高中化学 走进化学工业（第6课时）单元复习小结三案一课学案 新人教版选修2-新人教版高二选修2化学学案

第6课时走进化学工业单元复习小结学案【知识建构】【专题突破】1.在学习理念上，化学与技术、技术与生产相结合，生产与环保相结合，现代技术与技术创新相结合。2.在学习方式上，比较制备硫酸、合成氨和制备纯碱，比较索尔维制碱法和侯氏制碱法，比较化学原理、生产过程、经济效益、对环境的影响等等。3.在学习内容上，在认识化工基本常识的同时，掌握以硫酸、氨、纯碱等为中心的化学物质的知识。学习分析与解决问题的技能，学习创新的思路。专题一：化学工业生成与环境保护【教师点拨】随着经济的发展，环境保护问题越来越引起人们的重视。在工业生产(包括其他各类物质的生产)过程中，之所以出现对环境的污染，一条基本原因是物质使用效率不高所致，资源未全部变成产品，很多是作为有害废物排到环境中去了。如果物尽其用，在生产过程中不产生废物，或者将产生废物再变为原料循环使用，就不会对环境造成污染了。这样，不仅防止了环境污染问题，而且可促使经济持续发展。1.绿色化学有关概念

（1）核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。

绿色化学的理想在于不再使用有毒有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，这是一门从源头上阻止污染的化学。

（2）绿色化学的研究主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的,因此化学反应及其产物具有以下特征：

A.采用无毒、无害的原料；

B.在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行；

C.产品应该是环境友好的；

D.具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。此外，它还应当满足“物美价廉”的传统标准。

2.原子经济性

原子经济性在化学合成特别是有机合成中，减少废物的关键是提高选择性问题，即选择最佳反应途径，使反应物原子尽可能多地转化成产物原子，最大限度地减少副产物，才会真正减少废物的生成。美国著名有机化学家TROST在1991年首先提出“原子经济性”的概念：认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中（如完全的加成反应：A+B=C），达到零排放。原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为：原子利用率=。经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。【例1】下列哪一项符合“绿色化学”的原则(

)A.排放前对废气、废水、废渣进行无害化处理B.在化学生产中少用或不用有害物质以及少排放或不排放有害物质C.在化工生产中，尽量避免使用任何化学物质D.在化工厂范围多种草种树，努力构建花园式工厂【解析】绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。绿色化学的原则是少排放污染物或者不排放污染物，不是排放了污染再去治理污染。选项A中，不是从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，还是排放了污染物，选项A错；选项B中，符合绿色化学的原则，选项B对；选项C中，绿色化学的原则是尽可能的把反应物的原子全部转化为期望的最终产物，化工生产中，不使用化学物质是不可能的，选项C错；选项D中，是治理污染的方法之一，选项D错；正确答案为B。【答案】B【即学即练1】在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是（）①置换反应②化合反应③分解反应④取代反应⑤加成反应⑥消去反应⑦加聚反应⑧缩聚反应A.①②⑤B.②⑤⑦C.只有⑦⑧D.只有⑦1.B【解析】①③④⑥⑧产物都不是一种，所以不符合题意，反应物中的原子全部转化为欲制得的产物；②⑤⑦生成物就一种，符合题意。专题二应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法【教师点拨】化工生产选择适宜条件的原则化工生产选择适宜条件的目的是尽可能加快反应速率和提高反应进行的程度，依据外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律确定，其原则是：（1）对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率。故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。（2）对气体分子数减少的反应，增大总压使平衡向增加生成物的方向移动。但压强太大，动力消耗、设备要求、成本均增高，故必须综合考虑。（3）对放热反应，升温能提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，故需使用适当的催化剂。对吸热反应，升温能加快反应速率，又能提高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解。（4）使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必须注意其活性温度范围，且防止催化剂“中毒”，延长使用寿命。工业生产中既要考虑尽量增大反应物转化率，充分利用原料又要选择较快的反应速率，提高单位时间产率。以上两点就是选择反应条件的出发点，当二者发生矛盾时，要结合具体情况辩证分析，找出最佳反应条件。【例2】合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：Cu(NH3)2Ac+CO+NH3Cu(NH3)3Ac·COΔH<0(1)必须除去原料气中CO的原因是________________________________________________。(2)醋酸二氨合铜（Ⅰ）吸收CO的生产适宜条件应是______________________________。(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复且吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生生产的适宜条件应是___________________________________________________________________。【解析】吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应。对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关知识解答。【答案】（1）防止合成塔中的催化剂中毒（2）低温、高压（3）高温、低压【即学即练2】钾是—种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为：Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)ΔH＞0压强(kPa)13.3353.32101.3K的沸点(℃)590710770Na的沸点(℃)700830890KCl的沸点(℃)

