高考化学一轮复习 第14章 第1讲 化学与工农业生产课件.ppt

选考部分选考部分 第十四章第十四章化学与技术化学与技术 第第1讲讲 化学与工农业生产化学与工农业生产 导导 航航 高高 考考考考 点点 突突 破破随随 堂堂 演演 练练自自 我我 诊诊 断断课课 时时 作作 业业1．了解化学在水处理中的应用2．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义3．了解精细化工产品的生产特点、精细化工在社会发展中的作用4．了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用考纲解读考纲解读 本讲内容重点考查：1．硫酸工业、合成氨工业中的反应原理、原料、主要设备、生产工艺流程及尾气处理2．侯氏制碱法的生产原理及工艺流程3．硝酸工业中的反应原理、原料及尾气处理4．化学反应速率理论和勒夏特列原理在化工生产中的应用5．日常生活、化工生产中的环境污染和防护考向分析考向分析 •一、化工生产过程中的基本问题•1．依据化学反应原理确定生产过程•(1)关于工业制硫酸的反应原理及过程，可从以下几方面考虑：•①原料应该是自然界存在的含硫的物质，如硫黄、黄铁矿等；•②生产H2SO4的主要化学过程可以分成SO2的生成和SO2转化为SO3两个阶段。

•(2)工业上制硫酸主要分造气、催化氧化和吸收三个阶段•基础知识梳理2．生产中原料的选择工业生产某种化工产品，选择原料时要从多方面去考虑，如化学反应原理、厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、贮存、运输、预处理成本及环境保护等3．生产中反应条件的控制对二氧化硫的催化氧化：(1)温度条件2)压强条件3)催化剂4．生产中的三废处理(以硫酸生产为例)(1)尾气吸收①硫酸生产尾气成分：SO2；②处理试剂：石灰水、硫酸2)污水处理3)废渣的利用5．能量的充分利用2．合成氨的基本生产过程三个步骤：造气、净化、合成1)制备合成氨的原料气；(2)原料气的净化；(3)氨的合成与分离3．合成氨工业的发展(1)原料及原料气的净化；(2)催化剂的改进；(3)环境保护废渣：用作建材和肥料的原料废气：主要是H2S和CO2等有害气体废液：主要是含氰化物和含氨的污水三、纯碱的生产1．氨碱法生产纯碱氨碱法也称索尔维制碱法，其原料是：食盐、氨和二氧化碳1)制取碳酸氢钠和氯化铵(2)制取碳酸钠(3)氨碱法生产纯碱的优缺点①氨碱法的优点：原料便宜易得，产品纯度高、氨和部分二氧化碳可以循环使用、制造步骤简单②氨碱法的缺点：食盐的利用率低(约70%)，约有30%的NaCl留在母液中；产生了当时认为无用的氯化钙。

2．联合制碱法(又称侯氏制碱法)(1)将制碱中含氯的废液与合成氨过程中的二氧化碳废气加以回收、利用，制成纯碱和氯化铵化肥，使氨碱法与合成氨两大工业联合起来2)原料是食盐、氨和二氧化碳3)联合制碱法的优点：①氯化钠的利用率达96%以上；②综合利用了合成氨厂的二氧化碳；③节省了设备；④没有难以处理的氯化钙废料四、化肥和农药1．化肥为农作物补充必要的营养元素农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和钾肥2．常见杀菌剂和消毒剂(1)农药石硫合剂：石灰和硫黄配制2)波尔多液：硫酸铜和石灰配制(3)含氯化合物666(六氯化苯)和DDT(难代谢，污染环境)4)植物生长调节剂：例如乙烯可以催熟果实5)常用消毒剂：酒精溶液、碘酒、双氧水、高锰酸钾溶液、氯系消毒剂(氯气、漂白粉、二氧化氯)、过氧乙酸溶液等3．化肥、农药的合理使用与环境保护(1)农药主要用于对有害生物的防治，但它们对周围生物群落的影响是广泛而复杂的，如能毒害水生生物和污染水源等；(2)不合理施用化肥会影响土壤的酸碱性和土壤结构；过量的化肥会随着雨水流入河流和湖泊，造成水体富营养化，产生水华等污染现象五、表面活性剂与精细化学品1．肥皂可以用来去油污(1)肥皂的去污原理①肥皂的成分：肥皂的化学成分为高级脂肪酸的钠盐或钾盐。

