高三化學一輪復習 第1講 化學與工農業(yè)生產課件 魯科版化學選修2

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1、第第1講化學與工農業(yè)生產講化學與工農業(yè)生產最新展示最新展示1.了解我國無機化工的生產資源和產品的主要種了解我國無機化工的生產資源和產品的主要種類。類。2.了解合成氨的主要原理、原料、重要設備、流了解合成氨的主要原理、原料、重要設備、流程和意義，認識催化劑的研制對促進化學工業(yè)發(fā)程和意義，認識催化劑的研制對促進化學工業(yè)發(fā)展的重大意義。展的重大意義。3.了解精細化工產品的生產特點，精細化工在社了解精細化工產品的生產特點，精細化工在社會發(fā)展中的作用。會發(fā)展中的作用。4.了解化學肥料、農藥等在農業(yè)生產中的作用。了解化學肥料、農藥等在農業(yè)生產中的作用。 熱點定位熱點定位1.硫酸工業(yè)、合成氨工業(yè)中的反應原理

2、、原料、主硫酸工業(yè)、合成氨工業(yè)中的反應原理、原料、主要設備、生產工藝流程及尾氣處理。要設備、生產工藝流程及尾氣處理。2.侯氏制堿法的生產原理及工藝流程。侯氏制堿法的生產原理及工藝流程。3.硝酸工業(yè)中的反應原理、原料及尾氣處理。硝酸工業(yè)中的反應原理、原料及尾氣處理。4.化學反應速率理論和勒夏特列原理在化工生產中化學反應速率理論和勒夏特列原理在化工生產中的應用。的應用。5.日常生活、化工生產中的環(huán)境污染與防護。日常生活、化工生產中的環(huán)境污染與防護。一、硫酸的工業(yè)合成 1主要原料：硫黃主要原料：硫黃(或黃鐵礦或黃鐵礦)、空氣和、空氣和98.3%濃硫酸濃硫酸 2化學原理與硫酸工業(yè)生產流程 3化學原理在

3、化工生產中的應用 (1)三個反應條件的確定三個反應條件的確定溫度溫度400500 ：根據(jù)平衡移動原理，應在低溫下進行，但低：根據(jù)平衡移動原理，應在低溫下進行，但低溫時催化劑的活性不高，反應速率低，實際生產中采用溫時催化劑的活性不高，反應速率低，實際生產中采用400500 的溫度。的溫度。常壓：根據(jù)平衡移動原理，應在高壓下進行，但增大壓強對常壓：根據(jù)平衡移動原理，應在高壓下進行，但增大壓強對SO2的轉化率提高不大，且加壓會增大成本和能量消耗，而常壓下的的轉化率提高不大，且加壓會增大成本和能量消耗，而常壓下的轉化率已很高，實際生產采用常壓操作。轉化率已很高，實際生產采用常壓操作。適當過量的空氣：目

4、的是提高適當過量的空氣：目的是提高SO2的轉化率。的轉化率。 (2)逆流原理的應用逆流原理的應用沸騰爐中原料從爐頂落下，熱空氣從爐底吹入，使原料與助燃氣體充分接觸，反應充分進行；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)熱交換原理的應用熱交換原理的應用由于2SO2O2 2SO3是放熱反應，在接觸室內使用熱交換器，使反應后熱的氣體預熱作為接觸室的原料氣，達到節(jié)約能源，降低生產成本的目的。(4)循環(huán)操作原理的應用循環(huán)操作原理的應用由于2SO2O2 2SO3是可逆反應，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

5、率，同時減少廢氣排放。 4“三廢三廢”處理和能量綜合利用處理和能量綜合利用(1)“三廢三廢”處理方法處理方法尾氣吸收：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2OCaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O廢水處理：根據(jù)雜質性質的不同，采用不同的化學方法，如酸堿中和法、重金屬離子沉淀法。廢渣利用：制磚或制造水泥，提煉貴重有色金屬。(2)能量的充分利用能量的充分利用硫酸生產中的反應熱可用于預熱反應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)。【溫馨提示溫馨提示】 (1)工業(yè)上用98.3%的H2SO4吸收SO3，是因為用水吸收會產生酸霧，腐蝕設備。 (2)煅燒黃鐵礦制得的爐氣中含有