1437NaCl的沸点(℃)

1465该反应的平衡常数可表示为：K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见上表。(1)在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为

，而反应的最高温度应低于

。(2)在制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是

。(3)常压下，当反应温度升高900℃时，该反应的平衡常数可表示为：K＝

2.(1)770℃

890℃；(2)降低压强或移去钾蒸气、适当升高温度(3)K＝c(K)/c(Na)【解析】金属的置换反应常见的是在水溶液中进行,而本题是在熔融状态下进行，根据平衡移动原理，只要反应不断向正反应方向进行即可。(1)从题给信息很容易看出：要生成钾必须满足钾为气态,而其它物质均不为气态即可，要想得到钾蒸汽，应达到沸点770℃,而又低于其它物质的沸点,故应低于890℃。(2)提高原料的利用率,即使平衡尽可能地向正反应方向移动，根据平衡特点，是气体分子数增加的吸热反应，因此可以采取的措施有：减小压强或适当升高温度或着将生成的钾蒸汽分离出来以减小生成物的浓度等方法。(3)当反应温度升高到900℃时，钾、钠均为气态，根据平衡常数的定义及其表达式可得：K＝c(K)/c(Na)。专题三化工生产及定量分析中的综合计算问题结合化工生产过程中的具体情景设置计算型问题是最近几年考查学生综合分析及计算能力的常见形式之一，化学定量分析中的计算也是高生应该掌握的重要内容。问题的重心主要在原料的投料比、转化率、定量分析等方面。在有关工业生产计算中，首先要理解以下几个概念（1）物质的纯度=（2）原料的利用率=实际利用原料量=（1－原料的损耗率）×实际投入原料总量（3）产品的产率=理论产量＞实际产量计算的简捷方法是抓住纯净物的量。即将原料量折算为实际参加反应的纯净物的量，求出产品的纯净物的量，再折算为不纯产品的量。多步反应一步计算的关键，是根据正确的各步反应的化学方程式，找出起始原料与最终产物之间的物质的量之比列出相应的关系式，然后进行计算。(4)解题规律：依据多步反应的化学方程式或元素的守恒原则，推导出起始原料与最终产物之间的定量关系式，一步求解。(5)解题注意①如所给反应物或生成物是不纯量，应先折算为纯量再进行计算。②给出某元素或某物的损失率，应先换算成转化率再进行计算。转化率=1-损失率。③某一化合物中元素的损失率=该化合物的损失率；中间产物的损失率=原料的损失率。在化工生产中，要制得最后的产品，往往要涉及多步反应，而且第一步反应的生成物往往是下一步反应的反应物，我们称之为连续反应，若要计算产物与原料量关系，不需要逐步计算，为了简便起见，可以根据方程式，找出起始反应物与最终生成物之间的量的关系（主要是物质的量的关系），最后进行一次性计算，简化运算过程，也可以据元素守恒推导关系式。在很多化学实验中，也涉及连续反应，现将常见的连续反应总结如下：1.工业制硫中FeS2与H2SO4的关系为FeS2～2H2SO42.工业制硝酸：方程式见上表，其中NH3与HNO3的关系为NH3～HNO3；3.工业合成氨：方程式见上表，其中C与N2，C与NH3的关系式分别为3C～N2～NH3说明：由于工业生产中的原料一般要循环利用，因此从理论上讲，主要元素如上反应中的S、N等元素守恒，不通过方程式，根据元素的守恒关系也可得出关系式。【例题3】黄铁矿的主要成分是FeS2，某硫酸厂在进行黄铁矿成分测定时，取100g样品在空气中充分燃烧，将生成的SO2气体与足量Fe2(SO4)3溶液完全反应后，用浓度为0200mol/L的K2Cr2O7标准溶液滴定至终点，消耗K2Cr2O7溶液25.00mL。已知：SO2＋2Fe3＋＋2H2O＝SO42－＋2Fe2＋＋4H＋；Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋＝2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。