高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第14章 第1講 化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

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1、 選考部分選考部分 第十四章第十四章化學(xué)與技術(shù)化學(xué)與技術(shù) 第第1講講 化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 導(dǎo)導(dǎo) 航航 高高 考考考考 點點 突突 破破隨隨 堂堂 演演 練練自自 我我 診診 斷斷課課 時時 作作 業(yè)業(yè)1了解化學(xué)在水處理中的應(yīng)用。2了解合成氨的主要原理、原料、重要設(shè)備、流程和意義，認(rèn)識催化劑的研制對促進(jìn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重大意義。3了解精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)特點、精細(xì)化工在社會發(fā)展中的作用。4了解化學(xué)肥料、農(nóng)藥等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。考綱解讀考綱解讀 本講內(nèi)容重點考查：1硫酸工業(yè)、合成氨工業(yè)中的反應(yīng)原理、原料、主要設(shè)備、生產(chǎn)工藝流程及尾氣處理。2侯氏制堿法的生產(chǎn)原理及工藝流程。3硝酸工業(yè)中的

2、反應(yīng)原理、原料及尾氣處理。4化學(xué)反應(yīng)速率理論和勒夏特列原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。5日常生活、化工生產(chǎn)中的環(huán)境污染和防護(hù)?？枷蚍治隹枷蚍治?一、化工生產(chǎn)過程中的基本問題 1依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理確定生產(chǎn)過程 (1)關(guān)于工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理及過程，可從以下幾方面考慮： 原料應(yīng)該是自然界存在的含硫的物質(zhì)，如硫黃、黃鐵礦等； 生產(chǎn)H2SO4的主要化學(xué)過程可以分成SO2的生成和SO2轉(zhuǎn)化為SO3兩個階段。 (2)工業(yè)上制硫酸主要分造氣、催化氧化和吸收三個階段?；A(chǔ)知識梳理2生產(chǎn)中原料的選擇工業(yè)生產(chǎn)某種化工產(chǎn)品，選擇原料時要從多方面去考慮，如化學(xué)反應(yīng)原理、廠址選擇、原料、能源、工業(yè)用水的供應(yīng)能力、貯存、運輸、預(yù)處

3、理成本及環(huán)境保護(hù)等。3生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制對二氧化硫的催化氧化：(1)溫度條件。(2)壓強條件。(3)催化劑。4生產(chǎn)中的三廢處理(以硫酸生產(chǎn)為例)(1)尾氣吸收硫酸生產(chǎn)尾氣成分：SO2；處理試劑：石灰水、硫酸。(2)污水處理。(3)廢渣的利用。5能量的充分利用2合成氨的基本生產(chǎn)過程三個步驟：造氣、凈化、合成。(1)制備合成氨的原料氣；(2)原料氣的凈化；(3)氨的合成與分離。3合成氨工業(yè)的發(fā)展(1)原料及原料氣的凈化；(2)催化劑的改進(jìn)；(3)環(huán)境保護(hù)。廢渣：用作建材和肥料的原料。廢氣：主要是H2S和CO2等有害氣體。廢液：主要是含氰化物和含氨的污水。三、純堿的生產(chǎn)1氨堿法生產(chǎn)純堿氨堿法也稱索

4、爾維制堿法，其原料是：食鹽、氨和二氧化碳。(1)制取碳酸氫鈉和氯化銨(2)制取碳酸鈉(3)氨堿法生產(chǎn)純堿的優(yōu)缺點氨堿法的優(yōu)點：原料便宜易得，產(chǎn)品純度高、氨和部分二氧化碳可以循環(huán)使用、制造步驟簡單。氨堿法的缺點：食鹽的利用率低(約70%)，約有30%的NaCl留在母液中；產(chǎn)生了當(dāng)時認(rèn)為無用的氯化鈣。2聯(lián)合制堿法(又稱侯氏制堿法)(1)將制堿中含氯的廢液與合成氨過程中的二氧化碳廢氣加以回收、利用，制成純堿和氯化銨化肥，使氨堿法與合成氨兩大工業(yè)聯(lián)合起來。(2)原料是食鹽、氨和二氧化碳。(3)聯(lián)合制堿法的優(yōu)點：氯化鈉的利用率達(dá)96%以上；綜合利用了合成氨廠的二氧化碳；節(jié)省了設(shè)備；沒有難以處理的氯化鈣廢

