高中化學(xué)：《化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)》課件3 魯科版化學(xué)選修2

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第1講化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 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(xué)原理與硫酸工業(yè)生產(chǎn)流程 3 化學(xué)原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 1 三個(gè)反應(yīng)條件的確定 溫度400 500 根據(jù)平衡移動(dòng)原理 應(yīng)在低溫下進(jìn)行 但低溫時(shí)催化劑的活性不高 反應(yīng)速率低 實(shí)際生產(chǎn)中采用400 500 的溫度 常壓 根據(jù)平衡移動(dòng)原理 應(yīng)在高壓下進(jìn)行 但增大壓強(qiáng)對(duì)SO2的轉(zhuǎn)化率提高不大 且加壓會(huì)增大成本和能量消耗 而常壓下的轉(zhuǎn)化率已很高 實(shí)際生產(chǎn)采用常壓操作 適當(dāng)過量的空氣 目的是提高SO2的轉(zhuǎn)化率 2 逆流原理的應(yīng)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?xì)怏w充分接觸 反應(yīng)充分進(jìn)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(yīng)用由于2SO2 O22SO3是放熱反應(yīng) 在接觸室內(nèi)使用熱交換器 使反應(yīng)后熱的氣體預(yù)熱作為接觸室的原料氣 達(dá)到節(jié)約能源 降低生產(chǎn)成本的目的 4 循環(huán)操作原理的應(yīng)用由于2SO2 O22SO3是可逆反應(yīng) 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(shí)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 尾氣吸收 SO2 Ca OH 2 CaSO3 H2OCaSO3 H2SO4 CaSO4 SO2 H2O 廢水處理 根據(jù)雜質(zhì)性質(zhì)的不同 采用不同的化學(xué)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 能量的充分利用硫酸生產(chǎn)中的反應(yīng)熱可用于預(yù)熱反應(yīng)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?yàn)橛盟諘?huì)產(chǎn)生酸霧 腐蝕設(shè)備 2 煅燒黃鐵礦制得的爐氣中含有三種有害雜質(zhì) 礦塵 砷 硒的化合物等 水蒸氣 對(duì)應(yīng)三個(gè)凈化過程 除塵 水洗和干燥 避免催化劑中毒 工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時(shí) 利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個(gè)關(guān)鍵步驟 壓強(qiáng)及溫度對(duì)SO2轉(zhuǎn)化率的影響如下表 原料氣各成分的體積分?jǐn)?shù)為 SO27 O211 N282 1 已知SO2的催化氧化是放熱反應(yīng) 如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結(jié)論 2 在400 500 時(shí) 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(zhuǎn)化率 填 是 或 否 是否可以增大該反應(yīng)所放出的熱量 填 是 或 否 4 為提高SO3的吸收率 實(shí)際生產(chǎn)中用 吸收SO3 5 已知 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 6kJ mol 計(jì)算每生產(chǎn)一萬噸98 硫酸所需要的SO3的質(zhì)量和由SO2生產(chǎn)這些SO3所放出的熱量 名師解析 可逆反應(yīng) 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 6kJ mol 1分析表格中數(shù)據(jù) 1 壓強(qiáng)相同時(shí) 升高溫度 SO2的轉(zhuǎn)化率減小 故升溫 上述反應(yīng)的平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) 則正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng) 2 400 500 范圍內(nèi)常壓下SO2的轉(zhuǎn)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(yīng)速率 提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量 不能提高SO2的轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)過程中放出的熱量 4 實(shí)際生產(chǎn)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(zhì)量 9 8 109gSO3 H2SO4 H8098196 6 0 5m SO3 9 8 109gQm SO3 8 0 109g 8 0 103t Q 9 83 109 kJ 答案 1 壓強(qiáng)一定時(shí) 溫度升高 SO2的轉(zhuǎn)化率下降 說明升溫有利于向逆反應(yīng)方向進(jìn)行 所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 2 增大壓強(qiáng)對(duì)提高SO2的轉(zhuǎn)化率無顯著影響 反而會(huì)增加成本 3 否否 4 濃硫酸 5 8 0 103t9 83 109kJ 歸納點(diǎn)評(píng) 1 催化劑只能改變可逆反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率 而不會(huì)使其平衡發(fā)生移動(dòng) 故不能提高SO2的轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)過程中放出的熱量 2 對(duì)于可逆反應(yīng) 其熱化學(xué)方程式中的焓變是指可逆反應(yīng)進(jìn)行到底的熱效應(yīng) 計(jì)算時(shí)根據(jù)方程式按比例計(jì)算即可 二 人工固氮技術(shù) 合成氨1 主要原料 燃料 煤 天然氣 石油 空氣和水2 生產(chǎn)原理 N2 g 3H2 g 2NH3 g 該反應(yīng)特點(diǎn) 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(chǎn)物或碳?xì)浠衔?