(1)样品中FeS2的质量分数是(假设杂质不参加反应)_____________________。(2)若燃烧6g纯净的FeS2产生的SO2全部转化为SO3气体时放出9.83kJ的热量，产生的SO3与水全部化合生成硫酸时放出13.03kJ的热量。写出接触室中发生反应的热化学方程式______________________________________。(3)煅烧10t上述黄铁矿，理论上可制得98%浓硫酸____________________t，SO2全部转化为硫酸时放出的热量是____________________kJ。【解析】根据题给两个反应可推出SO2与K2Cr2O7的物质的量的关系为3SO2～Cr2O72－，再根据煅烧黄铁矿反应式4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up15(高温))2Fe2O3＋8SO2可推出eq\f(3,2)FeS2～Cr2O72－所以n(FeS2)＝eq\f(3,2)n(Cr2O72－)＝eq\f(3,2)×02000mol·L－1×25.00×10－3L＝eq\f(3,4)×10－3mol所以(1)样品中FeS2的质量分数为eq\f(\f(3,4)×10－3mol×120g·mol－1,0.1000g)×100%＝900%。所以V(SO2)＝1.5×105mol×22.4L·mol－1＝3.36×10根据质量守恒可求出制得98%的硫酸质量为eq\f(1.5×105mol×98g·mol－1,98%×1×106g/t)＝15tSO2转化为H2SO4时放出的热量为两部分：一部分为SO2转化为SO3放出的，另一部分SO3转化为H2SO4时放出的，可分别求出后相加而得到答案。【答案】(1)900%(2)SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)ΔH＝－133kJ·mol－1(3)3.36×106153.43×107【即学即练3】为方便某些化学计算，有人将98%浓硫酸表示成下列形式，其中合理的是（）A.B.C．D.3.A【解析】假设原98%硫酸的质量为100g，则98%浓H2SO4中有纯H2SO498g，水2g。则H2SO4与H2O的物质的量之比为=，可判断A正确。练案A组（课堂反馈满分50分）一、选择题（每小题5分，共35分）1.“绿色化学”的主要内容之一是指从技术、经济上设计可行的化学反应，使原子充分利用，不产生污染物。下列化学反应符合“绿色化学”理念的是（）A.制CuSO4：Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑+2H2OB.制CuSO4：2Cu+O2=2CuO；Cu+H2SO4(稀)=CuSO4+H2OC.制Cu(NO3)2；Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2OD.制Cu(NO3)2；3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O1.B【解析】SO2、NO、NO2均为大气污染物。当n(Cu):n(H2SO4):n(CuSO4)=1：1：1、n(Cu):n(HNO3):n[Cu(NO3)2]=1:1:1时原子利用率最高。A、C、D产生污染物且原子利用率不高。2.下列工业生产所发生的化学反应不涉及氧化还原反应的是()A.用侯氏制碱法合成纯碱B.用二氧化硫制硫酸C.工业合成氨 D.从海水中提取单质溴2.A【解析】本题考查的是常见工业反应中的主要反应原理，较易。联合制碱法利用生成溶解度更小的碳酸氢钠，不属于氧化还原反应；B、C、D中都有氧化还原反应。3.根据“绿色化学”的思想，某化学家设计了下列化学反应步骤：①CaBr2+H2O=

