【志鴻優(yōu)化設計】2014屆高考化學一輪復習化學與技術第1節(jié)化學與工農業(yè)生產教學案新人教版選修2

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1、 選修二 化學與技術 第 1 節(jié) 化學與工農業(yè)生產 考綱點擊 1．了解我國無機化工的生產資源和產品的主要種類。 2．了解合成氨的主要原理、原料、重要設備、流程和意義。 3．了解精細化工的生產特點及在社會中的作用。 4．了解化學肥料、農藥在農業(yè)生產中的作用。 一、硫酸工業(yè) 1．合成硫酸的三種原料 三種原料為 __________ 、__________ 、 ____________。 2．三個反應 (1) 造氣： ____________________或 ______________________

2、____ 。 (2) 接觸氧化： ____________________________________________ 。 (3) 三氧化硫的吸收： ____________________________ 。 3．黃鐵礦制硫酸的三個主要設備 三個主要設備為 ______、______、 ______。 特別提示：①吸收塔內用 98.3%的濃硫酸吸收 SO3，是因為用水吸收會產生酸霧，腐蝕設備和降低吸收率。②為了降低成本，通入沸騰爐和接觸室的不是氧氣，而是空氣。 4．接觸室

3、中三個反應條件 (1) 溫度：根據平衡移動原理，應在低溫下進行，但低溫時催化劑的活性不高，反應速率低，實際生產中采用 __________ 的溫度。 (2) 常壓：根據平衡移動原理，應在高壓下進行，但增大壓強對 SO2 的轉化率提高不大， 且加壓會提高成本和能量消耗，而常壓下的轉化率已很高，實際生產采用常壓操作。 (3) 適當 ______的空氣：目的是提高 SO2 的轉化率。 5．“三廢”處理和能量綜合利用 (1) “三廢”處理方法 ①尾氣吸收： ________________________。 CaSO3＋ H2SO4===CaSO4

4、＋ SO2↑＋ H2O ②廢水處理：根據雜質性質的不同，采用不同的化學方法，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，提煉貴重金屬。 (2) 能量的充分利用 硫酸生產中的反應熱可用于預熱反應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 ) 。 即時訓練 1 下列說法中正確的是 ____________。 2 垐 ? 3 2 ①2SO＋ O 噲 ? 2SO在接觸室中進行，增大壓強平衡右移， SO的轉化率增大，所以接 觸室應該高壓 ②吸收塔中用水吸收 SO3

5、 1 ③生產中通入沸騰爐及接觸室中的氧氣是純氧 ④生產中通入沸騰爐及接觸室中的空氣均過量 ⑤整個工藝流程中在沸騰爐中產生 SO2 ⑥通入接觸室的氣體必須凈化除雜 ⑦熱交換器可對生成氣體冷卻，對原料氣體加熱 二、合成氨工業(yè) 1．反應原理 N2＋ 3H2 2NH3 H＜0 2．基本生產過程 (1) 造氣 ①N2 來源于空氣 a．將空氣 __________ 、__________后蒸發(fā)分離出 O2 而獲得 N2； b．將空氣通過灼熱的碳生成 CO2，再除去 CO2后得 N2。 ②

6、H2 來源于水和燃料 ( 焦炭、煤、石油、天然氣等 ) 的反應，反應式為 ______________。 (2) 凈化 ①原料氣中的主要雜質： H2S、 CO、CO2、 O2 等。 ②主要危害：會導致催化劑中毒。 ③凈化方法： a． H2S 用 ______吸收，方程式： ____________________； b．CO首先被氧化生成 CO2，再被 ________________ 吸收，方程式為 _________________ 、 ____________________________________ 。 (3) 合成與分離 ①

7、設備： ________。 ②氨的分離： 通過 ________將氨液化， 然后將液氨分離， 分離出來的混合氣體經循環(huán)壓 縮機，再送到 ______中繼續(xù)合成。 ③流程： 原料氣的制取→凈化→壓縮→ →液氨 3．合成氨條件的選擇 溫度： ________________ ； 壓強： ________________ ； 催化劑：以 ______為主的催化劑。 即時訓練 2 下列關于工業(yè)合成氨的說法中正確的是 ________。 ①從空氣中分離出氮氣可以用物理方法，也可以用化學方法②合成氨工業(yè)上選用 400～500 ℃主要是因

