高反应速率 4 反应 为 填 放热 或 吸热 反应 反应温度应控制在50 60 温度过高的安全隐患是 5 中和釜d中加入的z最适宜的是 填标号 已知苯酚是一种弱酸 a naohb caco3c nahco3d cao 6 蒸馏塔f中的馏出物t和p分别为 和 判断的依据是 7 用该方法合成苯酚和丙酮的优点是 c 放热 可能会导致 过氧化物 爆炸 原子利用率高