高中化学选修2化学与技术知识点总结高考docx.docx
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高中化学选修2-【化学与技术】知识点总结
(2014年)
第一章化学与工农业生产
一.学习目标
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。
二.知识归纳
工业制硫酸
1.原料:
主要有硫铁矿、(或者硫磺)、空气、有色金属冶炼的烟气、石膏等。
2.生产流程
(1)SO2
的制取
(
设备:
沸腾炉)
点燃
高温
①原料为硫黄:
S+O=====SO,②原料为硫铁矿:
4FeS+11O=====8SO+2FeO。
2
2
2
2
2
3
(2)SO2
的催化氧化
(
设备:
接触室):
2SO+O
催化剂
2SO
2
3
(3)SO
的吸收
(
设备:
吸收塔):
SO+HO===HSO。
注意:
工业上用
98%的浓
3
3
2
2
4
硫酸吸收SO3,这样可避免形成酸雾并提高吸收效率。
3.三废的利用
(1)尾气吸收
废气中的SO2用氨水吸收,生成的(NH4)2SO4作化肥,SO2循环使用。
SO2+2NH3+H2O===(NH4)2SO3或SO2+NH3+H2O===NH4HSO3
(NH4)2SO3+H2SO4===(NH4)2SO4+SO2↑+H2O或2NH4HSO3+H2SO4===(NH4)2SO4+2SO↑+2H2O
(2)污水处理
废水可用Ca(OH)2中和,发生反应为SO2+Ca(OH)2===CaSO3↓+H2O。
(3)废渣的处理
作水泥或用于建筑材料;回收有色金属等综合利用。
催化剂
4.反应条件:
2SO+O22SO3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。
即选:
400℃~500℃,常压,五氧化二钒
(V2O5)作催化剂。
5.以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下:
人工固氮技术——合成氨
1.反应原理
N2+3H2
催化剂
2NH3
<0
高温高压
H
1
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2
3
4
反应特点:
(1)该反应为可逆反应。
(2)正反应为气体体积减小的反应。
(3)正反应为放热反应。
2.条件的选择
结合反应的三个特点及实际生产中的动力,材料设备,成本等因素,得出合成氨的适宜
条件是:
(1)压强:
20MPa~50MPa;
(2)温度:
500℃;(3)催化剂:
铁触媒;(4)循环
操作:
反应混合气通过冷凝器,使氨液化并分离出来,N2、H2再通过循环压缩机送入合成塔。
3.生产流程
(1)造气
①N2:
可用分离液态空气获得。
高温
②H2:
a.利用焦炭制取:
C+H2O=====CO+H2
高温
b.利用CH4制取:
CH4+H2O=====CO+3H2
(2)净化:
原料气净化处理,防止催化剂中毒。
(3)合成:
N2和H2通过压缩机进入合成塔并发生反应。
(4)三废的利用
①废气:
主要有H2S,SO2和CO2等。
采用直接氧化法、循环法处理,CO2作为生产尿素和
碳铵的原料。
②废水:
主要含氰化物和氨,分别采用不同的方法处理。
③废渣:
主要含炭黑和煤渣,可作建筑材料或用作肥料的原料。
5
工业制纯碱
1.原料
氨碱法(又叫索尔维法):
食盐、氨气、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳
)。
联合制碱法(又叫侯式制碱法):
食盐、氨气、二氧化碳
(合成氨厂的废气)。
2.主要反应原理
二者基本相同:
NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl
△
2NaHCO3=====Na2CO3+CO2↑+H2O
3.生产过程
第一步:
二者基本相同;将
NH通入饱和食盐水形成氨盐水,再通入
CO生成NaHCO沉
3
2
3
淀,经过滤、洗涤得到NaHCO微小晶体,再煅烧制得纯碱产品,
其滤液是含有NHCl和NaCl
3
4
的溶液。
△
第二步:
氨碱法:
NaHCO3分解放出的CO2
(2NaHCO3=====Na2CO3+CO2↑+H2O)、滤液(含
NHCl)与石灰乳混合加热产生的氨气回收循环使用
[CaO+HO===Ca(OH)、
4
2
2
△
2NHCl+Ca(OH)=====CaCl
2
+2NH↑+2HO]。
4
2
3
2
联合制碱法:
在低温条件下,向滤液中加入细粉状的氯化钠,
并通入氨气,可以使氯化
