高中化学选修2知识点详汇.docx
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高中化学选修2知识点详汇
化学选修2《化学与技术》
第一单元走进化学工业
教学重点(难点):
1、化工生产过程中的基本问题。
2、工业制硫酸的生产原理。
平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用。
3、合成氨的反应原理。
合成氨生产的适宜条件。
4、氨碱法的生产原理。
复杂盐溶液中固体物质的结晶、分离和提纯。
知识归纳:
1
制硫酸
反应原理
造气:
S+O2==SO2(条件加热)
催化氧化:
2SO2+O2
2SO3
吸收:
SO3+H2O==H2SO498.3%的硫酸吸收。
原料选择
黄铁矿:
FeS2硫磺:
S
反应条件
2SO2+O2
2SO3放热可逆反应(低温、高压会提升转化率)
转化率、控制条件的成本、实际可能性。
400℃~500℃,常压。
钒触媒:
V2O5
三废处理
废气:
SO2+Ca(OH)2==CaSO3+H2OCaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2↑+H2O
废水:
酸性,用碱中和
废渣:
黄铁矿废渣――炼铁、有色金属;制水泥、制砖。
局部循环:
充分利用原料
能量利用
热交换:
用反应放出的热预热反应物。
2
制氨气
反应原理
N2+3H2
2NH3放热、可逆反应(低温、高压会提升转化率)
反应条件:
铁触媒400~500℃,10MPa~30MPa
生产过程
1、造气:
N2:
空气(两种方法,
(1)液化后蒸发分离出氮气和液氧,沸点N2-196℃,H2-183℃;
(2)将氧气燃烧为CO2再除去)。
H2:
水合碳氢化合物(生成H2和CO或CO2)
2、净化:
避免催化剂中毒。
除H2S:
NH3H2O+H2S==NH4HS+H2O
除CO:
CO+H2O==CO2+H2K2CO3+CO2+H2O==2KHCO3
3、氨的合成与分离:
混合气在合成塔内合成氨。
出来的混合气体中15%为氨气,再进入冷凝器液化氨气,剩余原料气体再送入合成塔。
工业发展
1、原料及原料气的净化。
2、催化剂的改进(磁铁矿)3、环境保护
三废处理
废气:
H2S-直接氧化法(选择性催化氧化)、循环。
CO2-生产尿素、碳铵。
废液:
含氰化物污水-生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等。
含氨污水-蒸馏法回收氨,浓度较低可用离子交换法。
废渣:
造气阶段产生氢气原料的废渣。
煤渣(用煤),炭黑(重油)。
3
制纯碱
氨碱法
(索尔维)
1、CO2通入含NH3的饱和NaCl溶液中
NH3+CO2+H2O==NH4HCO3NaCl+NH4HCO3==NaHCO3↓+NH4Cl
2、2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O↑
缺点:
CO2来自CaCO3,CaO-Ca(OH)2-2NH3+CaCl2+2H2O
CaCl2的处理成为问题。
和NaCl中的Cl-没有充分利用,只有70%。
CaCO3的利用不够充分。
联合法
(侯德榜)
与氨气生产联合起来:
NH3、CO2都来自于合成氨工艺;这样NH4Cl就成为另一产品化肥。
综合利用原料、降低成本、减少环境污染,NaCl利用率达96%。
资料:
一、硫酸的用途
肥料的生产。
硫酸铵(俗称硫铵或肥田粉):
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4;
和过磷酸钙(俗称过磷酸石灰或普钙):
Ca3(PO4)2+2H2SO4=Ca(H2PO4)2+2CaSO4;
浓硫酸的氧化性。
(1)2Fe+6H2SO4(浓)
Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O(铝一样)
(2)C+2H2SO4(浓)
2SO2↑+CO2↑+2H2O
S+2H2SO4(浓)
3SO2↑+2H2O
2P+5H2SO4(浓)
2H3PO4+5SO2↑+2H2O
(3)H2S+H2SO4(浓)=S+SO2↑+2H2O
2HBr+H2SO4(浓)=Br2↑+SO2↑+2H2O
8HI+H2SO4(浓)=4I2+H2S↑+4H2O
(4)2NaBr+3H2SO4(浓)=2NaHSO4+Br2↑+SO2↑+2H2O