5、料。四、化肥和農(nóng)藥1化肥為農(nóng)作物補充必要的營養(yǎng)元素農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和鉀肥。2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)劑：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。3化肥、農(nóng)藥的合理使用與環(huán)境保護(hù)(1)農(nóng)藥主要用于對有害生物的防治，但它們對周圍生物群落的影響是廣泛而復(fù)雜的，如能毒害水生生物和污染水源等；(2)不合理施用化肥會影響土壤的酸堿性和土壤結(jié)構(gòu)；過

6、量的化肥會隨著雨水流入河流和湖泊，造成水體富營養(yǎng)化，產(chǎn)生水華等污染現(xiàn)象。五、表面活性劑與精細(xì)化學(xué)品1肥皂可以用來去油污(1)肥皂的去污原理肥皂的成分：肥皂的化學(xué)成分為高級脂肪酸的鈉鹽或鉀鹽。去污原理：在洗滌衣物時，肥皂、油污與水之間發(fā)生潤濕、乳化和起泡三種主要作用而達(dá)到去污的目的。2合成洗滌劑(1)表面活性劑如十二烷基苯磺酸鈉：(2)洗滌劑主要成分是表面活性劑，是能夠發(fā)揮去污作用的主要物質(zhì)，還含有助劑、殺菌劑、織物柔順劑等輔助成分。3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

7、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。4精細(xì)化學(xué)品及其生產(chǎn)特點(1)精細(xì)化學(xué)品具有品種多、批量小、產(chǎn)值高等特點。(2)精細(xì)化工具有技術(shù)密集、附加值高等特點，主要體現(xiàn)在精細(xì)化學(xué)品研發(fā)階段投資高、生產(chǎn)工藝流程長、原料多、反應(yīng)復(fù)雜和條件要求嚴(yán)格等方面，還具有技術(shù)保密性強、專利壟斷性強等特點。 一、合成硫酸 1三原料：硫磺(或黃鐵礦)、空氣、水 2三階段和三反應(yīng) (1)造氣：S(s)O2(g)=SO2(g) H297 kJ/mol 4FeS2(s)11O2(g)=2Fe

8、2O3(s)8SO2(g) H3 412 kJ/mol考點一4三工藝：(1)熱交換；(2)逆流操作；(3)原料的循環(huán)利用。5三條件(1)溫度：400500 ，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，實際生產(chǎn)中采用400500 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。6“三廢”處理和能量綜合利用(1)“三廢”處理方法尾氣吸收：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O，CaSO3H2SO4=CaSO

9、4SO2H2O。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)熱即將參加反應(yīng)的SO2，還可以由硫酸廠向外界輸出大量能量(供熱發(fā)電)。二、化學(xué)原理在H2SO4生產(chǎn)中的應(yīng)用1增大反應(yīng)速率的措施(1)升高溫度；(2)使用催化劑；(3)燃料在沸騰爐中燃燒時，使原料粉碎，增大與空氣的接觸面積。例1工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如下圖：(1)在催化反應(yīng)室，下列措施中有利于提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率的有_。A升高溫度B減小壓強C不斷補充空氣D及時分離出SO3(2)在生產(chǎn)中，為提高催化劑效率采取了哪些措

10、施？_。A凈化氣體B控制溫度在400 500 C增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積D不斷補充空氣(4)經(jīng)檢測生產(chǎn)硫酸的原料氣成分(體積分?jǐn)?shù))為SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在500 ，0.1 MPa條件下達(dá)到平衡時，各種氣體的體積比為V(SO2) V(SO3) V(O2) V(N2)0.46 6.5 7.7 82，則SO2的利用率為_。(5)生產(chǎn)硫酸過程中的尾氣通常用氨水吸收，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式_。(5)生產(chǎn)H2SO4的尾氣成分主要是SO2、N2、O2等，其中SO2既是大氣污染物，又是生產(chǎn)H2SO4的原料，用氨水作吸收劑主要目的是吸收SO2。答案(1)C、D(2)A、B、C(

11、3)在1 atm和298 K條件下，2 mol SO2和1 mol O2完全反應(yīng)生成2 mol SO3，放出196.6 kJ熱量，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行完全，所以放出的熱量小于196.6 kJ(4)93.4%(5)2NH3H2OSO2=(NH4)2SO3H2O工業(yè)上用98%的H2SO4溶液吸收SO3，是因為用水吸收會產(chǎn)生酸霧，腐蝕設(shè)備。煅燒黃鐵礦制得的爐氣中含有三種有害雜質(zhì)：礦塵，砷、硒等化合物，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。特別提醒特別提醒 考點二工業(yè)合成氨工業(yè)合成氨 (4)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