8、為此溫度下催化劑的活性最大 ③N2＋ 3H2 噲垐 ?? 2NH3 H＜0，溫度越低氨氣的產率越高，所以工業(yè)生產中應該低溫，來提高氨氣的產率 ④合成氨中，壓強越高氨氣的百分含量越高，所以工業(yè)生產中壓強應無限制提高 ⑤原料氣在通入合成塔之前一定要凈化除雜 ⑥從合成塔出來的氣體分離出氨氣后，余下的氣體排入大氣 ⑦由 NH3 轉變成 NH4HCO3屬人工固氮的化學反應 特別提示： 在合成氨工業(yè)生產中要結合化學平衡移動原理、 化學反應速率， 綜合考慮實 際生產中原料的來源、動力、材料、設備等因素，選擇適宜的溫度、壓強、催化劑，及時分 離出氨氣，取得最佳

9、經濟效益。例如，依據反應原理溫度越低，氨氣的百分含量越高，但從 反應速率來考慮速率太慢，所以綜合考慮選擇的溫度為 400～500 ℃。 三、純堿工業(yè) 氨堿法 ( 索爾維 ) 聯(lián)合制堿法 ( 侯德榜 ) 原理 NaCl ＋ NH3＋ CO2＋ H2O===NaHCO3↓＋ NH4Cl 2 △ 2NaHCO3=====Na2CO3＋ CO2↑＋ H2O↑ 原料 NaCl、 NH3、 CaCO3( 制備 CO2和 CaO) NaCl、 NH3、CO2 生產流程

10、 優(yōu)、缺點 原料便宜，步驟簡單，但是產生大量 產品純度高，原料利用率高，同時得 CaCl2，食鹽利用率低 到氮肥 NH4Cl ，但加重設備的腐蝕 即時訓練 3 下列說法中正確的是 ______。 ①飽和 NH4HCO3溶液與飽和 NaCl 溶液混合，可能會有白色沉淀生成 ②氨堿法生產純堿所發(fā)生的反應均是復分解反應 ③聯(lián)合制堿法與氨堿法生產純堿所用的化學反應原理不同 ④氨堿法生產純堿過程中氨氣沒有循環(huán)利用， 而我國化學家侯德榜發(fā)明的聯(lián)合制堿法的 過程中使氨氣充分循環(huán)

11、利用 ⑤聯(lián)合制堿法與氨堿法生產純堿的不同點：原料來源不同，副產物不同 ⑥在生產純堿的過程中，向飽和食鹽水中先通入二氧化碳，再通入氨氣 特別提示：聯(lián)合制堿法與氨堿法生產純堿所用的化學反應原理相同，均是利用 NaHCO 的溶解度比 NHCl 、 NaCl、 Na CO、 NHHCO的小。 3 4 2 3 4 3 四、農藥、化肥和表面活性劑 1．化肥為農作物補充必要的營養(yǎng)元素 (1) 農 業(yè) 生 產 中 ， 大 量 施 用 的 化 肥 主 要 是 ______ 、 ______

12、和 ______ 。 磷 肥 包 括 __________[ 主要成分是 __________________] ，簡稱 ______，還有 __________[ 主要成分是 ____________] ；鉀肥主要包括 ______、 ______、 ______________、 __________ 等；氮肥包 括 ______________ 、__________、 __________等。 (2) 尿素的工業(yè)生產原理用化學方程式表示為 ________________ ， ________________ ；硝酸銨工業(yè)生產方法為 ______________

13、________________ ， ________________________ ， ________________________ ， ________________________ 。 (3) 復合肥料：氮、 磷、鉀三種養(yǎng)分中， 至少有兩種養(yǎng)分。常見的復合肥料有：NH4H2PO4、 (NH4) 2HPO4、 KNO3、 KH2PO4。 2．農作物的保護神——農藥 (1) 分類①按成分分 a．第一代農藥： ______和 ______，屬于人類最早使 用的農藥。 b．第二代農藥： ________________ 等有機合成的農藥。