2FeS+6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+2S↓+3SO2↑+6H2O
(5)当浓硫酸加入胆矾时,浓硫酸吸水,胆矾脱水,产生白色沉淀。
二、氨气
1、氮肥工业原料与酸反应生成铵盐
2、硝酸工业原料能被催化氧化成为NO4NH3+5O2=4NO+6H2O(Pt-Rh高温)
3、用作制冷剂易液化,汽化时吸收大量的热
三、纯碱
烧碱(学名氢氧化钠)是可溶性的强碱。
它与烧碱并列,在工业上叫做“两碱”。
烧碱和纯碱都易溶于水,呈强碱性,都能提供Na+离子。
1、普通肥皂。
高级脂肪酸的钠盐,一般用油脂在略为过量的烧碱作用下进行皂化而制得的。
如果直接用脂肪酸作原料,也可以用纯碱来代替烧碱制肥皂。
第二单元化学与资源开发利用
教学重点(难点):
1、天然水净化和污水处理的化学原理,化学再水处理中的应用和意义。
硬水的软化。
中和法和沉淀法在污水处理中的应用。
2、海水晒盐。
海水提镁和海水提溴的原理和简单过程。
氯碱工业的基本反应原理。
从海水中获取有用物质的不同方法和流程。
3、石油、煤和天然气综合利用的新进展。
知识归纳:
方法
原理
天然水的净化
混凝法
混凝剂:
明矾、绿矾、硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等
Al3++3H2O
3H++Al(OH)3
絮状胶体(吸附悬浮物);带正电(使胶体杂质聚沉)。
生活用水净化过程:
混凝沉淀-过滤-杀菌
化学软化法
硬水:
含有较多的Ca2+,Mg2+的水,较少或不含的为软水。
不利于洗涤,易形成锅垢,降低导热性,局部过热、爆炸。
暂时硬度:
Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的硬度。
1、加热法
永久硬度:
钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的硬度。
2、药剂法:
纯碱、生石灰、磷酸盐
3、离子交换法:
离子交换树脂,不溶于水但能与同电性离子交换
2NaR+Ca2+==CaR2+2Na+再生:
CaR2+2Na+==2NaR+Ca2+
污水处理
物理法
一级处理:
格栅间、沉淀池等出去不溶解的污染物。
预处理。
(微)生物法
二级处理:
除去水中的可降解有机物和部分胶体污染物。
化学法
三级处理:
中和法-酸性废水(熟石灰),碱性废水(硫酸、CO2)
沉淀法-含重金属离子的工业废水(沉淀剂,如S2-)
氧化还原法。
(实验:
电浮选凝聚法)
方法
原理
盐的利用
海水制盐
蒸发法(盐田法)
太阳照射,海水中的水分蒸发,盐析出。
盐田条件:
地点(海滩、远离江河入海口)、气候。
盐田划分:
贮水池、蒸发池、结晶池。
苦卤:
分离出食盐的母液。
食盐利用
电解(氯碱工业)
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑阴极:
2H++2e-=H2↑
melt融化meltedmelted/molten海水提溴
sweep打扫sweptswept吹出法
1、氯化:
Cl2+2Br-=2Cl-+Br2
1.以t结尾的词,过去式与原形相同。
如:
put—put,let—let,cut—cut,beat—beat2、吹出:
空气(或水蒸气)吹出Br2
绞死hangedhanged3、吸收:
Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4
再用氯气氧化氢溴酸。
take拿tooktaken海水提镁
具体过程
海水―――Mg(OH)2―――MgCl2―――Mg
碱(贝壳)/过滤盐酸干燥/电解
run跑ranrun海水提取重水
sing唱歌sangsung蒸馏法、电解法、化学交换法、吸附法
了解化学交换法
bend使弯曲bentbent
化工
read读readread目的
sow种植sowedsown/sowed石油
分馏(常压、减压)(物理)
把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物,得到汽油(C5~11)、煤油(C11~16)、柴油(C15~18)等轻质油,但产量较低。
裂化(化学)
获得更多轻质油,特别是汽油。
断链。
列解(化学)
获得重要有机化工原料:
乙烯、丙稀、丁烯等。
煤
关注问题
提高燃烧热效率,解决燃烧时的污染,分离提取化学原料。
干馏
隔绝空气加热。