12、來，并將沒有反應(yīng)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。2“三廢”處理(1)廢渣：主要是煤渣和炭黑，可用作制造肥料的原料和建筑材料。(2)廢氣：主要是H2S、SO2和CO2等有害氣體，可用直接氧化法、循環(huán)法等回收技術(shù)處理，CO2可作為生成尿素和碳酸銨的原料。(3)廢液：主要是含氰化物和氨的污水。處理氰化物主要有生化、化學(xué)沉淀、反吹回爐等方法，處理含氨的廢水可用蒸餾回收和離子交換等方法。請回答下列問題：(1)第步除需要催化劑這個條件外，還需要的條件是_。(2)第步操作中的原料氣體的“凈化”目的是_，第步操作的目的是_。(3)工業(yè)合成氨反應(yīng)后可以通過降低混合氣體的溫度而使氨氣分離

13、出來。這種分離物質(zhì)的方法的原理類似于下列哪種方法？_(填編號)。a過濾B蒸餾c分餾D萃取你做出這個判斷的理由是_。答案(1)高溫、高壓(2)防止催化劑中毒，失去活性，提高原料的利用率使N2、H2循環(huán)利用，提高原料利用率(3)b通過溫度的改變而改變物質(zhì)的狀態(tài)，達(dá)到使物質(zhì)分離的目的，是蒸餾的原理 1原料 (1)氨堿法：食鹽、氨氣、石灰石(經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳)。 (2)聯(lián)合制堿法：食鹽、氨氣、二氧化碳(合成氨廠的廢氣)?？键c三(2)聯(lián)合制堿法：在低溫條件下，向濾液中加入細(xì)粉狀的氯化鈉，并通入氨氣，可以使氯化銨單獨結(jié)晶沉淀析出，經(jīng)過濾、洗滌和干燥即得氯化銨產(chǎn)品。此時濾出氯化銨沉淀后所得的溶液，

14、已基本上是氯化鈉的飽和溶液，可循環(huán)使用。4綜合評價(1)氨堿法：原料(食鹽和石灰石)便宜；產(chǎn)品純堿的純度高；副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用；制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，但原料食鹽的利用率低，過程中產(chǎn)生了沒多大用途且難以處理的CaCl2。(2)聯(lián)合制堿法：食鹽的利用率較高，綜合利用了合成氨廠的二氧化碳和堿廠的氯離子，同時生產(chǎn)出兩種重要的產(chǎn)品純堿和氯化銨；過程中不生成CaCl2，減少了對環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本，充分體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性。例3我國化學(xué)家侯德榜，改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下：(1)上述生產(chǎn)純堿的方法稱_，副產(chǎn)品的一種用途為_。(2

15、)沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是_。(3)寫出上述流程中X物質(zhì)的化學(xué)式_。(4)使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計了_(填上述流程中的編號)，從沉淀池中取出沉淀的操作是_。答案(1)聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法制化肥(其他合理答案也可)(2)NH3CO2H2ONaCl=NH4ClNaHCO3(或NH3CO2H2O=NH4HCO3，NH4HCO3NaCl=NaHCO3NH4Cl)(3)CO2(4)循環(huán)過濾(5)稀硝酸和硝酸銀溶液(6)a、c1.在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，SO3的吸收過程是在吸收塔(如圖)中進(jìn)行的，吸收塔里還裝入大量瓷環(huán)。下列有關(guān)SO3說法中，錯誤的是()A從處通入SO3

16、，整個吸收操作采取逆流的形式B從處噴下濃硫酸，瓷環(huán)的作用是增大接觸面積C從處導(dǎo)出的氣體只含有少量SO2，可直接排入大氣D從處流出的是可用水或稀硫酸稀釋的硫酸答案C解析選項C，SO2是一種大氣污染物，需回收利用。 2下列有關(guān)肥皂的敘述中錯誤的是()A肥皂與純堿的去污原理相同B肥皂可以加速油污在水中的分散C肥皂是油脂在堿性條件下水解生成的D肥皂主要成分的分子中含有親油基團(tuán)和親水基團(tuán)答案A解析A中純堿的去污原理是堿性條件使油污水解，去污原理與肥皂不同；其他均為正確的敘述。3海洋中有豐富的食品、礦產(chǎn)、能源和水產(chǎn)資源等(如下圖所示)，答案B解析氯堿工業(yè)是指在工業(yè)上電解飽和氯化鈉溶液制備氫氧化鈉與氯氣、氫