铵单独结晶沉淀析出,
经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。
此时滤出氯化铵沉淀后所得的
滤液,已基本上是氯化钠的饱和溶液,可循环使用。
4.综合评价
(1)氨碱法:
①优点:
原料(食盐和石灰石)便宜;产品纯碱的纯度高;副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用;制造步骤简单,适合于大规模生产。
②缺点:
原料食盐的利用率低,大约70%~74%,其余的食盐随CaCl2溶液作为废液被抛
弃;过程中产生了没多大用途且难以处理的CaCl2。
(2)联合制碱法:
使食盐的利用率提高到96%以上,应用同量的食盐比氨碱法生产更多
的纯碱。
另外它综合利用了合成氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子,同时生产出两种可贵的产
品——纯碱的氯化铵;过程中不生成没多大用途、又难以处理的CaCl2,减少了对环境的污
染,并且大大降低了纯碱和氮肥的成本,充分体现了大规模联合生产的优越性。
【典型例题】纯碱是一种重要的化工原料。
目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。
请按要求回答问题:
(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物,请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式:
____________________;
(2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式:
_____________________________;
(3)CO2是制碱工业的重要原料,“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同?
________________________________;
【答案】
(1)Ca(OH)2+2NH4Cl===CaCl2+2NH3↑+2H2O,该反应的CaCl2中的Cl-来源于NaCl,Ca2+来源于CaCO3,产生无用的CaCl2,降低了NaCl的利用率。
△
(2)NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3=====Na2CO3+CO2↑+H2O
(3)“联合制碱法”中的CO2来源于合成氨厂,“氨碱法”中的CO2来源于石灰石.
第二章化学与资源开发利用
一.学习目标
1.了解化学在水处理中的应用。
2.了解海水的综合利用,了解化学科学发展对自然资源利用的作用。
6
3.了解煤、石油和天然气等综合利用的定义。
4.了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用。
二.知识归纳
天然水的净化
1.水的净化
(1)混凝法
常用明矾、绿矾、Fe2(SO4)3、FeSO4、聚合铝等作混凝剂,用明矾净水的原理是:
Al
3+
2
3
+
。
+3HO
Al(OH)+3H
(2)化学软化法
△
①煮沸法除暂时硬度:
Ca(HCO3)2=====CaCO3↓+CO2↑+H2O。
△
△
Mg(HCO3)2=====MgCO3↓+H2O+CO2↑、MgCO3+H2O=====Mg(OH)2+CO2↑。
②药剂法:
先加
Ca(OH)2,再加Na2CO3。
Ca2++2NaR===CaR+2Na
③离子交换法:
向硬水中加入离子交换剂
(如NaR),反应式为
+
2+
+
+
2+
。
、Mg
+2NaR===MgR+2Na,且离子交换树脂能再生:
CaR2+2Na===2NaR+Ca
2.污水处理
(1)中和法
HSO或HCO中和。
酸性废水常用熟石灰中和,碱性废水常用
2
4
2
3
(2)沉淀法
2+
2+
2+
等重金属离子可用
NaS除去,反应的离子方程式为
2+
2-
Hg
、Pb
、Cu
Hg
+S===HgS↓,
2
Pb2++S2-===PbS↓,Cu2++S2-===CuS↓。
3.海水淡化
常用方法为蒸馏法、电渗析法等。
注意:
水的暂时硬度和永久硬度的区别:
在于所含的主要阴离子种类的不同,由Mg(HCO3)2或Ca(HCO3)2所引起的水的硬度叫水的暂时硬度,由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的水的硬度叫水的永久硬度。
天然水的硬度是泛指暂时硬度和永久硬度的总和。
海水的综合利用
1.海水制盐
以蒸馏法为主,主要得到