得焦炉气(H2、CH4、乙烯、CO等,燃料)、煤焦油(苯等芳香族化合物,进一步提取)、焦炭(金属冶炼)等。
气化
利用空气或氧气将煤中的有机物转化为可燃性气体。
C+水
液化
把煤转化为液体燃料的过程。
直接液化:
与溶剂混合,高温、高压、催化剂与氢气作用,得到汽油、柴油、芳香烃等。
煤制油(内蒙古)。
间接液化:
先转变为CO和氢气,再催化合成为烃类、醇类燃料。
一碳化学
以分子中只含一个碳原子的化合物(甲烷、甲醇等)为原料合成一系列化工原料和燃料的化学。
CO:
煤CH4:
天然气。
电解饱和食盐水中。
正阳失,负阴得。
阳极:
活性电极,放电顺序:
S2->SO32->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42->F-
阴极:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸性溶液)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
(1)在电解饱和食盐水中,阳极有气泡产生,有刺激性味道的气体,湿润的KI-淀粉试纸变蓝。
阴极有气泡,可燃气体。
(2)如果交换电极:
如果用的都是惰性电极(石墨或铂),那么可以互换(反应不变);但如果原来阴极用的是铁棒,那么不能互换,若互换,铁作阳极:
Fe-2e-=Fe2+,阴极:
2H++2e-=H2;阴极产生的氢氧根离子会和阳极产生的亚铁离子在溶液中反应,生成氢氧化亚铁(白色沉淀,不稳定马上变成灰绿色,最终变成红褐色)。
(3)阳离子交换膜有一种特殊的性质,即它只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过,也就是说只允许Na+通过,而Cl-、OH-和气体则不能通过。
这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
(4)阳极接在电源正极上,电源正极会不断地吸电子,所以只能挂惰性电极,如炭棒和Pt等,若挂其他,如铁棒,那么电子被电源正极吸收,Fe会变成铁离子,从而进入电解液中,你会很快看到铁棒不见了。
那至于为什么用炭棒而不用Pt,则是价格关系。
炭棒便宜。
而阴极接在电源负极上,电源负极在不断产生电子,所以挂什么并没有什么大的关系,挂铁的话,反而保护了铁不变为铁离子。
其实负极挂炭棒什么的,也可。
在工业生产中一般阴极不用铁棒而做成铁网,增大反应接触面。
而炭不易做成网状,所以选用炭棒。
第三单元化学与材料的发展
教学重点(难点):
1、硅氧四面体的特殊性,一些无机非金属材料生产的化学原理。
形成对化学与材料发展关系比较全面的认识。
2、金属冶炼的原理,金属腐蚀的原理和防腐方法。
电解、电镀的原理。
3、常见高分子材料的生产原理。
知识归纳:
一、无机非金属材料
原料
成分
生产原理
性能、用途
传统硅酸盐材料
陶瓷
黏土
高温烧制
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型。
盛放物品、艺术品
玻璃
石英砂、石灰石、纯碱
Na2SiO3
CaSiO3
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2CaCO3类似
光学玻璃、耐腐蚀玻璃,不同颜色玻璃。
水泥
石灰石、黏土
硅酸二三钙铝酸三钙、铁铝酸钙
磨成粉-煅烧-加石膏等-粉磨
水硬性,用作建筑材料。
混凝土:
水泥、砂子、碎石
新材料
碳化硅
SiO2,C
SiC
SiO2+C
SiC+CO↑
结构与金刚石相似,硬度大,优质磨料,性质稳定,航天器涂层材料。
氮化硅
高纯Si、N2
Si3N4
3Si+2N2
Si3N4
3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl
熔点高、硬度大、化学性质稳定,制造轴承、气轮机叶片、发动机受热面。
单质硅
高纯焦炭、石英砂
Si
SiO2+2C
Si+2CO↑
=SiHCl3+H2
SiHCl3+H2
Si+3HCl
半导体工业
金刚石
CH4
C
CH4=====C(金刚石)+2H2
研磨材料
其余新材料
C60(新型贮氢材料)、超导材料等
二、金属材料
金属活动顺序表:
标出金属冶炼的方法及范围:
原料
装置
原理
炼铁
铁矿石、焦炭、石灰石、空气
高炉
还原剂CO的生成:
C+O2==CO2CO2+C==2CO
生铁形成:
Fe2O3+3CO==2Fe+3CO
炼钢
生铁
氧气顶吹转炉
