届高考化学一轮复习化学与工农业生产Word文件下载.docx

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炼铁等

2.氨的工业合成

（1）生产原理：

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）

ΔH（298K）＝－92.2kJ·

mol－1，该反应是气体体积减小（填“增大”或“减小”）、放热（填“放热”或“吸热”）的可逆反应。

（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：

400～500_℃；

压强：

10～30_MPa；

催化剂：

以铁触媒为主的催化剂。

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。

（3）基本生产过程

3．纯碱工业

比较氨碱法与联合制碱法的相同点和不同点

氨碱法（索尔维）

联合制碱法（侯德榜）

原理

NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl

2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

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，但加重设备的腐蚀

深度思考

1．在硫酸工业生产中为增大反应速率，采取了哪些措施？

答案　①升高温度；

②使用催化剂；

③在沸腾炉中燃料燃烧前，将原料粉碎，增大与空气的接触面积。

2．硫酸工业的适宜条件为400～500℃、常压、催化剂（V2O5）、通过量O2，请思考选择温度和压强的理由有哪些？

答案　①温度：

依据平衡移动原理，降低温度有利于提高SO2的转化率。

但是，温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。

在实际生产中，选定400～500℃，这时反应速率和SO2的转化率都比较理想。

②压强：

依据平衡移动原理，增大压强有利于提高SO2的转化率。

但是，在常压、400～500℃时，SO2的转化率已经很高，加压对设备要求高，增大投资和能量消耗，故在实际生产中采用常压操作，并不加压。

3．工业合成氨的原料气是N2、H2，请思考回答下列问题：

（1）简述原料气（N2、H2）的获取方法。

（2）简述原料气必须净化后才能送入合成塔的原因及净化方法。

答案　

（1）造气

②H2：

主要来源于H2O和碳氢化合物，相关化学反应如下：

C＋H2O

CO＋H2

CO＋H2O

CO2＋H2

CH4＋H2O

CO＋3H2

CH4＋2H2O

CO2＋4H2

（2）原料气中的主要杂质有H2S、CO、CO2、O2等，其中H2S、CO等会导致催化剂“中毒”。

净化方法

a．用稀氨水吸收H2S：

NH3·

H2O＋H2S===NH4HS＋H2O

b．CO转化为CO2：

c．用K2CO3溶液吸收CO2：

K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3

d．用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理

题组一　硫酸工业生产的原理和工艺流程

1．硫酸是一种重要的化工产品，接触法制硫酸的简要流程如下图所示：

请回答下列问题：

（1）上图中的造气和催化反应分别在甲、乙设备中进行，请写出设备名称：

甲为________，乙为________。

（2）将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整：

4________＋11O2高温,2Fe2O3＋8SO2。

（3）下列有关操作目的的说明中，不正确的是________（填字母序号）。

a．黄铁矿燃烧前需粉碎，是为了使其燃烧快而充分

b．从甲设备出来的炉气需净化，是为了防止混合气体污染空气

c．乙设备中使用催化剂，是为了提高反应速率和SO2的转化率

d．吸收塔中装有大量瓷环，是为了增大SO3与98.3%浓硫酸的接触面积

（4）简述在乙设备中设置热交换器的目的：

___________________________________。

（5）工业生产中常用氨—硫酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的，用两个化学方程式表示其反应原理：

________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________。

答案　

（1）沸腾炉　接触室

（2）FeS2　（3）bc

（4）利用SO2氧化为SO3时放出的热量来预热即将参加反应的SO2和O2，提高SO2的转化率，使能量循环利用等

（5）SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3

2NH4HSO3＋H2SO4===（NH4）2SO4＋2SO2↑＋2H2O

（或SO2＋2NH3＋H2O===（NH4）2SO3　（NH4）2SO3＋H2SO4===（NH4）2SO4＋SO2↑＋H2O）

题组二　合成氨工业生产的原理及流程

2．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。

哈伯法合成氨需要在17.5～20MPa的高压和500℃左右的高温下，并用锇作为催化剂，氨在平衡混合物中的含量仍较少。

最近英国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为trans——Fe（DMeOPrPE）2的新催化剂，在常温下合成氨，反应方程式可表示为N2＋3H2

