【金版新学案】高考化学总复习讲义 第二单元 化学与工农业生产教案 苏教版选修2.doc

2015金版新学案高中化学总复习讲义：选修2第二单元化学与工农业生产考点一工业合成氨1反应原理：N23H22NH3(放热反应)2基本生产过程(1)造气N2H2主要来源于H2O和碳氢化合物，相关化学反应如下：CH2O(g)COH2COH2OCO2H2CH4H2OCO3H2CH42H2OCO24H2(2)净化原料气中的主要杂质：H2S、CO、CO2、O2等。主要危害：某些杂质会导致催化剂中毒。净化方法a用氨水吸收H2S：NH3·H2OH2S=NH4HSH2ObCO转化为CO2：COH2OCO2H2c用K2CO3溶液吸收CO2：K2CO3CO2H2O=2KHCO3d用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理。(3)合成合成氨工业1如下图所示是工业生产硝酸的流程图(空气中O2的体积分数为20%)，下列说法或推断不合理的是()A反应A、B、C都是氧化还原反应B吸收塔中通入的空气不必过量C假设标准状况下进入吸收塔的NO和空气为4 480 L，则最多可得HNO3约为2 653.56 gD工业上还可以联合生产硝酸铵解析：选项A，反应A为N2、H2合成NH3，反应B为NH3的催化氧化生成NO，反应C为NO、O2和H2O反应生成HNO3，三个反应都是氧化还原反应；选项B，工业上常通过通入过量空气的方法使NO被充分氧化而生成更多HNO3；选项C，由反应知恰好反应生成HNO3时，NO与O2的体积比为43，设标准状况下4 480 L中，含有4a mol NO，则含有15a mol空气，则有：4a15a200，则a10.53，故最多可得HNO3的质量为4×10.53 mol×63 g·mol12 653.56 g；选项D，合成的NH3与HNO3反应可生成NH4NO3。答案：B2工业合成氨是在一定条件下进行的，下列可逆反应：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)。其部分工艺流程如下：请回答下列问题：(1)第步除需要催化剂这个条件外，还需要的条件是_。(2)第步操作中的原料气体的“净化”目的是_，第步操作的目的是_。(3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分离物质的方法的原理类似于下列哪种方法？_(填编号)。a过滤b蒸馏c分液 d萃取你做出这个判断的理由是_。答案：(1)高温、高压(2)防止催化剂中毒，失去活性，提高原料的利用率使N2、H2循环利用，提高原料利用率(3)b通过温度的改变而改变物质的状态，达到使物质分离的目的，是蒸馏的原理工业合成氨反应条件的选择在合成氨的工业生产中，要综合考虑原料来源、动力、设备等因素，控制适宜的反应条件，以取得最佳经济效益。1温度升高温度400500 。 2压强增大压强1030 MPa。 3催化剂加快反应速率但不影响平衡，提高单位时间氨的产量，目前工业上以铁触媒为催化剂。4循环操作合成氨转化率较低，要采用循环操作。混合气体通过冷凝器，使氨液化，将氨分离出来，并将没有完全反应的N2和H2经过循环压缩机，再送入合成塔，使其被充分利用。(1)使用催化剂不影响氨的产率，但能提高单位时间内氨的产量。催化剂对反应有选择性，容易误认为一定的催化剂对所有反应都有催化作用。(2)温度的选择，兼顾三个方面：反应速率、氨的产率、催化剂活性。容易漏答。(3)易误认为压强不能过大的原因是考虑反应速率或氨的产率，实际上是从生产成本上考虑的。考点二工业生产硫酸1三原料：硫黄(或黄铁矿)、空气、水2三阶段和三反应(1)造气：S(s)O2(g)=SO2(g)H297 kJ/mol4FeS2(s)11O2(g)=2Fe2O3(s)8SO2(g)H3 412 kJ/mol(2)接触氧化：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJ/mol(3)三氧化硫的吸收：SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l)H130.3 kJ/mol3三设备：沸腾炉、接触室、吸收塔4三工艺：(1)热交换；(2)逆流操作；(3)原料的循环利用。5“三废”处理和能量综合利用(1)“三废”处理方法尾气吸收：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2OCaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O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。废渣利用：制砖或制造水泥，提炼贵重有色金属。