CaO+2HBr②2HBr+Hg=

HgBr2+H2↑③HgBr2+CaO=

HgO+CaBr2④2HgO=

2Hg+O2↑该方案的目的是为了制备()A.HBrB.CaOC.H2D.Hg3.C【解析】将上述几个方程式相加，会发现CaBr2、Hg为催化剂,CaO、HBr、HgBr2、HgO皆为中间产物，总反应为H2O分解产生H2和O2，故选C。4.固硫剂是把煤燃烧时生成的二氧化硫以盐的形式固定在炉渣中的物质，可减少二氧化硫对大气的污染。下列物质中可用做固硫剂的有()A.CaOB.Na2CO3C.NH4NO3D.P24.A【解析】在高温条件下CaO＋SO2eq\o(=,\s\up8(高温))CaSO3,2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up8(高温))2CaSO4，从而起到固硫作用，B、C、D在该环境下，皆无法吸收SO2，故选A。5.在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是（）A.使用吸收塔设备B.使用尾气吸收装置C.使用H2作原料D.使用催化剂5.D【解析】N2+3H22NH34NH3+5O24NO+6H2O2SO2+O22SO3,故D正确。A：NH3生产中不使用吸收塔。B：NH3生产不用尾气吸收装置。C：H2SO4的工业生产中不使用H2作原料。6.下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是（）A.使用催化剂，使氮气和氢气的混合气体有利于合成氨B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应C.500℃D.合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率6.B【解析】使用催化剂能同等程度地加快v(正）、v（逆），而平衡不发生移动，A项不合题意；合成氨的反应是气体体积缩小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，B项符合题意；合成氨的反应是吸热反应，则低温才有利于平衡正向移动，实际生产中一般采用提高温度（500℃），是为了加快反应速率，且500℃时催化剂活性最大，故C项不符合题意；合成氨采用循环操作，并没有涉及化学平衡的移动，故7.某工厂用CaSO4、H2O、NH3、CO2制备(NH4)2SO4。其工艺流程如下：eq\x(CaSO4溶液)eq\o(→,\s\up8(足量NH3))eq\x(甲)eq\o(→,\s\up8(适量CO2))eq\x(乙)eq\o(→,\s\up8(过滤))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(滤液\o(→,\s\up8(提纯))NH42SO4,CaCO3\o(→,\s\up8(煅烧))生石灰))下列推断不合理的是()A.往甲中通CO2有利于(NH4)2SO4生成B.生成1mol(NH4)2SO4至少消耗2molNH3C.在实际生产中CO2可被循环使用D.直接蒸干滤液能得到纯净的(NH4)2SO47.D【解析】该反应原理为2NH3＋CO2＋H2O=(NH4)2CO3，CaSO4＋(NH4)2CO3=CaCO3↓＋(NH4)2SO4，CaCO3eq\o(=,\s\up8(煅烧))CaO＋CO2↑。直接蒸干会导致(NH4)2SO4分解。二、填空题（共15分）8.(6分)将6g某种铁的硫化物在氧气流里灼烧，使硫全部氧化为二氧化硫，再将所得二氧化硫全部氧化为三氧化硫，并与水反应完全转化为硫酸。这些硫酸恰好与40mL5mol/L氢氧化钠溶液中和，求铁的硫化物的化学式。8.FeS2【解析】m(S)=×32g/mol=32(g)(1分)m(Fe)=6g－32g=28g(1分)(2分)∴铁的硫化物化学式为FeS2(2分)9.(9分)现有一份“将二氧化硫转化为硫酸铵”的资料，摘录如下：“一个典型的实例：初步处理后的废气含2%的二氧化硫和10%的氧气(体积分数)。在400℃时废气以5m3·h－1的速率通过五氧化二钒催化剂层与20L·h－1的速率的氨气混合，再喷水，此时气体温度由400℃降至200℃，在热的结晶装置中得到硫酸铵晶体”(气体体积均折算为标准状况)，利用上述资料，用氨来除去工业废气中的SO2(1)按反应中的理论值，二氧化硫与氧气的物质的量之比为2∶1，该资料中这个比值是________，简述不采用2∶1的理由______________________________________。(2)通过计算，说明为什么废气以5m3·h－1的速率与20L·h－1(3)若某厂每天排放1×1049．(1)1∶50据化学平衡移动原理，过量的O2可提高SO2的转化率(2)废气中SO2的速率为1000L·m－3×5m3·h－1×2%＝10L·hV(SO2)∶V(NH3)＝10∶20＝1∶2恰好生成(NH4)2SO4(3)3.54t硫酸铵，91tNH3【解析】SO2转化为一可逆反应，为提高SO2的转化率可用过量的O2；据关系式SO2～SO3～2NH3～(NH4)2SO4可知废气中SO2与NH3应以1∶2通入。