NaCl和CaCl、MgCl、NaSO。
2
2
2
4
2.氯碱工业
Na+通过)电解槽
(1)设备:
离子交换膜(只允许
电解
(2)反应原理:
2NaCl+2HO=====2NaOH+H2↑+Cl2↑。
3.海水提溴
(1)工艺流程
(2)主要反应原理:
Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。
4.海水提镁
(1)工艺流程
7
(2)主要反应原理高温
CaCO3=====CaO+CO2↑、CaO+H2O===Ca(OH)2、Mg2++Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+Ca2+、Mg(OH)2
电解
+2HCl===MgCl2+2HO、MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑。
2+
注意:
①为提高反应中Mg的浓度,将海水浓缩或用提取食盐后的盐卤。
②电解熔融MgCl2生成的Cl2可用于制盐酸,循环使用,节省成本。
③所得Mg(OH)2沉淀中含有的CaSO4杂质在加盐酸前应除去,以保证MgCl2的纯度。
石油、煤、天然气的综合利用
1.石油的综合利用
(1)分馏:
分为常压分馏和减压分馏,每种馏分仍是混合物。
(2)裂化与裂解
(催化)裂化
裂解
通过催化剂催化、高温,使含碳原子数多、
采用比裂化更高温度(700℃~
含义
沸点高的烃断裂为含碳原子数少、沸点低的
1000℃)使长链烃断裂成短链、不
烃的过程
饱和烃的过程
目的
提高轻质油,特别是汽油的产量和质量
获得有机化工原料,特别是提高乙
烯的产量
原料
减压分馏后的重油、石蜡等
石油分馏的馏分
产品
轻质燃料油:
汽油、柴油、煤油等
主要短链不饱和烃:
乙烯、丙烯、
丁烯等组成的裂解气及少量液态烃
催化剂
C8H18――→
C4H10+C4H8
加热、加压
催化剂
催化剂
举例
C16H34――→
C8H18+C8H16
C4H10――→C2H6+C2H4
加热、加压
加热、加压
催化剂
C4H10――→CH4+C3H6
加热、加压
相同点
裂解就是深度裂化,二者所得产物一定比原反应物的碳原子数少
注意:
①汽油指含有5~11个碳原子的烃,裂化汽油与直馏汽油不同,
裂化汽油中含不
饱和烃,能使溴的四氯化碳溶液褪色,而直馏汽油不能。
②裂解气中主要含乙烯、
丙烯、丁二烯等短链气态烃,而液化石油气是石油常压分馏的
产物,主要含有丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及少量戊烷、戊烯和含硫化合物。
2.天然气的综合利用
H,合成甲醇及其他化工原料。
例如:
除了直接用作燃料外,还可以制造合成氨原料气
2
高温
天然气重整的方程式:
CH+HO=====CO+3H。
4
2
2
3.煤的综合利用
(1)煤的干馏:
将煤隔绝空气加强热,使之分解的过程,得到的固态物质焦炭,液态物
质煤焦油、粗氨水,气态物质焦炉气的成分为H2、CH4、CO、CO2、N2等。
(2)煤的气化:
是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。
主要反应:
8
点燃高温高温
2C(s)+O2(g)=====2CO(g),C(s)+H2O(g)=====CO(g)+H2(g),CO+H2O(g)=====CO2+H2。
(3)煤的液化①直接液化:
煤与氢气作用生成液体燃料。
②间接液化:
先把煤转化成CO和H2,再催化合成烃类燃料、醇类燃料及化学品等。
第三章化学与材料的发展
一.学习目标
1.了解社会发展和科技进步对材料的要求。
了解化学对材料科学发展的促进作用。
2.了解金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复合材料和其他新材料的特点,
了解有关的生产原理。
3.了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。
4.了解我国现代材料研究和材料工业的发展情况。
了解新材料的发展方向。
二.知识归纳
1.无机非金属材料
原料
成分
生产原理
性能、用途
高温烧制
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高
陶瓷
黏土
温、绝缘、易成型。
盛放物
品、艺术品
石英砂、
Na2SiO3
高温
玻璃
石灰石、
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+
CaSiO
传统硅
3
CO
↑
纯碱
2
光学玻璃、耐腐蚀玻璃,
酸盐材