(2)能量的充分利用硫酸生产中的反应热可用于预热即将参加反应的SO2，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。6硫酸厂址的选择不能在人口密集的居住区，不能在风景旅游区，由于硫酸不便 于运输，故硫酸厂址要离消费中心近，还要综合考虑原料地、水源、交通、能源等因素的影响。(1)工业上用98%的H2SO4溶液吸收SO3，是因为用水吸收会产生酸雾，腐蚀设备。(2)煅烧黄铁矿制得的炉气中含有三种有害杂质：矿尘，砷、硒等化合物，水蒸气；对应三个净化过程：除尘、水洗和干燥，避免催化剂中毒。1在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是 ()A硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧BSO3用98%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便SO3吸收完全CSO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率D从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应答案：B2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。解析：(1)4FeS211O22Fe2O38SO2。(2)SO2气体中含有矿尘，水汽等，会对催化剂的活性和设备产生不良影响，所以进入接触室之前，需对气体进行除尘、洗涤及干燥。(3)由图可知，在450 、0.1 MPa时，转化率已达95%以上，采用更高的压强，对设备要求更高，而对转化率影响较小；在0.1 MPa，温度较低时，反应速率较慢、产量低。(4)将反应产物的热量及时交换给SO2和O2，使平衡2SO2O22SO3向右移动，提高SO2的转化率，使能量循环利用节约能源。答案：(1)4FeS211O22Fe2O38SO2(2)除尘洗涤使催化剂中毒(3)见解析(4)能量循环利用提高SO2转化率(其他合理答案也可)化学原理在硫酸工业生产中的应用及相关计算1化学反应速率和化学平衡原理(1)增大化学反应速率的措施升高温度。使用催化剂。在沸腾炉中燃料燃烧时，将原料粉碎，增大与空气的接触面积。(2)反应条件的选择 温度：400500 ，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。 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，且加压会增大成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产中采用常压操作。适当过量的空气：提高SO2的转化率。2逆流原理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，反应进行彻底充分；吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片)，浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。3热交换原理由于2SO2O22SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，用反应后热的气体预热接触室的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。4循环操作原理由于2SO2O22SO3是可逆反应，尾气中还有一定的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气体送回接触室，提高原料利用率，同时减少废气排放。5有关计算(1)元素守恒法根据某种关键元素的质量守恒，找出关系式，可简化计算过程，方便快捷。(2)常见量的计算公式矿物的纯度×100%。原料利用率×100%。原料转化率原料利用率1原料损失率。产率×100%。多步反应的总转化率各步反应转化率的乘积。在生产硫酸的工业生产中，要综合考虑原料来源、动力、设备、环境污染等因素，控制适宜的反应条件，以取得最佳经济效益。考点三纯碱的工业生产氨碱法(索尔维)联合制碱法(侯德榜)原理NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2O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氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。