B组（课后拓展）1.为了在实验室利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下图所示的装置(图中夹持装置均已略去)。实验操作：①检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒，向长颈漏斗中注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气产生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。②关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如上图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。③用酒精灯加热反应管E，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。回答下列问题：a．检验氢气纯度的目的是______________________________________。b．C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是________，防止了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹b的原因是_____________________________________，C瓶内气体的成分是______________________________________。c．在步骤③中，先加热铁触媒的原因是________________________。反应管E中发生反应的化学方程式是______________________________________。1.a．通过检验H2的纯度证明E管中空气被排尽，同时也防止点燃氢气时发生爆炸b．A装置中液面下降，长颈漏斗中液面上升，反应停止使C瓶内气体进入E管中N2、H2、少量的CO2和水蒸气c．合成氨反应需加热，铁触媒在约500℃的温度下活性最大，故需先加热铁触媒N2＋3H2eq\o(,\s\up8(铁触媒),\s\do6(△))2NH3【解析】a．在该实验中，关闭弹簧夹a、b，打开弹簧夹c、d、e，H2可以进入E装置，排尽其中的空气，防止空气中的O2将E装置中铁触氧化，通过检验H2的纯度可以证明E装置中空气是否被排尽，同时在②步实验中要点燃H2，在点燃之前，也必须检验其纯度，防止爆炸。b．C瓶内水位下降，说明瓶内压强大于外界压强，会导致A装置中长颈漏斗液面上升，试管内液面下降，使酸液与Zn粒相脱离，停止反应。此时打开弹簧夹b，H2和N2混合气体在较大的压力作用下会通过导气管，经干燥后进入E管。由于空气中的O2与H2反应了，所以C瓶内气体的成分是N2、H2及少量的CO2和水蒸气。c．N2与H2的反应需要加热，铁触媒最大活性的适宜温度约为500℃。因此，要在将N2、H2混合气体通入E之前加热铁触媒。2.某化肥厂以氨和空气（其中氧气的体积分数为2）为原料生产硝酸铵过程如下：其中反应①为4NH3＋5O24NO＋6H2O⑴步骤②中发生了两个反应，将这两个化学方程式合并为一个化学方程式，可表示为_____________________________________。⑵若不考虑副反应且各步反应均完全，为使生产过程中不再补充空气，则原料气中氨（包括第③步被硝酸吸收的氨）的体积分数最大值为____________。⑶假设实际生产中，反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b，反应③中氨的利用率为c、硝酸的利用率为100％，则合成硝酸铵的整个流程中，氨的总利用率是。2.（1）4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3（2）1/6（或16.7%）（3）【解析】该问题前两个问题主要考查学生对若干个反应进行加和后得到总的变化结果的方法，大多数同学都可以顺利解决，最后一问则考查有关利用率问题，稍有难度。合并方程4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3①

4NH3＋5O2=4NO＋6H2O②NH3+HNO3=NH4NO3③可得到8NH3＋8O2=4H2O+4NH4NO3、所以NH3与O2体积比最大为1:1,即原料中氨气最大体积为，2/(10+2)=1/6。解法一：假设消耗NH3的总物质的量为1mol，其中用于制取HNO3的NH3的物质的量为xmol，被HNO3吸收的NH3的物质的量为ymol，则有：x＋y＝1、abx＝cy。解得：x＝y＝氨的总利用率＝（xab＋yc）／1＝解法二：假设第①步参加反应的氨气的物质的量为4mol，则：生成硝酸的物质的量4abmol；第③步需要氨气的物质的量为mol；氨的总利用率＝＝3.纯碱在日