碳與H2O C H2OCO H2 CO H2OCO2 H2 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(shí)際生產(chǎn)條件 生產(chǎn)中常使廉價(jià)易得的原料適當(dāng)過量 以提高另一原料的利用率 如氮?dú)馀c氫氣的配比為1 07 3 壓強(qiáng)增大壓強(qiáng) 10 30MPa 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(chǎn)條件時(shí)要考慮實(shí)際生產(chǎn)中的原料來源 動(dòng)力 材料 設(shè)備等因素 以取得最佳經(jīng)濟(jì)效益 催化劑使用催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率 但不影響化學(xué)平衡 采用以鐵為主的催化劑 循環(huán)操作合成氨轉(zhuǎn)化率較低 要采用循環(huán)操作 混合氣體通過冷凝器 使氨液化 將氨分離出來 并將沒有完全反應(yīng)的N2和H2經(jīng)過循環(huán)壓縮機(jī) 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(shí)的化學(xué)方程式是 2 nmolCH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO0 9nmol 產(chǎn)生H2 mol 用含n的代數(shù)式表示 3 K2CO3 aq 和CO2反應(yīng)在加壓下進(jìn)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(gè)流程有三處循環(huán) 一是Fe OH 3循環(huán) 二是K2CO3 aq 循環(huán) 請(qǐng)?jiān)谏鲜隽鞒虉D中標(biāo)出第三處循環(huán) 循環(huán)方向 循環(huán)物質(zhì) 名師解析 1 流程圖中已給出反應(yīng)物是H2S和Fe OH 3 生成物是Fe2S3和H2O CH4沒有參與反應(yīng) 寫出方程式再配平即可 2 寫出此反應(yīng)的方程式 CH4 H2O CO 3H2 就很容易地看出產(chǎn)生H2應(yīng)為3 0 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(duì)CO2用途的記憶 寫出任一種用途即可 5 合成氨反應(yīng)是一可逆反應(yīng) H2和N2的轉(zhuǎn)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(chǎn)純堿 或作制冷劑等 其他合理答案也可以 5 三 純堿的生產(chǎn) 比利時(shí)人索爾維以NaCl CO2 H2O為原料生產(chǎn)Na2CO3 叫做索爾維法 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(xué)家侯德榜對(duì)索爾維法做了改進(jìn) 用NaCl固體代替生石灰 加入母液中使NH4Cl晶體析出 生產(chǎn)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(xué)反應(yīng)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?yàn)樘妓岬乃嵝员塞}酸弱 CO2與NaCl不反應(yīng) 且CO2的溶解度也小 所以應(yīng)向飽和氯化鈉溶液中首先通入氨氣 然后再通入二氧化碳?xì)怏w 從而產(chǎn)生碳酸氫鈉沉淀 侯氏制堿法優(yōu)點(diǎn)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(yīng)方程式是 5 侯氏制堿法與索爾維法相比其優(yōu)點(diǎn)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(zhì) 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(yīng) CO2的溶解度也小 4 2NH4Cl CaO H2O 2NH3 H2O 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(nóng)藥和表面活性劑1 常見化肥 1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常用肥料 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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 2 H2O和CaSO4 農(nóng)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(chǎn)原理是將氨與二氧化碳反應(yīng)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(yīng)有 2NH3 CO2H2NCOONH4 H2NCOONH4H2NCONH2 H2O 硝酸銨的生產(chǎn)原理是利用氨催化氧化得到的硝酸 再跟氨反應(yīng)生成硝酸銨 涉及的反應(yīng)有 4NH3 5O2催化劑高溫4NO 6H2O 2NO O2 2NO2 3NO2 H2O 2HNO3 NO NH3 HNO3 NH4NO3 2 化肥 農(nóng)藥帶來的環(huán)境問題及應(yīng)對(duì)措施 1 化肥對(duì)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(jié) 肥力下降 在酸性土壤中連續(xù)施用生理酸性肥料 會(huì)使土壤酸性加重 影響作物正常生長 過量施用氮肥還會(huì)造成環(huán)境污染等 應(yīng)對(duì)措施 合理施用化肥也可以避免土壤結(jié)構(gòu)的破壞和環(huán)境的污染 2 農(nóng)藥對(duì)土壤和環(huán)境造成的不良影響 一是有毒有害物質(zhì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品造成污染 造成食品安全問題 二是農(nóng)藥生產(chǎn)對(duì)自然環(huán)境造成污染 帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題 三是農(nóng)藥對(duì)生物群落的影響廣泛而復(fù)雜 應(yīng)對(duì)措施 研發(fā)環(huán)境友好的綠色農(nóng)藥 3 常見殺菌劑和消毒劑 1 農(nóng)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(diào)節(jié)素 例如乙烯可以催熟果實(shí) 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(shí)解離出RCOO RCOO 中的 COO 易溶于水 R易溶于油 生產(chǎn)原理 2 合成洗滌劑 十二烷基苯磺酸鈉C12H25SO3Na 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(qiáng) 并且適合洗衣機(jī)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(chǎn)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(xì)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(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全