6、三種有害雜質：礦塵，砷、硒的化合物等，水蒸氣；對應三個凈化過程：除塵、水洗和干燥，避免催化劑中毒。工業(yè)上生產硫酸時，利用催化氧化反應將SO2轉化為SO3是一個關鍵步驟。壓強及溫度對SO2轉化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分數(shù)為：SO2 7%，O2 11%，N2 82%)：(1)已知SO2的催化氧化是放熱反應，如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結論？_；(2)在400500 時，SO2的催化氧化采用常壓而不是高壓，主要原因是_；(3)選擇適宜的催化劑，是否可以提高SO2的轉化率？_(填“是”或“否”)，是否可以增大該反應所放出的熱量？_(填“是”或“否”)；(4)為提高SO3的吸收率，實際生產中用_吸收

7、SO3；(5)已知：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJ/mol，計算每生產一萬噸98%硫酸所需要的SO3的質量和由SO2生產這些SO3所放出的熱量。【名師解析名師解析】可逆反應：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJmol1分析表格中數(shù)據(jù)：(1)壓強相同時，升高溫度，SO2的轉化率減小，故升溫，上述反應的平衡向逆反應方向移動，則正反應方向為放熱反應。(2)400500 范圍內常壓下SO2的轉化率在97.8%以上，故不需要再采用高壓措施。(3)催化劑只能加快反應速率，提高單位時間內的產量，不能提高SO2的轉化率及反應過程中放出的熱量。(4)實際生產中，不是

8、用H2O吸收SO3，而是用98%的濃硫酸吸收，可以避免形成酸霧并提高吸收率。(5)一萬噸98%的H2SO4溶液中含H2SO4的質量：9.8109 gSO3H2SO4H8098196.60.5m(SO3)9.8109 gQm(SO3)8.0109 g8.0103 t，Q9.83109(kJ)?！敬鸢复鸢浮?1)壓強一定時，溫度升高，SO2的轉化率下降，說明升溫有利于向逆反應方向進行，所以正反應為放熱反應(2)增大壓強對提高SO2的轉化率無顯著影響，反而會增加成本(3)否否(4)濃硫酸(5)8.0103 t9.83109 kJ【歸納點評歸納點評】(1)催化劑只能改變可逆反應的化學反應速率，而不會使

9、其平衡發(fā)生移動，故不能提高SO2的轉化率及反應過程中放出的熱量。(2)對于可逆反應，其熱化學方程式中的焓變是指可逆反應進行到底的熱效應，計算時根據(jù)方程式按比例計算即可。二、人工固氮技術二、人工固氮技術合成氨合成氨1主要原料：燃料(煤、天然氣、石油)、空氣和水2生產原理：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)，該反應特點：可逆、放熱、體積減小。3原料氣的制取(1)N2來源于空氣。(2)H2來源于水與碳的產物或碳氫化合物碳與H2O：CH2O COH2；COH2O CO2H2甲烷與H2O：CH4H2O CO3H2；COH2O CO2H24適宜條件的選擇適宜條件的選擇(1)理論條件分析加快化學反加快化

10、學反應速率應速率促進化學平促進化學平衡右移衡右移濃度濃度增大反應物增大反應物濃度濃度增大反應物增大反應物濃度濃度壓強壓強增大壓強增大壓強增大壓強增大壓強溫度溫度升高溫度升高溫度降低溫度降低溫度催化劑催化劑使用催化劑使用催化劑(2)實際生產條件實際生產條件生產中常使廉價易得的原料適當過量，以提高另一原料的利用率，如氮氣與氫氣的配比為1.07 3。壓強增大壓強1030 MPa溫度升高溫度400500 【溫馨提示溫馨提示】(1)電解食鹽水也可提供原料氣：氫氣。(2)選擇生產條件時要考慮實際生產中的原料來源、動力、材料、設備等因素，以取得最佳經(jīng)濟效益。催化劑使用催化劑可加快化學反應速率，但不影響化學平