17、氣，再進(jìn)一步生產(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，A項錯誤；反應(yīng)為：Br2SO22H2O=H2SO42HBr，溴元素被還原，C選項錯誤；粗鹽提純的順序中要特別注意Na2CO3溶液在BaCl2溶液后面加入，D選項錯誤。4侯氏制堿法的步驟如下：試回答下列問題：(1)若上述懸濁液中含NaHCO3和NH4Cl，則和兩步反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為_。(2)由上面的反應(yīng)原理可知NaCl比NaHCO3的溶解度_。(3)操作、不能顛倒的原因是_。(4)的操作叫_，的操作叫_。解析侯氏制堿法是利用在飽和食鹽水中使氨飽和之后，再通入CO2，這時發(fā)生反應(yīng)NH3CO2H2O=NH4HCO3，此反應(yīng)制得NH4HCO3的溶解度非常大，但由于溶液

18、中Na濃度也很大，而NaHCO3溶解度較小，故形成沉淀而析出：NaClNH4HCO3=NaHCO3NH4Cl。因為NaHCO3仍有一定的溶解度，所以NaCl不能全部變成NaHCO3。將析出的沉淀加熱，即可以得到Na2CO3。答案(1)NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl(2)大(3)CO2的溶解度太小，若在飽和食鹽水中先通入足量CO2，由于溶解的CO2量太少，再通入NH3時，幾乎得不到NaHCO3、NH4Cl(4)過濾加熱5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)n mol CH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO 0.9 n

19、 mol，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)，一處是Fe(OH)3的循環(huán)，另一處是K2CO3(aq)的循環(huán)，請在上述流程中標(biāo)出第三處循環(huán)(循環(huán)方向、循環(huán)物質(zhì))。答案(1)3H2S2Fe(OH)3=Fe2S36H2O(2)2.7 n(3)B(4)生產(chǎn)純堿(或作制冷劑等)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沒有參加反應(yīng)，寫出方程式配

20、平即可。(2)寫出反應(yīng)的方程式CH4H2O=CO3H2，可知產(chǎn)生的H2為CO的3倍。(3)CO2為氣體，利用勒夏特列原理，增加壓強有利于平衡右移。(5)合成氨是一個可逆反應(yīng)，N2和H2的轉(zhuǎn)化率低，可以循環(huán)利用。6以黃鐵礦為原料，采用接觸法生產(chǎn)硫酸的流程可簡示如下：請回答下列問題：(1)在爐氣制造中，生成SO2的化學(xué)方程式為_。(2)爐氣精制的作用是將含SO2的爐氣_、_及干燥，如果爐氣不經(jīng)過精制，對SO2催化氧化的影響是_。(3)精制爐氣(含SO2體積分?jǐn)?shù)為7%、O2為11%、N2為82%)中SO2平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強關(guān)系如下圖所示。在實際生產(chǎn)中，SO2催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓、450 左

21、右(對應(yīng)圖中A點)，而沒有選擇SO2轉(zhuǎn)化率更高的B或C點對應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因分別是_、_。(4)在SO2催化氧化設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的是_、_，從而充分利用能源。解析(2)煅燒黃鐵礦制得的爐氣中含有礦塵、砷、硒等的化合物，水蒸氣；應(yīng)對爐氣進(jìn)行除塵、水洗和干燥，避免催化劑中毒。(3)由圖可知，該反應(yīng)在低溫下進(jìn)行SO2轉(zhuǎn)化率高，但低溫時催化劑的活性不高，反應(yīng)速率低，實際生產(chǎn)中采用400500 的溫度。在高壓下進(jìn)行也有利于該反應(yīng)正向進(jìn)行，但增大壓強對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，實際生產(chǎn)采用常壓操作。(4)SO2和O2反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而經(jīng)凈化后的爐氣需要加熱，故可通過熱交換器，對冷的SO2、O2加熱，達(dá)到充分利用能源的作用。(3)不選B點，因為壓強越大對設(shè)備的投資大，消耗的動能大；SO2原料的轉(zhuǎn)化率在1個大氣壓下的轉(zhuǎn)化率已是97%左右，再提高壓強，SO2的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，所以采用1個大氣壓不選C點，因為溫度越低，SO2轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用受影響，450 時，催化劑的催化效率最高(4)利用反應(yīng)放出的熱量預(yù)熱原料氣體上層反應(yīng)氣經(jīng)熱交換器溫度降到400500 進(jìn)入下層使反應(yīng)更加完全