降低C%:
2C+O2=2CO2Fe+O2=2FeOFeO+C=CO+Fe
除杂质:
FeS+CaO=CaS+FeO脱硫
添加合金元素:
Cr、Mn、Ni
炼铝
铝土矿、纯碱、石灰、煤、燃料油
电解槽
铝土矿溶解:
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
氢氧化铝析出:
NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
氢氧化铝脱水:
2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
电解氧化铝:
2Al2O3
4Al+3O2↑
冰晶石(Na3AlF6)-氧化铝熔融液,少量CaF2
阳极:
6O2—12e-=3O2↑阴极:
4Al3++12e-=4Al
金属腐蚀及防护:
分类
实例
金属腐蚀原理
化学腐蚀
氧气、氯气等,温度影响较大。
钢材高温容易氧化一层氧化皮
电化学腐蚀
原电池反应,例如钢材
吸氧腐蚀(大多):
阴极1/2O2+H2O+2e-=2OH-阳极Fe-2e-=Fe2+
析氢腐蚀(酸性):
阴极2H++2e-=H2阳极Fe-2e-=Fe2+
金属防腐方法
氧化膜
用化学方法在钢铁、铝的表面形成致密氧化膜
电镀
镀铬、锌、镍(在空气中不容易发生化学变化的金属,原理)
其余
改善环境、牺牲阳极(原电池的负极)、外加电流等
三、高分子材料
分类:
天然高分子:
淀粉、纤维素、蛋白质
合成高分子:
聚×××
合成方法
举例
基本概念
加成聚合反应
聚氯乙稀:
聚苯乙烯:
单体:
链节:
聚合度:
缩合聚合反应
涤纶:
塑料分类
结构
性质
举例
热塑性
线型
溶解于一些有机溶剂,一定温度范围会软化、熔融,加工成形
聚乙烯
热固性
体型
不易溶于有机溶剂,加热不会熔融
酚醛树脂
高分子材料降解分类:
生物降解、光降解、化学降解
废旧高分子材料的再利用途径:
(1)再生、改性重新做成有用材料和制品;
(2)热裂解或化学处理的方法制备多种化工原料;(3)作为燃料回收利用。
化学肥料
实例
生产原理
氮肥
尿素
2NH3+CO2
H2NCOONH4H2NCOONH4
H2NCONH2+H2O
硝酸铵
4NH3+5O2
4NO+6H2O2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NONH3+HNO3=NH4NO3
其余:
碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、氨水、硝酸钙、硝酸钾等
磷肥
过磷酸钙/普钙
硫酸处理。
成分:
Ca(H2PO4)2·H2O和CaSO4
其余:
重过磷酸钙Ca(H2PO4)2,钙镁磷肥、KH2PO4等
钾肥
草木灰K2CO3,氯化钾,硫酸钾、硝酸钾等
复合肥料
铵磷复合肥、硝磷复合肥、硝酸铵、KH2PO4等
农药
实例
作用、影响
杀虫剂
有机氯(DDT、六六六、DDE)
有机磷、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类等。
防治有害生物,提高农作物产量。
影响生物群落、土壤、大气、水等。
杀菌剂
波尔多液(硫酸铜、石灰)、石灰硫磺合剂等、除草剂等
植物生长调节剂
乙烯利、矮壮素等
肥皂
通式
肥皂成分
高级脂肪酸钠(钾)
RCOONa或RCOOK
生产原理
油脂水解/碱性条件
去污原理
水中电离
RCOONa=RCOO-+Na+
亲油基(憎水基)
RCOO-
亲水基
Na+
主要作用
使肥皂、油污、水之间发生润湿、乳化、起泡
简单图示
第四单元化学与技术的发展
教学重点(难点):
1、化肥为农作物补充必要的营养元素,主要化肥的生产原理;了解农药的组成、结构和性质是决定其防治病虫害效果的关键因素。
化肥、农药的使用及其对环境的影响。
2、了解肥皂、合成洗涤剂的组成、特点、性质及其生产原理。
3、通过典型实例了解精细化学品的生产特点,体会化学与技术发展在满足生产和生活需要中的不可替代作用。
知识归纳:
合成洗涤剂
故态:
洗衣粉液态:
洗洁净
主要成分
烷基苯磺酸钠
生产原理
结构优化
1、确定合适的碳链长度(12~18)。
(过长水溶性降低,过短水溶性过强)
2、不含支链的烃基。
(容易生物降解)
3、合理配方。
(提高综合性能,环境污染、增白、香味等)
工业味精:
表面活性剂。
用量少,能显著降低水与空气或其他物质的界面张力(表面张力),提高工业生产效率,提高产品质量和性能。