1在制小苏打(NaClCO2NH3H2O=NaHCO3NH4Cl)的操作中，应在饱和食盐水中()A先通入CO2，达到饱和后再通入NH3B先通入NH3，达到饱和后再通入CO2CCO2和NH3同时通入D以上三种方法都行答案：B2与氨碱法比较，下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的是()A提高了原料的原子利用率B降低了生产成本C减少了环境污染 D减轻了对设备的腐蚀解析：联合制碱法把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐的利用率，缩短了生产流程，减少了环境污染。答案：D1向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳的顺序容易答反。应先通氨气再通二氧化碳，因为氨气在水中的溶解度大，先通氨气会吸收更多的二氧化碳，有利于生成较多的碳酸氢钠而析出。2在氨碱法和联合制碱法的过程中，CO2均可循环利用。3联合制碱法和氨碱法相比较，其主要优点一是使氯化钠的利用率得到了较大提高(由70%提高到96%)，二是避免了CaCl2的生成，同时得到的副产品NH4Cl是一种化肥，提高了经济效益。考点四化肥、农药在农业生产中的作用及精细化学品1常见化肥的种类、用途和使用注意事项实例作用使用注意事项氮肥尿素CO(NH2)2、碳酸氢铵(NH4HCO3)、氨水(NH3·H2O)、硝酸铵等氮是合成蛋白质、核酸、叶绿素的重要元素，可使植物枝繁叶茂铵态氮肥不宜与草木灰等碱性肥料混合施用磷肥Ca(H2PO4)2、过磷酸钙主要成分是Ca(H2PO4)2·H2O和CaSO4、钙镁磷肥主要成分是Ca3(PO4)2和Mg3(PO4)2等可使作物根系发达，增强耐寒抗旱能力，穗粒增多，籽粒饱满不宜与碱性肥料混合施用，最好与农家杂肥配合施用钾肥KCl、K2SO4、K2CO3促进作物生长，增强抗病虫害和抗倒伏能力易溶于水，不宜在多雨季节施用复合肥KNO3、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4协同作用，使作物生成营养均衡，提高效能K2SO4、(NH4)2SO4的大量长期施用会造成土壤板结、土质酸化2.农药农作物的保护神(1)分类(2)农药对土壤和环境造成的不良影响对农产品造成污染，危及食品安全；对环境造成严重污染，危及人类身体健康和生命安全；破坏生物链，影响生态平衡。3肥皂的生产(1)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)。(2)工艺流程 4合成洗涤剂(1)表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠：(2)洗涤剂主要成分是表面活性剂，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。 5精细化工产品(1)精细化学品的种类医药、农药、染料和颜料、涂料、黏合剂、表面活性剂、催化剂、食品和饲料添加剂，以及塑料、合成纤维和橡胶用的添加剂等。(2)精细化学品的生产特点多品种小批量；生产流程和设备复杂、综合性和功能性强；技术密集、附加值高。农作物生长不仅需要阳光、空气和水，还需要多种化学元素。当植物缺乏N元素时，表现为植株生长缓慢、叶色发黄，严重时叶片脱落直至死亡。而农作物的生长仅靠土壤中的N元素不能满足生长的需要，必须靠施肥加以补充。(1)下列可作氮肥的化合物是_，其中含N量最高的是_。A碳酸氢铵B磷酸二氢钙C硫酸钾 D硝酸钾E尿素(2)尿素的合成有多种方法，请写出一个合成尿素的化学方程式_。(3)尿素在土壤中需经过水解后方可被农作物吸收，请写出尿素水解的化学方程式_。简述尿素作氮肥的优点_、_。答案：(1)A、D、EE(2)CO22NH3=CO(NH2)2H2O(其他合理答案也可)(3)CO(NH2)2H2O=CO22NH3产生农作物光合作用必需的CO2不会引起土壤酸化(或板结)1(2012·海南化学·20)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K0.627，若要使CO的转化率超过90%，则起始物中c(H2O)c(CO)不低于_。解析：(1)直接来自于教材；(2)合成氨的设备为合成塔；(3)冷凝分离产品的设备为冷凝器，入水口应该在下面，因逆向冷凝效果好；(4)分离器是将气固分离设备，应是分离液氨和未反应完全的原料气；(5)以转化率为90%为基准计算，用平衡常数求水与一氧化碳的浓度比。设CO、H2O起始浓度分别为x、y。CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) c起 x y 0 0 c变 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x c平 0.1x y0.9x 0.9x 0.9xK0.627yx13.8。只要水更多一些，则转化率会超过90%。