②去污原理：在洗涤衣物时，肥皂、油污与水之间发生润湿、乳化和起泡三种主要作用而达到去污的目的2．合成洗涤剂(1)表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠：(2)洗涤剂主要成分是表面活性剂，是能够发挥去污作用的主要物质，还含有助剂、杀菌剂、织物柔顺剂等辅助成分3．肥皂与合成洗涤剂的比较(1)肥皂不适合在硬水中使用，而合成洗涤剂使用不受限制；(2)合成洗涤剂去污能力更强，并且适合洗衣机使用；合成洗涤剂的原料便宜；(3)制造合成洗涤剂的主要原料是石油裂解产品(烷烃、苯)，而制造肥皂的主要原料是油脂；(4)合成洗涤剂在自然界中不易被细菌分解，大量使用造成了水体污染，尤其含磷洗涤剂造成水体富营养化4．精细化学品及其生产特点(1)精细化学品具有品种多、批量小、产值高等特点2)精细化工具有技术密集、附加值高等特点，主要体现在精细化学品研发阶段投资高、生产工艺流程长、原料多、反应复杂和条件要求严格等方面，还具有技术保密性强、专利垄断性强等特点•一、合成硫酸•1．三原料：硫磺(或黄铁矿)、空气、水•2．三阶段和三反应•(1)造气：S(s)＋O2(g)===SO2(g)•ΔH＝－297 kJ/mol•4FeS2(s)＋11O2(g)===2Fe2O3(s)＋8SO2(g)•ΔH＝－3 412 kJ/mol•考点一4．三工艺：(1)热交换；(2)逆流操作；(3)原料的循环利用。

5．三条件(1)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2)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，而常压下的转化率已很高，实际生产采用常压操作3)适当过量的空气：目的是提高SO2的转化率6．“三废”处理和能量综合利用(1)“三废”处理方法①尾气吸收：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O，CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O②废水处理：根据杂质性质的不同，采用不同的化学方法，如酸碱中和法、重金属离子沉淀法③废渣利用：制砖或制造水泥，提炼贵重有色金属2)能量的充分利用硫酸生产中的反应热可用于预热即将参加反应的SO2，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)二、化学原理在H2SO4生产中的应用1．增大反应速率的措施(1)升高温度；(2)使用催化剂；(3)燃料在沸腾炉中燃烧时，使原料粉碎，增大与空气的接触面积[例1]工业制硫酸生产流程如下图：(1)在催化反应室，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有________。

A．升高温度　　　　　　B．减小压强C．不断补充空气　　　D．及时分离出SO3(2)在生产中，为提高催化剂效率采取了哪些措施？________A．净化气体B．控制温度在400 ℃～500 ℃C．增大催化剂与反应气体的接触面积D．不断补充空气(4)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2 7%、O2 11%、N2 82%在500 ℃，0.1 MPa条件下达到平衡时，各种气体的体积比为V(SO2)∶V(SO3)∶V(O2)∶V(N2)＝0.46∶6.5∶7.7∶82，则SO2的利用率为________5)生产硫酸过程中的尾气通常用氨水吸收，请写出该反应的化学反应方程式__________________________________________(5)生产H2SO4的尾气成分主要是SO2、N2、O2等，其中SO2既是大气污染物，又是生产H2SO4的原料，用氨水作吸收剂主要目的是吸收SO2[答案](1)C、D　(2)A、B、C(3)<　在1 atm和298 K条件下，2 mol SO2和1 mol O2完全反应生成2 mol SO3，放出196.6 kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，所以放出的热量小于196.6 kJ(4)93.4%　(5)2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O①工业上用98%的H2SO4溶液吸收SO3，是因为用水吸收会产生酸雾，腐蚀设备。

②煅烧黄铁矿制得的炉气中含有三种有害杂质：矿尘，砷、硒等化合物，水蒸气；对应三个净化过程：除尘、水洗和干燥，避免催化剂中毒特别提醒特别提醒 •考点二工业合成氨工业合成氨 (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2．“三废”处理(1)废渣：主要是煤渣和炭黑，可用作制造肥料的原料和建筑材料2)废气：主要是H2S、SO2和CO2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酸铵的原料3)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请回答下列问题：(1)第②步除需要催化剂这个条件外，还需要的条件是____________________________________________2)第①步操作中的原料气体的“净化”目的是__________________，第③步操作的目的是__________________________________________。

(3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来这种分离物质的方法的原理类似于下列哪种方法？________(填编号)a．过滤　　　B．蒸馏c．分馏　　　D．萃取你做出这个判断的理由是____________________________________________________________________________________[答案](1)高温、高压　(2)防止催化剂中毒，失去活性，提高原料的利用率　使N2、H2循环利用，提高原料利用率　(3)b　通过温度的改变而改变物质的状态，达到使物质分离的目的，是蒸馏的原理•1．原料•(1)氨碱法：食盐、氨气、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)•(2)联合制碱法：食盐、氨气、二氧化碳(合成氨厂的废气)•考点三(2)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溶液，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：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，但原料食盐的利用率低，过程中产生了没多大用途且难以处理的CaCl2。

