2018年新高考化学一轮复习 13.1 化学与工农业生产课件

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1、第十三章 化学与技术,第一节 化学与工农业生产,一、硫酸工业 1.硫酸工业的生产流程与设备,2.合成氨适宜条件的选择 在实际生产中,需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量与设备等多方面情况,以确定最佳的生产条件。 (1)温度:400500 ;压强:1030 MPa;催化剂:以Fe为主。 (2)合成氨的转化率较低,要采用 循环操作 。氨液化分离后,没有完全反应的N2和H2经过循环压缩机再送入合成塔被充分利用。,(2)合理使用化肥 铵态氮肥不能跟碱性物质如草木灰(含K2CO3)、熟石灰等混合施用,以防氨逸出,降低肥效。 磷肥不能跟熟石灰或 碱 性肥料混合施用,防止生成不溶性磷酸钙而失效。,(2

2、)农药的合理使用与环境保护 理想的杀虫剂被称为“环境友好农药”,应该具有 高效 、 低毒 、 低残留 的特点,目前以拟除虫菊酯和杂环类化合物为代表。以DDT为代表的药效低、难代谢、污染环境的第一代农药已被禁用。 不合理使用化肥、农药的不良后果 a.土壤污染:重金属元素污染、有毒的有机物和放射性物质污染。 b.水体污染:造成水域 氮、磷 含量升高,导致水体富营养化污染。 c.大气污染:氮化物和硫化物气体的排放。,3.洗涤剂工业 (1)肥皂的生产 原理:油脂在 碱性 条件下水解生成高级脂肪酸盐(肥皂的主要成分)。 工艺流程,(2)合成洗涤剂 表面活性剂:如十二烷基苯磺酸钠: 洗涤剂:主要成分是表面

3、活性剂,是能够发挥去污作用的主要物质,还含有助剂、杀菌剂、织物柔顺剂等辅助成分。,考点二,考点一,考点一 化学原理在工业生产中的应用 1.增大反应速率的措施 (1)升高温度。 (2)使用催化剂。 (3)在沸腾炉中燃烧时,将原料粉碎,增大与空气的接触面积。,考点二,考点一,2.反应条件的选择 (1)温度:要根据化学反应平衡原理综合考虑反应物的转化率和反应速率的关系,还要注意催化剂的催化活性与温度的关系。如工业制硫酸中,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400500 的温度。为了防止催化剂中毒,原料气在进入催化反应室(接触室)之前必须经过除尘、洗

4、涤、干燥等操作。 (2)压强:要综合考虑反应物的转化率、反应速率、生产设备、生产成本等。如工业制硫酸中根据平衡移动原理,应在高压条件下进行,但增大压强对SO2的转化率提高不大,且加压会增大成本和能量消耗,而反应物在常压条件下的转化率已很高,故实际生产中采用常压操作。 (3)根据平衡移动原理可适当增大廉价原料的浓度以提高反应物的转化率。如工业制硫酸中适当过量的空气可以提高SO2的转化率。,考点二,考点一,3.逆流原理的应用:如工业制硫酸中沸腾炉中原料从炉顶落下,热空气从炉底吹入,使原料与助燃气体充分接触,反应充分进行;吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片),98.3%的浓硫酸从塔顶喷下,三氧化硫气体从塔

5、底吹入,提高吸收率。 5.循环操作原理的应用:循环操作可使没有反应完的反应物再次进行反应,以提高反应物的转化率。如合成氨和工业制硫酸中SO2的催化氧化反应均为可逆反应,采取循环操作提高了原料的利用率,减小了生产成本。 6.循环利用的应用:可以充分利用原料、节约资源,同时也是减少排放、实现变废为宝的重要手段。如制碱工业中氯化钠溶液的循环利用可提高氯化钠的利用率。,考点二,考点一,典例1 (2015苏州模拟)继侯德榜“联合制碱法”后,上世纪50年代某些化工专家开始研究有机胺制碱法,目前这项研究工作取得了一定进展。其工艺流程如下: (1)有机胺制碱法反应生成小苏打的化学方程式是 ;操作称为 。 (2

