志鸿优化设计高考化学人教版一轮复习教学案选修二化学与技术化学与工农业生产 7页

选修二　化学与技术 第1节　化学与工农业生产 ‎1．了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类。‎ ‎2．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。‎ ‎3．了解精细化工的生产特点及在社会中的作用。‎ ‎4．了解化学肥料、农药在农业生产中的作用。‎ 一、硫酸工业 ‎1．合成硫酸的三种原料 三种原料为__________、__________、____________。‎ ‎2．三个反应 ‎(1)造气：____________________或__________________________。‎ ‎(2)接触氧化：____________________________________________。‎ ‎(3)三氧化硫的吸收：____________________________。‎ ‎3．黄铁矿制硫酸的三个主要设备 三个主要设备为______、______、______。‎ 特别提示：①吸收塔内用98.3%的浓硫酸吸收SO3，是因为用水吸收会产生酸雾，腐蚀设备和降低吸收率。②为了降低成本，通入沸腾炉和接触室的不是氧气，而是空气。‎ ‎4．接触室中三个反应条件 ‎(1)温度：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__________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，且加压会提高成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产采用常压操作。‎ ‎(3)适当______的空气：目的是提高SO2的转化率。‎ ‎5．“三废”处理和能量综合利用 ‎(1)“三废”处理方法 ‎①尾气吸收：________________________。‎ CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O ‎②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，提炼贵重金属。‎ ‎(2)能量的充分利用 硫酸生产中的反应热可用于预热反应物满足自身能量的需要，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。‎ 即时训练1 下列说法中正确的是____________。‎ ‎①2SO2＋O22SO3在接触室中进行，增大压强平衡右移，SO2的转化率增大，所以接触室应该高压 ‎②吸收塔中用水吸收SO3‎ ‎③生产中通入沸腾炉及接触室中的氧气是纯氧 ‎④生产中通入沸腾炉及接触室中的空气均过量 ‎⑤整个工艺流程中在沸腾炉中产生SO2‎ ‎⑥通入接触室的气体必须净化除杂 ‎⑦热交换器可对生成气体冷却，对原料气体加热 二、合成氨工业 ‎1．反应原理 N2＋3H22NH3　ΔH＜0‎ ‎2．基本生产过程 ‎(1)造气 ‎①N2来源于空气 a．将空气__________、__________后蒸发分离出O2而获得N2；‎ b．将空气通过灼热的碳生成CO2，再除去CO2后得N2。‎ ‎②H2来源于水和燃料(焦炭、煤、石油、天然气等)的反应，反应式为______________。‎ ‎(2)净化 ‎①原料气中的主要杂质：H2S、CO、CO2、O2等。‎ ‎②主要危害：会导致催化剂中毒。‎ ‎③净化方法：‎ a．H2S用______吸收，方程式：____________________；‎ b．CO首先被氧化生成CO2，再被________________吸收，方程式为_________________、____________________________________。‎ ‎(3)合成与分离 ‎①设备：________。‎ ‎②氨的分离：通过________将氨液化，然后将液氨分离，分离出来的混合气体经循环压缩机，再送到______中继续合成。‎ ‎③流程：‎ 原料气的制取→净化→压缩→→液氨 ‎3．合成氨条件的选择 温度：________________；‎ 压强：________________；‎ 催化剂：以______为主的催化剂。‎ 即时训练2 下列关于工业合成氨的说法中正确的是________。‎ ‎①从空气中分离出氮气可以用物理方法，也可以用化学方法 ‎②合成氨工业上选用400～‎500 ℃‎主要是因为此温度下催化剂的活性最大 ‎③N2＋3H22NH3　ΔH＜0，温度越低氨气的产率越高，所以工业生产中应该低温，来提高氨气的产率 ‎④合成氨中，压强越高氨气的百分含量越高，所以工业生产中压强应无限制提高 ‎⑤原料气在通入合成塔之前一定要净化除杂 ‎⑥从合成塔出来的气体分离出氨气后，余下的气体排入大气 ‎⑦由NH3转变成NH4HCO3属人工固氮的化学反应 特别提示：在合成氨工业生产中要结合化学平衡移动原理、化学反应速率，综合考虑实际生产中原料的来源、动力、材料、设备等因素，选择适宜的温度、压强、催化剂，及时分离出氨气，取得最佳经济效益。例如，依据反应原理温度越低，氨气的百分含量越高，但从反应速率来考虑速率太慢，所以综合考虑选择的温度为400～500 ℃。