第第1講化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)講化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最新展示最新展示1.了解我國無機(jī)化工的生產(chǎn)資源和產(chǎn)品的主要種了解我國無機(jī)化工的生產(chǎn)資源和產(chǎn)品的主要種類。類。2.了解合成氨的主要原理、原料、重要設(shè)備、流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)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。展的重大意義。3.了解精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)，精細(xì)化工在社了解精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)，精細(xì)化工在社會發(fā)展中的作用。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。了解化學(xué)肥料、農(nóng)藥等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。 熱點(diǎn)定位熱點(diǎn)定位1.硫酸工業(yè)、合成氨工業(yè)中的反應(yīng)原理、原料、主硫酸工業(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。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。侯氏制堿法的生產(chǎn)原理及工藝流程。3.硝酸工業(yè)中的反應(yīng)原理、原料及尾氣處理。硝酸工業(yè)中的反應(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。的應(yīng)用。5.日常生活、化工生產(chǎn)中的環(huán)境污染與防護(hù)。日常生活、化工生產(chǎn)中的環(huán)境污染與防護(hù)。一、硫酸的工業(yè)合成 1主要原料：硫黃主要原料：硫黃(或黃鐵礦或黃鐵礦)、空氣和、空氣和98.3%濃硫酸濃硫酸 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)條件的確定三個反應(yīng)條件的確定溫度溫度400500 ：根據(jù)平衡移動原理，應(yīng)在低溫下進(jìn)行，但低：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400500 的溫度。的溫度。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。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：目的是提高適當(dāng)過量的空氣：目的是提高SO2的轉(zhuǎn)化率。的轉(zhuǎn)化率。 (2)逆流原理的應(yīng)用逆流原理的應(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)用熱交換原理的應(yīng)用由于2SO2O2 2SO3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)用循環(huán)操作原理的應(yīng)用由于2SO2O2 2SO3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“三廢三廢”處理和能量綜合利用處理和能量綜合利用(1)“三廢三廢”處理方法處理方法尾氣吸收：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2OCaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O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)。【溫馨提示溫馨提示】 (1)工業(yè)上用98.3%的H2SO4吸收SO3，是因?yàn)橛盟諘a(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：SO2 7%，O2 11%，N2 82%)：(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400500 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)H196.6 kJ/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?！久麕熃馕雒麕熃馕觥靠赡娣磻?yīng)：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJmol1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?yàn)榉艧岱磻?yīng)。(2)400500 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：9.8109 gSO3H2SO4H8098196.60.5m(SO3)9.8109 gQm(SO3)8.0109 g8.0103 t，Q9.83109(kJ)?！敬鸢复鸢浮?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)8.0103 t9.83109 kJ【歸納點(diǎn)評歸納點(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)二、人工固氮技術(shù)合成氨合成氨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衔锾寂cH2O：CH2O COH2；COH2O CO2H2甲烷與H2O：CH4H2O CO3H2；COH2O CO2H24適宜條件的選擇適宜條件的選擇(1)理論條件分析加快化學(xué)反加快化學(xué)反應(yīng)速率應(yīng)速率促進(jìn)化學(xué)平促進(jìn)化學(xué)平衡右移衡右移濃度濃度增大反應(yīng)物增大反應(yīng)物濃度濃度增大反應(yīng)物增大反應(yīng)物濃度濃度壓強(qiáng)壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)溫度溫度升高溫度升高溫度降低溫度降低溫度催化劑催化劑使用催化劑使用催化劑(2)實(shí)際生產(chǎn)條件實(shí)際生產(chǎn)條件生產(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。壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)1030 MPa溫度升高溫度400500 【溫馨提示溫馨提示】(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。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?；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(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)n mol CH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO 0.9n 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)，一是Fe(OH)3循環(huán)，二是K2CO3(aq)循環(huán)，請?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))?！久麕熃馕雒麕熃馕觥?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：CH4H2O=CO3H2，就很容易地看出產(chǎn)生H2應(yīng)為30.9n mol2.7n mol。(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?！敬鸢复鸢浮?1)3H2S2Fe(OH)3=Fe2S36H2O(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)三、純堿的生產(chǎn)氨堿法氨堿法聯(lián)合制堿法聯(lián)合制堿法原料原料食鹽、氨氣、石灰石食鹽、氨氣、石灰石(經(jīng)經(jīng)煅燒后生成煅燒后生成CO2和和CaO)食鹽、氨氣、二氧化碳食鹽、氨氣、二氧化碳原理原理NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2ONaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2O生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程制備氨鹽水制備氨鹽水通通CO2析出析出NaHCO3晶晶體并煅燒體并煅燒NaHCO3得到得到Na2CO3向?yàn)V液向?yàn)V液(含含NaCl、NH4Cl)中通入中通入CO2后，與后，與石灰乳混合，回收氨氣石灰乳混合，回收氨氣制備氨鹽水制備氨鹽水通通CO2析出析出NaHCO3晶體晶體并煅燒并煅燒NaHCO3得到得到Na2CO3向?yàn)V液向?yàn)V液(含含NaCl、NH4Cl)中加中加NaCl粉末并通入氨氣粉末并通入氨氣析出析出NH4Cl，回收飽和食鹽，回收飽和食鹽水水優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)原料便宜，步驟簡單原料便宜，步驟簡單原料利用率高，同時得到原料利用率高，同時得到氮肥氮肥NH4Cl缺點(diǎn)缺點(diǎn)產(chǎn)生大量產(chǎn)生大量CaCl2，食鹽利，食鹽利用率低用率低氨堿法氨堿法聯(lián)合制堿法聯(lián)合制堿法比利時人索爾維以NaCl、CO2、H2O為原料生產(chǎn)Na2CO3，叫做索爾維法。其主要步驟是：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_?！敬鸢复鸢浮?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)NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl(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)2NH4ClCaOH2O=2NH3H2OCaCl2(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：2NH3CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4H2NCONH2H2O；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：4NH35O2催化劑高溫4NO6H2O、2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO、NH3HNO3=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。生產(chǎn)原理(2)合成洗滌劑十二烷基苯磺酸鈉C12H25 SO3Na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?！緶剀疤崾緶剀疤崾尽糠试砼c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。