2NH3，有关说法正确的是（　　）

①哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应　②新法合成氨不需要在高温条件下，可节约大量能源，具有发展前景　③新法合成氨能在常温下进行是因为不需要断裂化学键　④新催化剂降低了反应所需要的能量，提高了活化分子百分数

A．①③B．②④

C．①②③D．②

答案　B

解析　化学反应放热还是吸热与反应途径无关，只与反应体系的始、终态有关，故①错；

新催化剂只是降低了反应所需要的能量，仍需要断开化学键，故③错。

3．（2012·

海南，20—Ⅱ）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1000K时该反应的平衡常数K＝0.627，若要使CO的转化率超过90%，则起始物中c（H2O）∶c（CO）不低于__________。

答案　

（1）液化、分馏　与碳反应后除去CO2　C＋H2O

CO＋H2　CH4＋H2O

（2）合成（氨）塔　N2（g）＋3H2（g）

（3）冷凝器（或冷却塔）　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）13.8

解析　

（2）合成氨设备合成塔；

（3）冷凝分离产品设备为冷凝器，入水口应该在下面，因逆向冷凝效果好；

（4）分离器是气—液分离用设备；

（5）以转化率为90%为基准做计算，用平衡常数求水与一氧化碳浓度比。

设CO、H2O起始浓度分别为x、ymol·

L－1

　CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

c起xy00

c变0.9x0.9x0.9x0.9x

c平0.1xy－0.9x0.9x0.9x

K＝

＝0.627

y∶x≈13.8。

题组三　纯碱工业生产的原理及流程

4．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”产生大量的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？

（4）绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。

根据“联合制碱法”的总反应，列出计算原子利用率的表达式：

原子利用率（%）＝________________。

答案　

（1）2NH4Cl＋Ca（OH）2

2NH3↑＋CaCl2＋2H2O

（2）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl　2NaHCO3

（3）“氨碱法”的CO2来源于石灰石的煅烧，“联合制碱法”的CO2来源于合成氨工业的废气

（4）

×

100%

解析　

（1）氨碱法中产生CaCl2的化学方程式为2NH4Cl＋Ca（OH）2

CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；

（4）联合制碱法的反应式为NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3

Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑，总反应可看作是：

2NH3＋2NaCl＋CO2＋H2O===Na2CO3＋2NH4Cl，所以：

原子利用率（%）＝

100%＝

100%。

5．纯碱是工业生产的重要原料，很长一段时间纯碱的制法都被欧美国家所垄断。

上个世纪初，我国著名的工业化学家侯德榜先生经过数年的反复研究，终于发明了优于欧美制碱技术的联合制碱法（又称侯氏制碱法），并在天津建造了我国独立研发的第一家制碱厂。

其制碱原理的流程如下：

（1）侯德榜选择天津作为制碱厂的厂址有何便利条件（举两例说明）________、________。

（2）合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体，它们分别是________、________（填化学式）。

这两种气体在使用过程中是否需要考虑添加的顺序：

________（填“是”或“否”），原因是：

________________________________________________________________。

（3）在沉淀池中发生反应的化学方程式是：

____________________________________。

（4）使原料水中溶质的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了________（填上述流程中的编号）的循环。

从母液中可以提取的副产品的应用是________（举一例）。

答案　

（1）原料丰富　运输便利

（2）CO2　NH3　是　氨气在水中溶解度大，先通氨气后通CO2产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠析出

（3）NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl

（4）循环Ⅰ　作化肥（其它合理答案均可）

解析　

（1）侯氏制碱法是以NH3、食盐水、CO2为原料制纯碱，天津属沿海城市，原料丰富，交通便利。

（2）由制碱工业的原料可知需要的气体为NH3和CO2；

制碱时应先向饱和食盐水中通入溶解度大的NH3，再通入足量CO2，相当于用NH3·

H2O吸收CO2，这样反应更充分，吸收CO2效果更好，有利于产生大量NH4HCO3。

（3）沉淀池中发生反应：

NH3＋NaCl＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，NaHCO3溶解度小，以沉淀形式析出。