11、衡采用以鐵為主的催化劑。循環(huán)操作合成氨轉化率較低，要采用循環(huán)操作?；旌蠚怏w通過冷凝器，使氨液化，將氨分離出來，并將沒有完全反應的N2和H2經(jīng)過循環(huán)壓縮機，再送入合成塔，使其被充分利用。利用天然氣合成氨的工藝流程示意圖如下：依據(jù)上述流程，完成下列填空：(1)天然氣脫硫時的化學方程式是_。(2)n mol CH4經(jīng)一次轉化后產生CO 0.9n mol，產生H2_ mol。(用含n的代數(shù)式表示)(3)K2CO3(aq)和CO2反應在加壓下進行，加壓的理論依據(jù)是_。A相似相溶原理B勒夏特列原理C酸堿中和原理(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于_(寫出CO2的一種重要用途)。(5)整個流程有三處循

12、環(huán)，一是Fe(OH)3循環(huán)，二是K2CO3(aq)循環(huán)，請在上述流程圖中標出第三處循環(huán)(循環(huán)方向、循環(huán)物質)。【名師解析名師解析】(1)流程圖中已給出反應物是H2S和Fe(OH)3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4沒有參與反應，寫出方程式再配平即可。(2)寫出此反應的方程式：CH4H2O=CO3H2，就很容易地看出產生H2應為30.9n mol2.7n mol。(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CO2用途的記憶，寫出任一種用途即可。(5)合成氨反應是一可逆反應，H2和N2的轉化率低，必須循環(huán)利用?！敬鸢复鸢浮?1)3H2S2Fe(OH)3=F

13、e2S36H2O(2)2.7n(3)B(4)生產純堿(或作制冷劑等，其他合理答案也可以)(5)三、純堿的生產三、純堿的生產氨堿法氨堿法聯(lián)合制堿法聯(lián)合制堿法原料原料食鹽、氨氣、石灰石食鹽、氨氣、石灰石(經(jīng)經(jīng)煅燒后生成煅燒后生成CO2和和CaO)食鹽、氨氣、二氧化碳食鹽、氨氣、二氧化碳原理原理NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2ONaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2O生生產產過過程程制備氨鹽水制備氨鹽水通通CO2析出析出NaHCO3晶晶體并煅燒體并煅燒NaHCO3得到得到Na2CO3向濾液向濾液(含

14、含NaCl、NH4Cl)中通入中通入CO2后，與后，與石灰乳混合，回收氨氣石灰乳混合，回收氨氣制備氨鹽水制備氨鹽水通通CO2析出析出NaHCO3晶體晶體并煅燒并煅燒NaHCO3得到得到Na2CO3向濾液向濾液(含含NaCl、NH4Cl)中加中加NaCl粉末并通入氨氣粉末并通入氨氣析出析出NH4Cl，回收飽和食鹽，回收飽和食鹽水水優(yōu)點優(yōu)點原料便宜，步驟簡單原料便宜，步驟簡單原料利用率高，同時得到原料利用率高，同時得到氮肥氮肥NH4Cl缺點缺點產生大量產生大量CaCl2，食鹽利，食鹽利用率低用率低氨堿法氨堿法聯(lián)合制堿法聯(lián)合制堿法比利時人索爾維以NaCl、CO2、H2O為原料生產Na2CO3，叫做索

15、爾維法。其主要步驟是：在NH3飽和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3再將NaHCO3焙燒制得純堿，CO2循環(huán)使用析出小蘇打的母液中加入生石灰，NH3循環(huán)使用我國著名化學家侯德榜對索爾維法做了改進，用NaCl固體代替生石灰，加入母液中使NH4Cl晶體析出，生產出純堿和氯化銨，這便是舉世聞名的“侯氏制堿法”。試回答：(1)向母液中通入氨氣的作用和目的是_。(2)在NH3飽和的NaCl溶液中通入CO2的化學反應方程式為_。(3)不能在NaCl溶液中通入CO2制取NaHCO3的原因是_?！久麕熃馕雒麕熃馕觥恳驗樘妓岬乃嵝员塞}酸弱(CO2與NaCl不反應)且CO2的溶解度也小，所以應向飽和氯化鈉