‎ 三、纯碱工业 氨碱法(索尔维)‎ 联合制碱法(侯德榜)‎ 原理 NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl ‎2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑‎ 原料 NaCl、NH3、CaCO3(制备CO2和CaO)‎ NaCl、NH3、CO2‎ 生产流程 优、缺点 原料便宜，步骤简单，但是产生大量CaCl2，食盐利用率低 产品纯度高，原料利用率高，同时得到氮肥NH4Cl，但加重设备的腐蚀 即时训练3 下列说法中正确的是______。‎ ‎①饱和NH4HCO3溶液与饱和NaCl溶液混合，可能会有白色沉淀生成 ‎②氨碱法生产纯碱所发生的反应均是复分解反应 ‎③联合制碱法与氨碱法生产纯碱所用的化学反应原理不同 ‎④氨碱法生产纯碱过程中氨气没有循环利用，而我国化学家侯德榜发明的联合制碱法的过程中使氨气充分循环利用 ‎⑤联合制碱法与氨碱法生产纯碱的不同点：原料来源不同，副产物不同 ‎⑥在生产纯碱的过程中，向饱和食盐水中先通入二氧化碳，再通入氨气 特别提示：联合制碱法与氨碱法生产纯碱所用的化学反应原理相同，均是利用NaHCO3的溶解度比NH4Cl、NaCl、Na2CO3、NH4HCO3的小。‎ 四、农药、化肥和表面活性剂 ‎1．化肥为农作物补充必要的营养元素 ‎(1)农业生产中，大量施用的化肥主要是______、______和______。磷肥包括__________[主要成分是__________________]，简称______，还有__________[主要成分是____________]；钾肥主要包括______、______、______________、__________等；氮肥包括______________、__________、__________等。‎ ‎(2)尿素的工业生产原理用化学方程式表示为________________，________________；硝酸铵工业生产方法为______________________________，________________________，________________________，________________________。‎ ‎(3)复合肥料：氮、磷、钾三种养分中，至少有两种养分。常见的复合肥料有：NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、KNO3、KH2PO4。‎ ‎2．农作物的保护神——农药 ‎(1)分类 ‎①按成分分 a．第一代农药：______和______，属于人类最早使用的农药。‎ b．第二代农药：________________等有机合成的农药。‎ c．第三代农药：____________和__________等人类开发和利用的农药，它具有______、______、______的特点，故被称为“环境友好农药”。‎ ‎②按用途分 a．杀虫剂，如有机氯类、有机磷类、拟除虫菊酯类等。‎ b．杀菌剂，如波尔多液等。‎ c．除草剂，如2，4-D等。‎ d．植物生长调节剂，如________、________等。‎ ‎(2)危害 ‎①对农产品造成污染，危及食品安全。‎ ‎②破坏生物链，影响生态平衡。‎ ‎③对环境造成严重污染，危及人类健康和生命安全。‎ ‎3．肥皂 ‎4．合成洗涤剂 洗涤剂的主要成分是表面活性剂(如十二烷基苯磺酸钠)，能够去除油污，里面还含有杀菌剂、织物柔软剂、助剂等辅助成分。‎ 即时训练4 下列说法中正确的是______。‎ ‎①氮肥、磷肥、钾肥都是从地壳中贮量丰富的无机盐中获得的 ‎②目前，农业上使用的氮肥大多数是从合成氨开始的 ‎③波尔多液属于第二代农药 ‎④DDT属于第二代农药，属于杀虫剂 ‎⑤肥皂的生产原理属于酯的水解 特别提示：(1)‎ 肥皂不适合在硬水中使用，合成洗涤剂不受这个限制；合成洗涤剂价格便宜且去污能力较强，适合洗衣机使用；合成洗涤剂难以分解，含有磷，大量使用会造成水体污染，使水体富营养化。[来源:学,科,网Z,X,X,K]‎ ‎(2)制造合成洗涤剂的原料是石油裂解的产物(烷烃、苯等)，制造肥皂的原料主要是油脂。‎ 一、硫酸工业的生产原理和工艺流程 ‎【例1】 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。‎ 方法归纳 在评价实际生产中的工艺流程时，一定要联系化学反应原理，结合原料、材料，从转化率、反应速率、价格、环保等方面进行评价。‎ 二、合成氨的工艺流程评价 这类题常用流程图的形式表示。流程图中设计的是各种物质之间的转化、循环物质的应用等，读图时要注意：箭头的方向、反应条件或分离提纯的方法、生成物的状态。解题时要注意应用化学反应原理、化学平衡理论、水解理论、物质制备和分离的知识、晶体知识、绿色化学的观点、经济的视角分析实际生产中的各种问题。‎ ‎【例2】 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0.9n mol CO，产生________ mol H2。(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 D．质量守恒原理 ‎(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于____________(写出CO2的一种重要用途)。‎ ‎(5)整个流程有三个循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3(aq)循环，请在上述流程图中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。‎ 三、氨碱法和联合制碱法的比较 ‎1．索尔维制碱法的工艺流程 ‎2．