答案：(1)液化、分馏与碳反应后除去CO2CH2O(g)COH2CH4H2OCO3H2(2)合成(氨)塔N2(g)3H2(g)2NH3(g)(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)13.82(2013·课标全国·36)草酸(乙二酸)可作还原剂和沉淀剂，用于金属除锈、织物漂白和稀土生产。一种制备草酸(含2个结晶水)的工艺流程如下：回答下列问题：(1)CO和NaOH在一定条件下合成甲酸钠、甲酸钠加热脱氢的化学反应方程式分别为_、_。(2)该制备工艺中有两次过滤操作，过滤操作的滤液是_，滤渣是_；过滤操作的滤液是_和_，滤渣是_。(3)工艺过程中和的目的是_。(4)有人建议甲酸钠脱氢后直接用硫酸酸化制备草酸。该方案的缺点是产品不纯，其中含有的杂质主要是 _。(5)结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定。称量草酸成品0.250 g溶于水，用0.050 0 mol·L1的酸性KMnO4溶液滴定，至浅粉红色不消褪，消耗KMnO4溶液15.00 mL，反应的离子方程式为_；列式计算该成品的纯度_。解析：(1)分析题中信息可知，NaOH与CO在一定条件下合成甲酸钠的方程式为NaOHCOHCOONa；甲酸钠脱氢的反应可先写成HCOONaNa2C2O4，分析元素组成知还应该有H2生成，配平即可。(2)Na2C2O4与Ca(OH)2反应生成CaC2O4和NaOH，故过滤操作的滤液是NaOH溶液，滤渣是CaC2O4；CaC2O4与硫酸反应可以得到草酸和硫酸钙，故过滤操作的滤液是草酸及没有反应完的硫酸，滤渣是硫酸钙。(3)工艺过程中是回收NaOH，供循环生产使用，工艺过程中是回收硫酸，供循环生产使用，降低生产成本及减小环境污染。(4)草酸钠与硫酸混合可得到草酸及硫酸钠，故杂质是硫酸钠。(5)草酸与酸性KMnO4溶液反应时，草酸被氧化为CO2，KMnO4被还原为Mn2，溶液中H参与反应，由此可写出相应的离子方程式。依得失电子守恒原理有2n(H2C2O4)5×0.05 mol·L1×0.015 L，n(H2C2O4)1.875×103 mol，故草酸晶体的纯度为126 g·mol1××100%94.5%。答案：(1)CONaOHHCOONa2HCOONaNa2C2O4H2(2)NaOH溶液CaC2O4H2C2O4溶液H2SO4溶液CaSO4(3)分别循环利用氢氧化钠和硫酸(降低成本)，减小污染(4)Na2SO4(5)5C2O2MnO16H=2Mn28H2O10CO2×100%94.5%3(2011·海南化学·20)工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题：(1)路布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取，结晶而制得纯碱。食盐和浓硫酸反应的化学方程式为_；硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为_(已知产物之一为CaS)。(2)氨碱法的工艺如下图所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。图中的中间产物C是_，D是_(写化学式)；装置乙中发生反应的化学方程式为_；(3)联合制碱法对氨碱法的改进，其优点是_；(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？_。解析：(1)食盐和浓硫酸在强热条件下反应生成硫酸钠和氯化氢，方程式为2NaClH2SO4(浓)Na2SO42HCl。硫酸钠和焦炭、石灰石反应的产物之一为CaS，说明发生了氧化还原反应，S元素的化合价降低，Na2SO4作氧化剂，则作还原剂的为焦炭，C元素的化合价升高为4价，由此可判断产物还有碳酸钠和二氧化碳，其反应方程式为Na2SO42CCaCO3CaSNa2CO32CO2。(2)甲装置为煅烧石灰石生成氧化钙和二氧化碳的装置，生成的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，所以C应为Ca(OH)2，Ca(OH)2加入到丁装置，与NH4Cl反应生成NH3，则D应为NH3。装置乙中发生反应的化学方程式为NaClNH3H2OCO2=NaHCO3NH4Cl。(3)联合制碱法简化了生产设备，避免了副产物的生成。(4)由溶解度曲线可知，碳酸氢钾的溶解度较大，降温过程中不会析出碳酸氢钾晶体，故不能采用此法制碳酸钾。答案：(1)2NaClH2SO4(浓)Na2SO42HClNa2SO42CCaCO3CaSNa2CO32CO2(2)Ca(OH)2NH3NaClNH3H2OCO2=NaHCO3NH4Cl(3)简化了生产设备，避免了副产物的生成(4)不可行碳酸氢钾的溶解度较大，降温过程中不会析出碳酸氢钾晶体