高温
不同颜色玻璃。
料
CaCO+SiO2
CaSiO3+
2
CO↑
石灰石、
硅酸二三
水泥
黏土
钙铝酸三
钙、铁铝酸
钙
磨成粉-煅烧-加石膏等-水硬性,用作建筑材料。
粉磨混凝土:
水泥、砂子、碎石
SiO2,C
SiC
高温
碳化硅
SiO2+C
SiC+CO
↑
高纯Si、SiN
34
3
4
高温
氮化硅
N2
3Si+2N
SiN
3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl
高纯焦
Si
高温
新材料
炭、石英
SiO2+2C
Si+2CO↑
单质硅
砂
=SiHCl3+H2
SiHCl3+H2
高温
Si+3HCl
金刚石
CH
C
4
CH4=====C(金刚石)+2H2
其余新
C60(新型贮氢材料)、超导材料等
材料
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。
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。
半导体工业
研磨材料
2、金属材料
原料
装置
原理
炼铁
铁矿石、焦炭、
高炉
还原剂CO的生成:
C+O2==CO2CO2+C==2CO
石灰石、空气
生铁形成:
Fe2O3+3CO==2Fe+3CO
炼钢
生铁
氧气顶
降低C%:
2C+O=2CO2Fe+O2=2FeOFeO+C=CO+Fe
吹转炉
除杂质:
FeS+CaO=CaS+FeO脱硫
添加合金元素:
Cr、Mn、Ni
9
炼铝
铝土矿、纯碱、
电解槽
铝土矿溶解:
Al2O3+2NaOH=2NaAlO+H2O
石灰、煤、燃料
氢氧化铝析出:
NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
油
氢氧化铝脱水:
2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
电解
4Al+3O2↑
电解氧化铝:
2Al2O3
冰晶石(Na3AlF6)-氧化铝熔融液,少量CaF2
阳极:
6O2—12e-=3O2↑阴极:
4Al3++12e-=4AI
冰晶石的作用是作助融剂,降低氧化铝的熔点。
金属腐蚀及防护:
分类
实例
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
金属腐蚀原理
原电池反应,例如钢材
电化学腐蚀
吸氧腐蚀(大多):
阴极1/2O
-
-
阳极Fe-2e
-2+
2+H2O+2e=2OH
=Fe
析氢腐蚀(酸性):
阴极2H++2e-=H2
阳极Fe-2e-=Fe2+
氧化膜
用化学方法在钢铁、铝的表面形成致密氧化膜
金属防腐方法
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
【典型例题】
结合铝生产的流程图,回答下列问题:
请回答:
(1)、工业冶炼金属铝用的是铝土矿,铝土矿的主要成分是________(填化学式)。
石油炼制和煤的干馏产品________(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。
(2)氧化铝熔点高达2050℃,工业上为了降低能量消耗,在金属铝的冶炼中采取的措施是
________。
(3)在冶炼过程中,阳极材料需要定期地进行更换,原因是该极材料不断被消耗,产生这种
现象的原因是________(用化学方程式表示)。
电解生成的铝在
层。
(4)工业上制取金属镁时是电解熔融
MgCl,电解反应方程式为
_______________________,
2
镁和铝都是活泼金属,为什么在电解冶炼过程中,
一个用氯化物,一个用氧化物___________。
答案:
(1)Al2O3石墨(或碳)
(2)加入冰晶石(Na3AlF6)和少量CaF2
(3)2C+O2===2CO;下。
(4)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
AlCl
因为MgO熔点太高,MgCl熔点低,熔化时能发生电离而导电。
3
是共价化合物,熔
2
化时不能发生电离
第四章化学与技术的发展
一。
学习目标
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。
10
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。
二.知识归纳
化肥与农作物
化学肥料
实例
生产原理
尿素
△
2NH3+CO2H2NCONH2+H2O
氮肥
硝酸铵
催化剂
2NO+O2=2NO
4NH3+5O2
4NO+6H2O