14、 c．第三代農藥： ____________和 __________ 等人類開發(fā)和利用的農藥， 它具有 ______、 ______ 、 ______的特點，故被稱為“環(huán)境友好農藥”。 ②按用途分 a．殺蟲劑，如有機氯類、有機磷類、擬除蟲菊酯類等。 b．殺菌劑，如波爾多液等。 c．除草劑，如 2， 4-D 等。 d．植物生長調節(jié)劑，如 ________、 ________等。 (2) 危害①對農產品造成污染，危及食品安全。②破壞生物鏈，影響生態(tài)平衡。 ③對環(huán)境造成嚴重污染，危及人類健康和生命安全。3．肥皂 3

15、 4．合成洗滌劑 洗滌劑的主要成分是表面活性劑 ( 如十二烷基苯磺酸鈉 ) ，能夠去 除油污，里面還含有殺菌劑、織物柔軟劑、助劑等輔助成分。 即時訓練 4 下列說法中正確的是 ______。 ①氮肥、磷肥、鉀肥都是從地殼中貯量豐富的無機鹽中獲得的 ②目前，農業(yè)上使用的氮肥大多數(shù)是從合成氨開始的 ③波爾多液屬于第二代農藥 ④DDT屬于第二代農藥，屬于殺蟲劑 ⑤肥皂的生產原理屬于酯的水解 特別提示： (1) 肥皂不適合在硬水中使用，合成洗滌劑不受這個限制；合成洗

16、滌劑價格便宜且去污能力較強，適合洗衣機使用；合成洗滌劑難以分解，含有磷，大量使用會造成水體污染，使水體富營養(yǎng)化。 (2) 制造合成洗滌劑的原料是石油裂解的產物 ( 烷烴、苯等 ) ，制造肥皂的原料主要是油 脂。 一、硫酸工業(yè)的生產原理和工藝流程 【例 1】 以黃鐵礦為原料，采用接觸法生產硫 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 的化學方程式

17、為 _____________________________________ ________________________________________________________________________ 。 (2) 爐氣精制的作用是將含 SO2 的爐氣 ______、 _____ _及干燥，如果爐氣不經過精制， 4 對 SO2 催化氧化的影響是 ________________________________________________________ 。 (3) 精制爐氣 ( 含 SO2 體積分數(shù)為

18、7%、 O2 為 11%、 N2 為 82%)中 SO2平衡轉化率與溫度及壓 強關系如下圖所示。在實際生產中，SO2 催化氧化反應的條件選擇常壓、 450 ℃左右 ( 對應圖 中 A 點 ) ，而沒有選擇 SO2 轉化率更高的 B 或 C 點對應的反應條件，其原因分別是 __________________ 、 ______________________ 。 (4) 在 SO2 催化氧化設備中設置熱交換器的目的是 ______________、 ________

19、______， 從而充分利用能源。 方法歸納 在評價實際生產中的工藝流程時，一定要聯(lián)系化學反應原理，結合原料、材料，從轉化率、反應速率、價格、環(huán)保等方面進行評價。 二、合成氨的工藝流程評價 這類題常用流程圖的形式表示。 流程圖中設計的是各種物質之間的轉化、 循環(huán)物質的應 用等，讀圖時要注意：箭頭的方向、 反應條件或分離提純的方法、生成物的狀態(tài)。解題時要注意應用化學反應原理、化學平衡理論、水解理論、物質制備和分離的知識、晶體知識、綠色化學的觀點、經濟的視角分析實際生產中的各種問題。 【例 2】 利用天然氣合成氨的工藝流程示意圖如下：

20、 依據上述流程，完成下列填空： (1) 天然氣脫硫時的化學方程式是 ________________ 。 (2) n mol CH 4 經一次轉化后產生 0.9 n mol CO ，產生 ________ mol H 2。 ( 用含 n 的代數(shù) 式表示 ) (3)K 2CO3(aq) 和 CO2 反應在加壓下進行，加壓的理論依據是 ________。 A．相似相溶原理 B．勒夏特列原理 C．酸堿中和原理 D．質量守恒原理 (4) 由 KHCO3分解得到的 CO2可以用