（4）母液中有大量NH4Cl，原料水中溶质为NaCl，设计循环Ⅰ可提高Na＋的利用率；

母液中NH4Cl提取后可制氮肥。

题组四　化工生产中的定量分析

6．以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下（框图中某些转化步骤及生成物未列出）：

当甲烷合成氨的转化率为75%时，以5.60×

107L甲烷为原料能够合成________________L氨。

（假设体积均在标准状况下测定）

答案　1.12×

108

解析　由反应方程式：

CO＋3H2，CO＋H2O

CO2＋H2可知CH4→4H2，由氢元素守恒可知3H2→2NH3，所以可知CH4→

NH3，所以NH3为5.60×

107L×

75%×

＝1.12×

108L。

7．目前，我国采用“接触法”制硫酸。

有关接触法制硫酸过程中定量分析，回答下列问题：

（1）由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4（由CuO与SO3在沸腾炉中化合而成），其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化（见下表）。

沸腾炉温度/℃

600

620

640

660

矿渣中CuSO4

的质量分数/%

9.3

9.2

9.0

8.4

已知CuSO4在低于660℃时不会分解，请简要分析上表中CuSO4的质量分数随温度升高而降低的原因__________________________________________________________。

（2）制硫酸时，混合气体的组成是SO27%、O211%、N282%,100体积混合气体进入接触室反应后，将导出的气体恢复到原温度和压强时变为96.7体积，

①反应后混合气体中N2和O2的体积比为________；

②SO2的转化率是________。

（3）据测算，接触法制硫酸过程中，若反应热都未被利用，则每生产1t98%的硫酸需消耗3.6×

105kJ的热量。

请通过计算判断，若只有反应2SO2（g）＋O2（g）

2SO3　ΔH＝－197kJ·

mol－1放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产1t98%的硫酸只需外界提供（或可向外界输出）热量为________kJ（H2SO4的摩尔质量为98g·

mol－1）。

答案　

（1）SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡逆向移动，SO2的转化率减小，SO3物质的量减少，所以CuSO4的量减少

（2）①82∶7.7　②94.3%

（3）6.25×

105

解析　

（2）差量法：

2SO2＋O22SO3，体积差量

　　　　　　　　2　　1　　　2　1

　　　　　　　　y　　x　　　　　100－96.7＝3.3

所以反应的SO2：

y＝6.6体积，反应的O2：

x＝3.3体积。

①氮气在反应中不变，故体积比为82∶（11－3.3）＝82∶7.7

②SO2的转化率为

100%＝94.3%

（3）根据原子守恒，得出关系式

SO2～SO3～H2SO4～放出热量98.5kJ

　　　　　98g　　　　　　98.5kJ

　　　1×

106g×

98%　　　　　Q

＝

解得Q＝9.85×

105kJ

可向外界输出的能量：

9.85×

105kJ－3.6×

105kJ＝6.25×

105kJ。

8．工业上主要采用氨氧化法生产硝酸，如图是氨氧化率与氨—空气混合气中氧氨比的关系。

其中直线表示反应的理论值，曲线表示生产实际情况。

当氨氧化率达到100%，理论上γ＝________，实际生产要将γ值维持在1.7～2.2之间，原因是__________________。

答案　1.25　增加氧气的浓度可加快化学反应速率，有利于NH3的转化，γ值为1.7～2.2时，氨氧化率接近100%

解析　依据氨氧化的方程式4NH3＋5O2

4NO＋6H2O可计算出恰好完全反应时氧氨比为

＝1.25。

当接近完全反应时，O2和NH3的浓度都很小，反应速率很小，不利于氨的氧化。

规律方法

1．常见的工业生产流程的主线和核心

规律：

主线主产品、分支副产品、回头为循环。

核心考点：

物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、三废处理及能量的综合利用等。

2．解题思路

明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步发生的反应及得到的产物→结合基础理论与实际问题思考→注意答题模式与要点。