6、)过程得到产品的化学方程式是 。 (3)在过程中,回收有机胺的化学方程式是 。 (4)副产品的用途: 。 (5)本工艺流程中可循环利用的物质是 。,考点二,考点一,考点二,考点一,【归纳总结】复杂的工艺流程题的解题原则 (1)找出流程目的,由起点到终点看出一条流程主线。 (2)抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务的。 (3)逐一分析这条主线上的“支线”,“支线”一般为新增加原料、物质或能量的循环利用、生成副产物等。,考点二,考点一,1.(2015西安八校联考)如图是某企业设计的硫酸磷肥水泥联产、海水淡水多用、盐热电联产的三大生态产业链流程图。,考点二,考点一,考点二,考点一,考点

7、二,考点一,2.(2015武汉一模)工业上以黄铁矿(FeS2)为原料,采用接触法生产硫酸的流程图如下。,(1)黄铁矿在沸腾炉中反应的化学方程式为,考点二,考点一,(2)为充分利用反应放出的热量,接触室中应安装 热交换器 (填“设备”的名称)。 (3)原料气在一定条件下通入接触室中,测量各截面过程气体流中各种气体的物质的量的百分含量如下,则该过程中SO2的平衡转化率为 91.7% (精确到0.1%)。,考点二,考点一,(4)在吸收塔中将SO3转化成硫酸,使用98.3%的硫酸从上方喷淋,而不使用水的理由是 防止形成酸雾 。吸收塔中填充有许多瓷管,其作用是 增大气液的接触面积 。 (5)尾气中常含有

8、N2、O2、SO2、微量的SO3等。为了综合利用尾气,可将其通入氨水中,再按一定比例加入碳酸氢铵,降低温度析出含结晶水的晶体。已知该结晶水合物的相对分子质量为134,则其化学式为 (NH4)2SO3H2O 。 (6)能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是 BC (填标号)。 A.NaOH溶液、酚酞试液 B.KMnO4溶液、稀H2SO4 C.碘水、淀粉溶液 D.氨水、酚酞试液,考点二,考点一,考点二,考点一,考点二 化工生产的评价与优化 1.从环保、能源和资源的综合利用上评价:应从环境保护和综合利用原料、合理利用能量以及化工生产的规模和厂址选择等方面进行考虑。 (1)绿色化学:绿色化学又称环境友好化

9、学、环境无害化学、清洁化学,是用化学的技术和方法减少或消除有害物质的生产和使用。需要特别注意的是:绿色化学是“防止污染”,而不是“治理污染”。 (2)理想的化工方式:反应物的原子全部转化为期望的最终产物,实现“零排放”。符合绿色化学和可持续发展。包括原料的绿色化、试剂与催化剂无公害性、原子利用率高等。 2.从化工生产条件和经济利益上评价:运用化学反应速率和化学平衡原理时,既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性,又要注意对二者影响的矛盾性,同时还得考虑实际生产中的动力、材料、设备等因素来选择适宜的化工生产条件。注意生产实际以及工业生产的可行性,如选择超高温或超高压等条件。,考点二,

10、考点一,3.从生产流程的设计上评价:生产流程的设计要遵循环保、节能、简约等原则。 (1)节能可考虑:循环操作,循环利用,化工生产中的逆流原理:热交换器中的冷、热气体(或液体),沸腾炉中的燃料与空气,吸收塔中气体和吸收液等。逆流的作用是充分接触,此外,化学实验中的冷凝管也采用了逆流原理。 (2)评价流程时可考虑:原料丰富、廉价,生产流程短,产品纯度高,“三废”排放少,产品易于分离等。,考点二,考点一,典例2 “低碳”既是时尚,也是环保要求。“低碳”在工业生产中意义重大,充分利用原材料,不排放或减少排放“三废”,不同工厂联合生产等都是很好的“低碳”生产方式。下面是几个工厂利用废气、废渣(液)联合生

11、产化肥硫酸铵的工艺: 请回答下列问题: (1)工艺操作分别为 、 。 (2)工业合成氨的化学方程式为 。 (3)写出生成“产品”的离子方程式: 。 (4)在实验室中检验合成氨厂排出的废气中是否含有氨气的方法是 。 (5)副产品的化学式为 。该联合生产工艺中可以循环使用的物质是 。,考点二,考点一,【解题思路】(1)合成氨的原料之一氮气来源于空气,制备方法是将空气液化后蒸馏分离出氧气,获得氮气。(2)工业合成氨的条件是高温、高压和催化剂。(3)由题意知“产品”是硫酸铵,反应物是硫酸钙悬浊液、二氧化碳、氨气等,产物除产品硫酸铵外,还有碳酸钙沉淀。(4)氨气溶于水显碱性,实验室中可以用湿润的红色石蕊