2)联合制碱法：食盐的利用率较高，综合利用了合成氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时生产出两种重要的产品——纯碱和氯化铵；过程中不生成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[例3]我国化学家侯德榜，改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：(1)上述生产纯碱的方法称________，副产品的一种用途为__________________________2)沉淀池中发生的化学反应方程式是__________________________________________3)写出上述流程中X物质的化学式________4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了________(填上述流程中的编号)，从沉淀池中取出沉淀的操作是________[答案](1)联合制碱法或侯德榜制碱法　制化肥(其他合理答案也可)(2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓(或NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl)(3)CO2　(4)循环Ⅰ　过滤(5)稀硝酸和硝酸银溶液　(6)a、c1.在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入大量瓷环。

下列有关SO3说法中，错误的是(　　)A．从①处通入SO3，整个吸收操作采取逆流的形式B．从②处喷下浓硫酸，瓷环的作用是增大接触面积C．从③处导出的气体只含有少量SO2，可直接排入大气D．从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的硫酸[答案]C[解析]选项C，SO2是一种大气污染物，需回收利用 2．下列有关肥皂的叙述中错误的是(　　)A．肥皂与纯碱的去污原理相同B．肥皂可以加速油污在水中的分散C．肥皂是油脂在碱性条件下水解生成的D．肥皂主要成分的分子中含有亲油基团和亲水基团[答案]A[解析]A中纯碱的去污原理是碱性条件使油污水解，去污原理与肥皂不同；其他均为正确的叙述3．海洋中有丰富的食品、矿产、能源和水产资源等(如下图所示)，[答案]B[解析]氯碱工业是指在工业上电解饱和氯化钠溶液制备氢氧化钠与氯气、氢气，再进一步生产一系列化工产品，A项错误；反应④为：Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，溴元素被还原，C选项错误；粗盐提纯的顺序中要特别注意Na2CO3溶液在BaCl2溶液后面加入，D选项错误4．侯氏制碱法的步骤如下：试回答下列问题：(1)若上述悬浊液中含NaHCO3和NH4Cl，则Ⅰ和Ⅱ两步反应的总反应方程式为__________________。

2)由上面的反应原理可知NaCl比NaHCO3的溶解度________3)操作Ⅰ、Ⅱ不能颠倒的原因是____________________________________________________________________________________4)Ⅲ的操作叫________，Ⅳ的操作叫________[解析]侯氏制碱法是利用在饱和食盐水中使氨饱和之后，再通入CO2，这时发生反应NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，此反应制得NH4HCO3的溶解度非常大，但由于溶液中Na＋浓度也很大，而NaHCO3溶解度较小，故形成沉淀而析出：NaCl＋NH4HCO3===NaHCO3↓＋NH4Cl因为NaHCO3仍有一定的溶解度，所以NaCl不能全部变成NaHCO3将析出的沉淀加热，即可以得到Na2CO3[答案](1)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl　(2)大(3)CO2的溶解度太小，若在饱和食盐水中先通入足量CO2，由于溶解的CO2量太少，再通入NH3时，几乎得不到NaHCO3、NH4Cl(4)过滤　加热5．利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下：依据上述流程，完成下列填空：(1)天然气脱硫时的化学方程式是__________________________________________。

2)n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9 n mol，产生H2________mol(用含n的代数式表示)3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是________A．相似相溶原理B．勒夏特列原理　C．酸碱中和原理(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于________(写出CO2的一种重要用途)5)整个流程有三处循环，一处是Fe(OH)3的循环，另一处是K2CO3(aq)的循环，请在上述流程中标出第三处循环(循环方向、循环物质)[答案](1)3H2S＋2Fe(OH)3===Fe2S3＋6H2O(2)2.7 n　(3)B(4)生产纯碱(或作制冷剂等)[解析](1)流程图中已给出反应物是H2S和Fe(OH)3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4没有参加反应，写出方程式配平即可2)写出反应的方程式CH4＋H2O===CO＋3H2，可知产生的H2为CO的3倍3)CO2为气体，利用勒夏特列原理，增加压强有利于平衡右移5)合成氨是一个可逆反应，N2和H2的转化率低，可以循环利用6．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__________________________________________(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下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__________________________________________、__________________________________________(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[解析](2)煅烧黄铁矿制得的炉气中含有矿尘、砷、硒等的化合物，水蒸气；应对炉气进行除尘、水洗和干燥，避免催化剂中毒3)由图可知，该反应在低温下进行SO2转化率高，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。

在高压下进行也有利于该反应正向进行，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，而常压下的转化率已很高，实际生产采用常压操作4)SO2和O2反应为放热反应，而经净化后的炉气需要加热，故可通过热交换器，对冷的SO2、O2加热，达到充分利用能源的作用(3)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)利用反应放出的热量预热原料气体　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。