21、于 ____________( 寫出 CO2的一種重要用途 ) 。 (5) 整個流程有三個循環(huán)，一是Fe(OH)3 循環(huán)，二是 K2CO3(aq) 循環(huán)，請在上述流程圖中 標出第三處循環(huán) ( 循環(huán)方向、循環(huán)物質 ) 。 三、氨堿法和聯(lián)合制堿法的比較 1．索爾維制堿法的工藝流程 5 2．聯(lián)合制堿法的工藝流程 【例 3】 我國化學家侯德榜改革國外的純堿生產工藝，生產流程可簡要表示如下：

22、 (1) 上述生產純堿的方法稱 ________，副產品的一種用途為 ________。 (2) 沉淀池中發(fā)生的化學反應方程式是______________________ 。 (3) 寫出上述流程中 X 物質的化學式 ________。 (4) 使原料氯化鈉的利用率從 70%提高到 90%以上，主要是設計了 ________( 填上述流程中的編號 ) ，從沉淀池中取出沉淀的操作是 ________。 (5) 為 檢 驗 產 品 碳 酸 鈉 中 是 否 含 有 氯 化 鈉 ， 可 取 少 量 試 樣

23、 溶 于 水 后 ， 再 滴 加 ____________ 。 (6) 向母液中通 氨氣，加入細小食鹽顆粒， 冷卻析出副產品。 通氨氣的作用有 ________。 ＋ a．增大 NH4 的濃度，使 NH4Cl 更多地析出 b．使 NaHCO3更多地析出 c．使 NaHCO3轉化為 Na2CO3，提高析出的 NH4Cl 純度 1． (2012 海南化學 20Ⅱ) 合成氨的流程示意圖如下： 回答下列問題： (1) 工業(yè)合成氨的原料是氮氣和氫氣。氮氣是從空氣中分離出來的，通常使用的兩種分

24、 離方法是 ______，______；氫氣的來源是水和碳氫化合物， 寫出分別采用煤和天然氣為原料制取氫氣的化學反應方程式 __________________， ________________ ； (2) 設備 A 中含有電加熱器、觸媒和熱交換器，設備 A 的名稱是 ______，其中發(fā)生的化 學反應方程式為 _________________________________________________________________ __________________________________________________________________

25、___________ ； (3) 設備 B 的名稱是 ______，其中 m 和 n 是兩個通水口，入水口是 ______( 填“ m”或 6 “n”) 。不宜從相反方向通水的原因是____________________ ； (4) 設備 C 的作用是 ________________________________________________________ ； (5) 在原料氣制備過程中混有的 CO對催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的 CO，可通 過如下反應來實現(xiàn)： CO(g)＋ H2O(g) 噲垐 ?? C

26、O2(g) ＋H2(g) 已知 1 000 K 時該反應的平衡常數(shù) ＝0.627 ，若要使 CO的轉化超過 90%，則起始物中 K c(H2O)∶ c(CO)不低于 ______。 2．洗衣粉的主要成分之一是烷基苯磺酸鈉，常用的是十二烷基苯磺酸鈉，其合成路線如下： 請回答下列問題： (1)C 12H25SO3Na 分子中的親水基是 ______，親油基是 __________。 (2) 由十二烷基苯制取十二烷基苯磺酸的反應類型為____________ 。 (3) 用油脂可以制肥皂，試寫出從硬

27、脂酸甘油酯生成硬脂酸鈉和甘油的化學方程式： ____________________ ，反應類型為 ______________。 (4) 在洗滌劑中添加酶制劑能促進污垢中的蛋白質( 如奶漬、肉湯 ) 等水解為可溶性的物 質而被除去。 將衣物在使用加酶洗衣粉的水溶液中浸泡 10～ 30 min，水溫在 40～50 ℃最佳。 加酶洗衣粉不宜在高溫下、潮濕環(huán)境中貯存，也不宜久存。為什么？ __________________ 。 (5) 過去使用的合成洗滌劑中常加入三聚磷酸鈉(Na 5P3O10) 作助劑，它可使硬度大的洗滌 水軟化， 對微細的無機粒子或油脂