12、试纸检验或利用氨气与氯化氢化合生成氯化铵的反应进行检验等。(5)分析题给框图中各物质的关系,结合箭头的指向可知能够循环使用的物质是二氧化碳,“副产品”为氧化钙。,考点二,考点一,【解题技巧】本题可以利用截段分析法。一般截段以生产的产品为准点,如本题主要涉及原料气的获取、工业合成氨、含氨废气的处理及化肥硫酸铵的获取、副产品CaO的获取及CO2的循环使用等几段。,考点二,考点一,考点二,考点一,考点二,考点一,考点二,考点一,考点二,考点一,【解析】(1)粉碎反应物可增大反应物之间的接触面积以加快反应速率;类比CaCO3与HCl的反应书写MnCO3与HCl的反应。(2)此时溶液显酸性(pH=4),

13、再通过已知表格信息可知在pH=4时Fe3+以Fe(OH)3沉淀形式存在,所以离子方程式中同时生成Fe(OH)3和H+是没问题的。(3)应用沉淀转化来除杂。(5)观察化合价,可知Mn2+在阳极失电子生成MnO2。Cl2为阳极另一产物,用湿润的淀粉碘化钾试纸检验即可。Mn2+、Cl-都在阳极放电,二者为竞争关系,增大Mn2+浓度后,有利于Mn2+放电。,1.(2015新课标全国卷)苯酚和丙酮都是重要的化工原料,工业上可用异丙苯氧化法生产苯酚和丙酮,其反应和工艺流程示意图如下:,回答下列问题: (1)在反应器A中通入的X是 O2(或空气) 。 (2)反应和分别在装置 A 和 C 中进行(填装置符号)

14、。 (3)在分解釜C中加入的Y为少量浓硫酸,其作用是 催化剂(提高反应速率) ,优点是用量少,缺点是 腐蚀设备 。 (4)反应为 放热 (填“放热”或“吸热”)反应。反应温度应控制在5060 ,温度过高的安全隐患是 可能会导致(过氧化物)爆炸 。 (5)中和釜D中加入的Z最适宜的是 c (填标号,已知苯酚是一种弱酸)。 a.NaOH b.CaCO3 c.NaHCO3 d.CaO (6)蒸馏塔F中的馏出物T和P分别为 丙酮 和 苯酚 ,判断的依据是 丙酮的沸点低于苯酚 。 (7)用该方法合成苯酚和丙酮的优点是 原子利用率高 。,【解析】本题考查的是有机化工生产流程。(1)根据题目信息可知,在反应

15、器A中通入的X是O2。(2)在装置A中发生化合反应,在装置C中发生分解反应,生成苯酚和丙酮。(3)在C中加入少量浓硫酸的作用是促进异丙苯过氧化氢的分解,但缺点是硫酸有强氧化性,能腐蚀设备。(4)根据方程式可知,反应为放热反应;根据它们的相关物理参数和流程可知,温度过高,过氧化物剧烈分解,可能使装置发生爆炸。(5)苯酚的酸性小于碳酸,而在D装置中主要是中和硫酸,要使得硫酸充分中和,这里只能选择c项(NaHCO3)。(6)F装置是分离互溶的液态苯酚和丙酮,由题表中信息知其沸点相差较大,因此可用蒸馏或分馏进行分离与提纯,根据沸点差异,首先挥发出的在T处,温度稍低,为丙酮,而在P处,温度较高,分馏出的

16、为苯酚。(7)通过反应和反应可知,该方法的优点是原子利用率高。,(2)氨碱法的工艺如图所示,得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。,图中的中间产物C是 Ca(OH)2 ,D是 NH3 (写化学式)。 (3)联合制碱法对氨碱法的改进,其优点是 保留了氨碱法的优点,使食盐的利用率提高到96%;NH4Cl可作氮肥;可与合成氨厂联合,原料气氨气和二氧化碳都由合成氨厂提供,减少CaCO3制CO2这一工序,降低了能耗与污染 。,(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似,故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石为原料制碳酸钾。请结合下图的溶解度(S)随温度变化曲线,分析说明是否可行? 不可行,因为碳酸氢钾溶解度较大,且在常温下与氯化钾的溶解度差别小,在氨盐水碳酸化时无法大量析出 。,【解析】(1