16、溶液中首先通入氨氣，然后再通入二氧化碳氣體，從而產生碳酸氫鈉沉淀。侯氏制堿法優(yōu)點在于可作為化肥的NH4Cl析出，減少無用的CaCl2，保證原料NaCl充分利用，沒有廢渣，減少污染。(4)析出小蘇打的母液中加入生石灰的反應方程式是_。(5)侯氏制堿法與索爾維法相比其優(yōu)點是_?！敬鸢复鸢浮?1)向母液中通入氨氣，利用氨在水中極易溶解的性質，增加溶液吸收CO2的量，最終生成較大濃度的HCO3(2)NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl(3)碳酸的酸性比鹽酸弱，CO2與NaCl不反應，CO2的溶解度也小(4)2NH4ClCaOH2O=2NH3H2OCaCl2(5)可作為化肥的NH4Cl析出

17、，減少無用的CaCl2，原料NaCl充分利用，沒有廢渣，減少污染四、化肥、農藥和表面活性劑四、化肥、農藥和表面活性劑1常見化肥(1)農業(yè)生產常用肥料：農業(yè)生產中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和鉀肥，目前使用最廣的磷肥是過磷酸鈣，簡稱普鈣，主要成分是Ca(H2PO4)2H2O和CaSO4；農業(yè)上常用的鉀肥有草木灰、氯化鉀、硫酸鉀和硝酸鉀等。(2)常見化肥的制造原理：尿素的生產原理是將氨與二氧化碳反應生成氨基甲酸銨，再使氨基甲酸銨脫水得到尿素。涉及的反應有：2NH3CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4H2NCONH2H2O；硝酸銨的生產原理是利用氨催化氧化得到的硝酸，再跟氨反應生成硝酸銨

18、。涉及的反應有：4NH35O2催化劑高溫4NO6H2O、2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO、NH3HNO3=NH4NO3。2化肥、農藥帶來的環(huán)境問題及應對措施(1)化肥對土壤和環(huán)境造成的不良影響：如在同一塊地上長期單施氮肥如硫酸銨，往往造成土壤板結，肥力下降；在酸性土壤中連續(xù)施用生理酸性肥料，會使土壤酸性加重，影響作物正常生長；過量施用氮肥還會造成環(huán)境污染等。應對措施：合理施用化肥也可以避免土壤結構的破壞和環(huán)境的污染。(2)農藥對土壤和環(huán)境造成的不良影響：一是有毒有害物質對農產品造成污染，造成食品安全問題；二是農藥生產對自然環(huán)境造成污染，帶來了嚴重的環(huán)境問題；三是農藥對生物群

19、落的影響廣泛而復雜。應對措施：研發(fā)環(huán)境友好的綠色農藥。3常見殺菌劑和消毒劑(1)農藥石硫合劑：石灰和硫黃配制。(2)波爾多液：硫酸銅和石灰配制。(3)含氯化合物666(六氯化苯)和DDT(難代謝，污染環(huán)境)。(4)植物生長調節(jié)素：例如乙烯可以催熟果實。(5)常用消毒劑：酒精溶液、碘酒、雙氧水、高錳酸鉀溶液、氯系消毒劑(氯氣、漂白粉、二氧化氯)、過氧乙酸溶液等。4表面活性劑(1)肥皂去污原理：肥皂溶于水時解離出RCOO，RCOO中的COO易溶于水，R易溶于油。生產原理(2)合成洗滌劑十二烷基苯磺酸鈉C12H25 SO3Na洗滌劑：主成分是表面活性劑(如十二烷基苯磺酸鈉)，還含有助洗劑、殺菌劑等輔助成分?！緶剀疤崾緶剀疤崾尽糠试砼c合成洗滌劑的比較：(1)肥皂不適合在硬水中使用，而合成洗滌劑使用不受限制。(2)合成洗滌劑去污能力更強，并且適合洗衣機使用；合成洗滌劑的原料便宜。(3)制造合成洗滌劑的主要原料是石油裂解產品(烷烴、苯)，而制造肥皂的主要原料是油脂。(4)合成洗滌劑在自然界中不易被細菌分解，大量使用造成了水體污染，尤其含磷洗滌劑造成水體富營養(yǎng)化。