人教新课标版高二《走进化学工业》知识点集锦

选修2《化学与技术》第一单元走进化学工业知识点集锦【课题1化学生产过程中的基本问题】硫酸工业——接触法制硫酸三原料：黄铁矿(FeS2)或硫（S）、空气、％的H2SO4。三反应（原理）：⑴SO2的制取4FeS2（s）+11O2(g)====2Fe2O3(s)+8SO2(g)（高温）△H＜0（早期使用）或S（s）+O2（g）====SO2(g)（点燃）△H＜0（现在大多使用）黄铁矿主要成分是FeS2，在燃烧前需粉碎，增大和氧气的接触面积，使燃烧速率加快且更充分，提高原料利用率。但由于该反应在生产中产生的废弃物太多，处理成本高，这一工艺在逐渐被淘汰。该反应在沸腾炉中进行，从炉内出来的气体叫炉气，成分为SO2、O2、N2、H2O及矿尘，砷、硒化合物等。其中砷、硒化合物和矿尘能使催化剂中毒，可通过除尘、洗涤等方法除去；水蒸气对设备和生产有不良影响，可通过干燥除去。⑵SO2的催化氧化2SO2（g）+O2(g)====2SO3(g)(催化剂、可逆)△H＜0此反应是一个可逆反应，正反应是气体体积减小的放热反应，由化学平衡理论可知，在较低温度下进行有利，但温度低时催化剂活性不高，反应速率低，实际生产中选择常压下400℃-500℃进行，化学反应速率和SO2的平衡转化率都比较理想。在接触室的两层催化剂之间装上一个热交换器，把反应生成的热传递给进入接触室需要预热的炉气，同时冷却反应后生成的气体。⑶SO3的吸收SO3（g）+H2O（l）====H2SO4（l）△H＜0工业上并不用水直接吸收SO3，而是用质量分数为％的H2SO4做吸收剂，因为SO3与水蒸气很容易形成酸雾，从而降低了SO3的吸收率，也就是说这样可以避免形成酸雾并提高吸收率。同时采用逆流吸收，硫酸从塔底放出。三设备：沸腾炉、接触室、吸收塔。三阶段：①造气；②接触氧化；③SO3的吸收。三净化：①除尘；②洗涤；③干燥。生产过程及注意事项：造气将矿石粉碎“沸腾”，对炉气进行净化和干燥处理（防止催化剂中毒）。接触氧化选择适宜条件：℃-500℃；b.常压；c.使用催化剂。应用热交换原理。三氧化硫的吸收：a.用％的H2SO4吸收；b.原料的循环利用；c.尾气的净化、回收处理。厂址的选择：硫酸是一种强腐蚀性液体，不宜大量贮存和长途运输；生产设备易腐蚀，寿命较短，同时废渣、废液、废气排放量大，污染环境。因此厂址宜靠近原料供应地和产品销售地，有充足的水源保证和热能供应，靠近交通运输线，不要建在人口密集的居民区、旅游景点和文物保护区，地震、洪水等自然灾害多发区。废气、废渣的利用：⑴（法一：教材中推荐的方法）尾气中的SO2可用石灰水吸收，使其生成CaSO3，然后再用硫酸处理，生成SO2和CaSO4，这样得到的SO2含量较高，可返回用作原料。SO2+Ca(OH)2====CaSO3+H2OCaSO3+H2SO4====CaSO4+SO2↑+H2O⑵（法二：）尾气中的SO2用氨水吸收，生成的(NH4)2SO4作化肥，SO2循环利用。SO2+NH3+H2O====NH4HSO3SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO32NH4HSO3+H2SO4====(NH4)2SO4+2SO2↑+2H2O(NH4)2SO3+H2SO4====(NH4)2SO4+SO2↑+H2O废水用石灰乳中和：Ca(OH)2+H2SO4====CaSO4+2H2O废渣可用于制砖、制水泥、回收有色金属等综合利用。【课题2人工固氮技术——合成氨】氨的工业合成原理：N2（g）+3H2（g）====2NH3（g）△H＜0(高温、高压、催化剂、可逆)合成氨适宜条件的选择：外加条件要尽可能加快反应速率，提高反应进行的程度。反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中氨的含量的影响合成氨条件的选择增大压强有利于增大化学反应率有利于提高平衡混合物中氨的含量压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备等要求高，因此，工业上一般采用10MPa-30MPa的压强升高温度有利于增大化学反应率不利于提高平衡混合物中氨的含量温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中氨的含量，因此合成氨时温度要适宜。工业上一般采用400-500℃左右的温度并且在这个温度时，催化剂的活性最大使用催化剂有利于增大化学反应率没有影响工业上一般采用铁触媒，使反应能在较低温度下较快的进行合成氨的基本生产过程：造气制备合成氨的原料气；合成氨所需氮气都取自空气。从空气中制取氮气通常有两种方法：一是将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气；另一是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得到氮气。氢气则来源于水和碳氢化合物。可以将水蒸气通过赤热的煤（或焦炭）层，使水蒸气与碳反生化学反应生成一氧化碳和氢气：C+H2O====CO+H2(高温)石油、天然气、焦炉气（炼焦厂副产的气体）、炼厂气（石油炼制厂副产的气体）等都含有大量的碳氢化合物，这些碳氢化合物在一定条件下，可以与氧气或水蒸气反应生成一氧化碳。二氧化碳和氢气。例如，在900-1000℃时，甲烷与水蒸气在催化剂（Al2O3+Ni）作用下发生化学反应：CH4+H2O====3H2+CO(催化剂、高温)CH4+2H2O====4H2+CO2(催化剂、高温)净化原料气净化处理；合成氨需要纯净的氮气和氢气。在制取原料气的过程当中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”，所以必须除去，这一过程称为原料气的净化。例如用稀氨水吸收H2S杂质：NH3·H2O+H2S====NH4HS+H2O另外，制造原料气过程中产生的CO必须变成CO2除去。工业生产中在催化剂（如Fe2O3和CuO等）作用下，一氧化碳可以与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气：CO+H2O====CO2+H2要除去二氧化碳，常采用K2CO3溶液吸收K2CO3+CO2+H2O====2KHCO3最后，原料气还需要经过精制处理，如用醋酸、铜和氨配制成的溶液吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害气体。合成使原料气进行化学反应合成氨。意义：开辟了人工固氮的途径，对整个化工技术的发展产生了重大影响。研究方向：研制具有较强抗毒能力的催化剂；研制在较低温度下合成氨的催化剂；研究化学模拟生物固氮技术。【课题3纯碱的生产】三、纯碱工业1、氨碱法（索尔维制碱法）生产纯碱：此法所用原料为食盐、氨和二氧化碳（来自碳酸钙），生产过程如下。⑴将二氧化碳通入含氨的饱和食盐溶液中，可得到碳酸氢钠和氯化铵：NH3+CO2+H2O====NH4HCO3NaCl+NH4HCO3====NaHCO3↓+NH4Cl⑵制取碳酸钠2NaHCO3====Na2CO3+CO2↑+H2O↑(加热)2、联合（侯德榜）制碱法：我国化工专家侯德榜提出将氨碱法与合成氨联合生产的改进工艺，这就是联合制碱法也称侯氏制碱法。NaCl+NH3+CO2+H