高中化學(xué)：《化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)》課件2 魯科版選修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)三個反應(yīng)條件的確定①溫度400～500℃：根據(jù)平衡移動原理，應(yīng)在低溫下進(jìn)行，但低溫時催化劑的活性不高，反應(yīng)速率低，實(shí)際生產(chǎn)中采用400～500℃的溫度。②常壓：根據(jù)平衡移動原理，應(yīng)在高壓下進(jìn)行，但增大壓強(qiáng)對SO2的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率已很高，實(shí)際生產(chǎn)采用常壓操作。③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(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。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(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，是因為用水吸收會產(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；對應(yīng)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(chǎn)硫酸時，利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個關(guān)鍵步驟。壓強(qiáng)及溫度對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，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)ΔH＝－196.6kJ/mol，計算每生產(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)ΔH＝－196.6kJmol－1分析表格中數(shù)據(jù)：(1)壓強(qiáng)相同時，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，則正反應(yīng)方向為放熱反應(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：9.8109gSO3～H2SO4～ΔH8098196.60.5m(SO3)9.8109gQm(SO3)＝＝8.0109g＝8.0103t，Q＝＝9.83109(kJ)。,【答案】(1)壓強(qiáng)一定時，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)對提高SO2的轉(zhuǎn)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(diǎn)評】(1)催化劑只能改變可逆反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率，而不會使其平衡發(fā)生移動，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)，計算時根據(jù)方程式按比例計算即可。,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衔铫偬寂cH2O：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(shí)際生產(chǎn)條件①生產(chǎn)中常使廉價易得的原料適當(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。②壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)—??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(chǎn)條件時要考慮實(shí)際生產(chǎn)中的原料來源、動力、材料、設(shè)備等因素，以取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。,④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。⑤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(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(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：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(xué)家侯德榜對索爾維法做了改進(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】因為碳酸的酸性比鹽酸弱(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===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(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)2H2O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(jié)，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(yīng)對措施：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)藥對土壤和環(huán)境造成的不良影響：一是有毒有害物質(zhì)對農(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)藥對生物群落的影響廣泛而復(fù)雜。應(yīng)對措施：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(chǎn)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(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,