联合制碱法的工艺流程 ‎【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________。‎ ‎(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加____________。‎ ‎(6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品。通氨气的作用有________。‎ a．增大NH的浓度，使NH4Cl更多地析出 b．使NaHCO3更多地析出 c．使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度 ‎1．(2019海南化学20Ⅱ)合成氨的流程示意图如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是______，______；氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式__________________，________________；‎ ‎(2)设备A中含有电加热器、触媒和热交换器，设备A的名称是______，其中发生的化学反应方程式为_________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________；‎ ‎(3)设备B的名称是______，其中m和n是两个通水口，入水口是______(填“m”或“n”)。不宜从相反方向通水的原因是____________________；‎ ‎(4)设备C的作用是________________________________________________________；‎ ‎(5)在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过如下反应来实现：‎ CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)‎ 已知1 000 K时该反应的平衡常数K＝0.627，若要使CO的转化超过90%，则起始物中c(H2O)∶c(CO)不低于______。‎ ‎2．洗衣粉的主要成分之一是烷基苯磺酸钠，常用的是十二烷基苯磺酸钠，其合成路线如下：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)C12H25SO3Na分子中的亲水基是______，亲油基是__________。‎ ‎(2)由十二烷基苯制取十二烷基苯磺酸的反应类型为____________。‎ ‎(3)用油脂可以制肥皂，试写出从硬脂酸甘油酯生成硬脂酸钠和甘油的化学方程式：____________________，反应类型为______________。‎ ‎(4)在洗涤剂中添加酶制剂能促进污垢中的蛋白质(如奶渍、肉汤)等水解为可溶性的物质而被除去。将衣物在使用加酶洗衣粉的水溶液中浸泡10～30 min，水温在40～‎50 ℃‎最佳。加酶洗衣粉不宜在高温下、潮湿环境中贮存，也不宜久存。为什么？__________________。‎ ‎(5)过去使用的合成洗涤剂中常加入三聚磷酸钠(Na5P3O10)作助剂，它可使硬度大的洗涤水软化，对微细的无机粒子或油脂具有分散、乳化、胶溶作用，防止污渍再次沉积到衣物上；它还能维持水溶液的弱碱性，提高洗涤剂的去污能力和洗涤效果。但是，20世纪90年代以来，世界各国先后提出必须生产和使用无磷洗涤剂。请解释原因_____________________。[来源:1ZXXK]‎ ‎3．(2019山东实验中学模拟)硫酸是基础化学工业中重要产品之一，回答下列有关硫酸生产的几个问题：‎ ‎(1)工业生产硫酸的原料为______________。‎ ‎(2)催化氧化阶段选择的反应原理是________________，该反应为________反应(填“放热”或“吸热”)，反应温度为400～‎500 ℃‎，选择此温度范围的理由是_______________。‎ ‎(3)三氧化硫的吸收阶段选择吸收试剂为浓硫酸，为什么不用水？____________________ _________________________________________________________________________。‎ ‎4．(2019湖北武汉调研)化学肥料在农业生产中有重要作用。农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥、钾肥。‎ ‎(1)普钙是磷肥，它的有效成分是__________(写化学式)。‎ ‎(2)尿素是一种含氮量较高的氮肥，工业生产尿素是将氨气与二氧化碳在加压、加热的条件下反应生成氨基甲酸铵(H2NCOONH4)，再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。反应的化学方程式为______________________、________________________。‎ ‎(3)农谚说的“粪和灰，肥料飞”指的是粪尿与草木灰搅和在一起会降低肥效。请你说明其中的化学原理：_____________________________________________________________。[来源:Z。xx。k.Com]‎ ‎(4)某化肥厂用NH3制备NH4NO3，已知由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%，则制HNO3所用去NH3的质量占耗用全部NH3质量的______%。