高中化學：《化學與工農業(yè)生產》課件2 魯科版選修2

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,歡迎進入化學課堂,第1講化學與工農業(yè)生產,,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．化學原理與硫酸工業(yè)生產流程,,3．化學原理在化工生產中的應用(1)三個反應條件的確定①溫度400～500℃：根據平衡移動原理，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400～500℃的溫度。②常壓：根據平衡移動原理，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，而常壓下的轉化率已很高，實際生產采用常壓操作。③適當過量的空氣：目的是提高SO2的轉化率。,,,(2)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)熱交換原理的應用由于2SO2＋O22SO3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)操作原理的應用由于2SO2＋O22SO3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，提高原料利用率，同時減少廢氣排放。,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。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】(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為：SO27%，O211%，N282%)：,(1)已知SO2的催化氧化是放熱反應，如何利用表中數據推斷此結論？__________________________________________________________________________________________________；(2)在400～500℃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SO3；(5)已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ/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】可逆反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJmol－1分析表格中數據：(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)400～500℃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：9.8109gSO3～H2SO4～ΔH8098196.60.5m(SO3)9.8109gQm(SO3)＝＝8.0109g＝8.0103t，Q＝＝9.83109(kJ)。,【答案】(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)8.0103t9.83109kJ,【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，計算時根據方程式按比例計算即可。,二、人工固氮技術——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①碳與H2O：C＋H2OCO＋H2；CO＋H2OCO2＋H2②甲烷與H2O：CH4＋H2OCO＋3H2；CO＋H2OCO2＋H2,4．適宜條件的選擇(1)理論條件分析,(2)實際生產條件①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。②壓強增大壓強—??10～30MPa③溫度升高溫度—??400～500℃,【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，以取得最佳經濟效益。,④催化劑使用催化劑可加快化學反應速率，但不影響化學平衡?采用以鐵為主的催化劑。⑤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)nmolCH4經一次轉化后產生CO0.9nmol，產生H2______mol。(用含n的代數式表示)(3)K2CO3(aq)和CO2反應在加壓下進行，加壓的理論依據是________。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】(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：CH4＋H2O===CO＋3H2，就很容易地看出產生H2應為30.9nmol＝2.7nmol。(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。,【答案】(1)3H2S＋2Fe(OH)3===Fe2S3＋6H2O(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,比利時人索爾維以NaCl、CO2、H2O為原料生產Na2CO3，叫做索爾維法。其主要步驟是：①在NH3飽和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3②再將NaHCO3焙燒制得純堿，CO2循環(huán)使用③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________________________________________________________________________________________________________________________________________________。,【名師解析】因為碳酸的酸性比鹽酸弱(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______________________________________________________________________。,【答案】(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)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl(3)碳酸的酸性比鹽酸弱，CO2與NaCl不反應，CO2的溶解度也小(4)2NH4Cl＋CaO＋H2O===2NH3H2O＋CaCl2(5)可作為化肥的NH4Cl析出，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：2NH3＋CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4H2NCONH2＋H2O；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。涉及的反應有：4NH3＋5O2催化劑高溫4NO＋6H2O、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、NH3＋HNO3===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①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。②生產原理,(2)合成洗滌劑①十二烷基苯磺酸鈉C12H25SO3Na②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。,【溫馨提示】肥皂與合成洗滌劑的比較：(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。,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,