28、具有分散、 乳化、膠溶作用， 防止污漬再次沉積到衣物上； 它還能維持水溶液的弱堿性，提高洗滌劑的去污能力和洗滌效果。但是， 20 世紀 90 年代以 來，世界各國先后提出必須生產和使用無磷洗滌劑。請解釋原因 ___________ __________ 。 3．(2012 山東實驗中學模擬 ) 硫酸是基礎化學工業(yè)中重要產品之一，回答下列有關硫酸生產的幾個問題： (1) 工業(yè)生產硫酸的原料為 ______________。 (2) 催化氧化階段選擇的反應原理是 ________________ ，該反應為 ________反應 ( 填“放熱”或“吸熱” ) ，反

29、應溫度為 400～500 ℃，選擇此溫度范圍的理由是 _______________ 。 (3) 三 氧 化 硫 的 吸 收 階 段 選 擇 吸 收 試 劑 為 濃 硫 酸 ， 為 什 么 不 用 水 ？ ____________________ _________________________________________________________________________ 。 4．(2012 湖北武漢調研 ) 化學肥料在農業(yè)生產中有重要作用。農業(yè)生產中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥、鉀肥。 (1) 普鈣是磷肥，它的有效成分是 ______

30、____( 寫化學式 ) 。 (2) 尿素是一種含氮量較高的氮肥，工業(yè)生產尿素是將氨氣與二氧化碳在加壓、加熱的 條件下反應生成氨基甲酸銨 (H2 NCOONH4)，再使氨基甲酸銨脫水得到尿素。 反應的化學方程式 為 ______________________ 、 ________________________ 。 (3) 農諺說的“糞和灰，肥料飛”指的是糞尿與草木灰攪和在一起會降低肥效。請你說 明 其 中 的 化 學 原 理 ： ______________________________________________ ____________

31、___。 (4) 某化肥廠用 NH3 制備 NH4NO3，已知由 NH3制 NO的產率是 96%、NO制 HNO3的產率是 92%，則制 HNO3所用去 NH3 的質量占耗用全部 NH3 質量的 ______%。 (5) 合成氨氣是生產氮肥的重要環(huán)節(jié)。合成氨生產簡易流程示意圖如下： 7 從示意圖可知其存在循環(huán)操作。簡要說明為什么在化工生產中經常采用循環(huán)操作？

32、 8 參考答案 基礎梳理整合 一、 1. 硫黃 ( 或黃鐵礦 ) 空氣 水 2． (1)S(s) ＋ O2(g)===SO2(g) H＝－ 297 kJ mol － 1 4FeS2(s) ＋ 11O2(g

33、)===2Fe 2 O3(s) ＋ 8SO2(g) H＝－ 3 412 kJ mol －1 2 2 3 H＝－ 196.6 kJ mol － 1 (2)2SO (g) ＋ O(g) 2SO(g) (3)SO3(g) ＋ H2O(l)===H 2SO4(l) H＝－ 130.0 kJ mol － 1 3．沸騰爐 接觸室 吸收塔 4． (1)400 ～500 ℃ (3) 過量 5． (1)SO 2＋ Ca(OH)2===CaSO3＋ H2O 即時訓練 1 ④⑤⑥⑦ 二、 2.(1) 加壓 降溫液化

34、 △ △ C＋ H2O(g)=====CO＋ H2， CO＋H2O(g)=====CO2＋ H2 (2) 氨水 NHHO＋ H S===NHHS＋H O K CO 溶液 △ K CO＋ CO＋ CO＋ H O=====CO＋ H 3 2 2 4 2 2 3 2 2 2 2 3 2 H2O===2KHCO3 (3) 合成塔 冷凝器 合成塔 3． 400～500 ℃ 10 MP

35、a～ 30 MPa 鐵 即時訓練 2 ①②⑤ 即時訓練 3 ①⑤ 四、 1.(1) 氮肥 Ca3(PO4) 2 和 Mg3(PO4) 2 (2)2NH 3 ＋ CO2  磷肥 鉀肥 過磷酸鈣 Ca(H2PO4) 2H2O 和 CaSO4 普鈣 鈣鎂磷肥 草木灰 KCl K SO KNO 尿素 [CO(NH ) ] NHNO NHHCO 2 4 3 2 2 4 3 4 3 加壓、加熱