‎ ‎(5)合成氨气是生产氮肥的重要环节。合成氨生产简易流程示意图如下：‎ 从示意图可知其存在循环操作。简要说明为什么在化工生产中经常采用循环操作？‎ 参考答案 基础梳理整合 一、1.硫黄(或黄铁矿)　空气　水 ‎2．(1)S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ·mol－1‎ ‎4FeS2(s)＋11O2(g)===2Fe2O3(s)＋8SO2(g)　ΔH＝－3 412 kJ·mol－1‎ ‎(2)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1‎ ‎(3)SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)　ΔH＝－130.0 kJ·mol－1‎ ‎3．沸腾炉　接触室　吸收塔 ‎4．(1)400～‎‎500 ℃‎ ‎(3)过量 ‎5．(1)SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O 即时训练1‎ 二、2.(1)加压　降温液化　C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2‎ ‎(2)氨水　NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O　K2CO3溶液　CO＋H2OCO2＋H2　K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3‎ ‎(3)合成塔　冷凝器　合成塔[来源:Zxxk.Com]‎ ‎3．400～‎500 ℃‎　10 MPa～30 MPa　铁 即时训练2‎ 即时训练3‎ 四、1.(1)氮肥　磷肥　钾肥　过磷酸钙　Ca(H2PO4)2·H2O和CaSO4　普钙　钙镁磷肥　Ca3(PO4)2和Mg3(PO4)2　草木灰　KCl　K2SO4　KNO3　尿素[CO(NH2)2]　NH4NO3　NH4HCO3‎ ‎(2)2NH3＋CO2H2NCOONH4　H2NCOONH4H2NCONH2＋H2O　4NH3＋5O24NO＋6H2O　2NO＋O2===2NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　NH3＋HNO3===NH4NO3‎ ‎2．(1)天然产物　无机物　有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类　拟除虫菊酯类　特异性农药　高效　低毒　低残留　乙烯　乙烯利 即时训练4‎ 核心归纳突破 ‎【例1】 答案：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2　(2)除尘　水洗 矿尘，砷、硒等化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响　(3)不选B点，因为压强越大设备的投资越大，消耗的动能越大；SO2原料的转化率在0.1 MPa时的转化率已比较理想，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用0.1 MPa　不选择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 ℃‎左右时，催化剂的催化效率最高。故选择A点，不选C点 ‎(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 ‎【例2】 答案：(1)3H2S＋2Fe(OH)3===Fe2S3＋6H2O ‎(2)2.7n ‎(3)B ‎(4)生产纯碱(或作制冷剂等其他合理答案)‎ ‎(5)‎ ‎【例3】 答案：(1)联合制碱法或侯氏制碱法　制化肥或焊药等(其他合理答案均可)　(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 演练巩固提升 ‎1．答案：(1)液化、分馏　与碳反应后除去CO2‎ C＋H2O(g)CO＋H2　CH4＋H2O(g)CO＋3H2‎ ‎(2)合成(氨)塔 N2(g)＋3H2(g)2NH3‎ ‎(3)冷却塔(或冷凝器)　n 高温气体由冷却塔的上端进入，冷却水从下端进入，逆向冷却效果好 ‎(4)将液氨与未反应的原料气分离　(5)13.8‎ ‎2．答案：(1)—SO　C12H25‎ ‎(2)取代反应 ‎(3)取代(水解、皂化)反应 ‎(4)酶发挥催化作用需要适宜的条件(温度、酸碱度等)，酶自身是蛋白质，在不适宜的条件下容易变质(如高温)‎ ‎(5)三聚磷酸钠造成水体富营养化，破坏了水体原有的生态平衡，对人类的生存环境造成了很大的危害 ‎3．答案：(1)硫黄或黄铁矿 ‎(2)2SO2＋O22SO3　放热　该温度下具有较高的反应速率和转化率 ‎(3)反应放出的热量可在吸收塔内形成酸雾，影响SO3的吸收 ‎4．答案：(1)Ca(H2PO4)2·H2O[或Ca(H2PO4)2]‎ ‎(2)2NH3＋CO2H2NCOONH4‎ H2NCOONH4===H2NCONH2＋H2O[来源:Zxxk.Com]‎ ‎(3)粪尿中的尿素在尿酶的作用下腐熟时产生碳酸铵，碳酸钾受潮后产生氢氧化钾，它们相互反应使肥效降低 ‎(4)53.1‎ ‎(5)从原因来讲，许多化学反应是可逆反应，转化率低；从结果来说，循环操作的主要目的在于充分的利用原料、降低成本；从工艺设计来说，循环操作有利于连续化生产、减少工序；从环保角度来说，实现全封闭生产，控制废弃物的排放。‎