36、 加熱 4NH ＋ ========= H NCOONH H2NCOONH=====H NCONH＋ H O 2 4 4 2 2 2 3 PtRh，高溫 5O2 =========4NO＋ 6H2O 2NO＋O2===2NO 3NO2＋ H2O===2HNO3＋ NO NH3＋HNO3===NH4NO3 2．(1) 天然產物 無機物 有機氯類、 有機磷類、 氨基甲酸酯類 擬除蟲菊酯類 特異 性農藥 高效 低毒 低殘留 乙烯 乙烯利 即時訓練

37、 4 ②④⑤ 核心歸納突破 【例 1】 答案： (1)4FeS 高溫 水洗 2＋11O2=====2Fe2O3＋ 8SO(2) 除塵 2 礦塵，砷、硒等化合物使催化劑中毒， 水蒸氣對設備和生產有不良影響 (3) 不選 B 點， 因為壓強越大設備的投資越大，消耗的動能越大； SO2 原料的轉化率在 0.1 MPa 時的轉化率 已比較理想，再提高壓強， SO 的轉

38、化率提高的余地很小，所以采用 0.1 MPa 不選擇 C點， 2 因為溫度越低， SO2 轉化率雖然更高，但催化劑的催化作用受影響， 450 ℃左右時，催化劑 的催化效率最高。故選擇 A 點，不選 C 點 (4) 利用反應放出的熱量預熱原料氣體 上層反應氣經熱交換器溫度降 到 400～500 ℃ 進入下層使反應更加完全 【例 2】 答案： (1)3H 2S＋2Fe (OH)3===Fe2S3＋ 6H2O (2)2.7n (3)B (4)

39、生產純堿 ( 或作制冷劑等其他合理答案 ) (5) 【例 3】 答案： (1) 聯(lián)合制堿法或侯氏制堿法 制化肥或焊藥等 ( 其他合理答案均可 ) (2)NH 3 ＋ CO2 ＋ H2O＋ NaCl===NH4Cl ＋ NaHCO3↓ 或 NH3 ＋ CO2 ＋ H2O===NH4HCO3， NH4HCO3 ＋ 9 NaCl===NaHCO↓＋ NHCl (3)CO 2 (4) 循環(huán)Ⅰ 過濾 (5) 稀硝酸和硝酸銀溶液 (6)a 、 c 3 4 演練鞏固提升 1．答案： (

40、1) 液化、分餾 與碳反應后除去 CO2 高溫 高溫 C＋ H2O(g)=====CO＋ H2 CH4＋ H2O(g) ――→ CO＋ 3H2 催化劑 (2) 合成 ( 氨 ) 塔 N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3 (3) 冷卻塔 ( 或冷凝器 ) n 高溫氣體由冷卻塔的上端進入，冷卻水從下端進入，逆向冷卻效果好 (4) 將液氨與未反應的原料氣分離 (5)13.8 － C H 2．答案： (1) —SO 3 12 25 (2) 取代反應 (3) 取 代 ( 水

41、 解、皂化 ) 反應 (4) 酶發(fā)揮催化作用需要適宜的條件 ( 溫度、酸堿度等 ) ，酶自身是蛋白質，在不適宜的條件下容易變質 ( 如高溫 ) (5) 三聚磷酸鈉造成水體富營養(yǎng)化，破壞了水體原有的生態(tài)平衡，對人類的生存環(huán)境造 成了很大的危害 3．答案： (1) 硫黃或黃鐵礦 (2)2SO 2＋ O2 2SO3 放熱 該溫度下具有較高的反應速率和轉化率 (3) 反應放出的熱量可在吸收塔內形成酸霧，影響SO3的吸收 4．答案： (1)Ca(H 2PO4) 2H2O[ 或 Ca(H2PO4) 2] 加壓、加熱 (2)2NH 3＋ CO2 =

42、======= H2NCOONH4 H2NCOONH4===H2NCONH2＋ H2O (3) 糞尿中的尿素在尿酶的作用下腐熟時產生碳酸銨，碳酸鉀受潮后產生氫氧化鉀，它 們相互反應使肥效降低 (4)53.1 (5) 從原因來講，許多化學反應是可逆反應，轉化率低；從結果來說，循環(huán)操作的主要目的在于充分的利用原料、降低成本；從工藝設計來說，循環(huán)操作有利于連續(xù)化生產、減少工序；從環(huán)保角度來說，實現(xiàn)全封閉生產，控制廢棄物的排放。 10