3．化工生产中常涉及计算的几种方法

（1）关系式法

①关系式法的涵义

实验、化工生产中及化学工作者进行科学研究时，往往涉及多步反应，通过找出起始物质和最终物质的量的关系，并据此列出比例式进行计算。

这种求解的方法，称为“关系式”法。

②建立关系式的常用方法

a．元素守恒法

理论上，原料中的某种核心元素全部进入产品中，因此依据守恒原理可以得出相应的关系式，如：

硫铁矿制硫酸：

FeS2（～2SO2～2SO3）～2H2SO4

硫黄制硫酸：

S（～SO2～SO3）～H2SO4

氨氧化法制硝酸：

NH3（～NO～NO2）～HNO3

磁铁矿炼铁：

Fe3O4～3Fe

b．化学方程式加合法

例如：

CO＋H2（Ⅰ），CO＋H2O

CO2＋H2（Ⅱ），将（Ⅰ）式和（Ⅱ）式加合消去CO，得C＋2H2O

CO2＋2H2（Ⅲ）；

再与N2＋3H2

2NH3（Ⅳ）加合消去H2，得3C＋6H2O＋2N2===3CO2＋4NH3，即C与NH3之间的理论关系式为3C～4NH3。

c．电子守恒法

如CN－

CNO－

CO2＋N2，将CN－氧化为CO2和N2，失去5e－，而Cl2―→2Cl－得2e－，故关系式为2CN－～5Cl2。

（2）物质纯度、转化率、产率的计算

①矿物的纯度＝

②原料利用率＝

③原料转化率＝原料利用率＝1－原料损失率

④多步反应的总转化率＝各步反应转化率的乘积

⑤产率（%）＝

考点二　精细化工与农药、化肥、合成洗涤剂

1．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

①多品种、小批量、产值高；

②生产流程和设备复杂、综合性和功能性强；

③技术密集、附加值高。

2．化肥、农药在农业生产中的作用

（1）常见化肥的种类、生产原理、特点和用途

化学肥料

实例

生产原理

特点和用途

氮肥（含有氮元素的化肥）

CO（NH2）2（尿素）

NH4NO3

NH4HCO3

（NH4）2SO4

H2O等

CO2＋2NH3

CO（NH2）2＋H2O

NH3＋HNO3===NH4NO3

NH3＋CO2＋H2O

氮是形成蛋白质、核酸、叶绿素的重要元素；

氮肥是速效肥料，使庄稼生长茂盛，与磷肥、钾肥配合，能达到增产的目的

磷肥（含有磷元素的化肥）

重过磷酸钙（重钙），主要成分为Ca（H2PO4）2；

过磷酸钙（普钙），主要成分为Ca（H2PO4）2·

H2O和CaSO4；

钙镁磷肥，主要成分为Ca3（PO4）2和Mg3（PO4）2

氟磷矿石与硫酸、磷酸反应，如2Ca5（PO4）3F＋7H2SO4

3Ca（H2PO4）2＋7CaSO4＋2HF↑

磷肥能促进作物根系发达，增强抗寒、抗旱能力，能促进作物提早成熟，穗粒增多，子粒饱满

钾肥（含有钾元素的化肥）

KCl

K2SO4

K2CO3

（1）从固态钾盐矿、液态钾盐卤以及工农业含钾的副产品和废料中获取；

（2）烧制草木灰获取

易溶于水，易被吸收，能促进作物生长、增强抗病虫害和抗倒伏能力

复合肥料（含有N、P、K中的2种或2种以上营养元素的化肥）

KNO3

（NH4）2HPO4

NH4H2PO4

（1）2NH3＋H3PO4===

（NH4）2HPO4；

NH3＋H3PO4===NH4H2PO4；

（2）将单一肥料按一定比例配合

能同时均匀地供给作物几种养分，充分发挥营养元素间的相互作用，有效成分高，还能根据实际需要专门加工配制

微量元素肥料

锰肥、硼肥、铜肥、锌肥、铁肥等

选用废玻璃、粉煤灰、炼炉渣和矿石等为原料，将作物所需的微量元素固定在玻璃细粉颗粒中，由于玻璃微溶于水，微量元素就可以从玻璃中缓慢释放出来

不易被雨水冲洗，肥效时间长，不污染环境，充分利用固体废弃物

（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

a．对农产品造成污染，危及食品安全；

b．对环境造成严重污染，危及人类身体健康和生命安全；

c．破坏生物链，影响生态平衡。

3．肥皂与合成洗涤剂

肥皂

合成洗涤剂

有效成分

硬脂酸钠

烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠

油脂（较贵，但可再生）

石油（便宜，但石油资源有限）

（C17H35COO）3C3H5＋3NaOH

3C17H35COONa＋C3H5（OH）3

去污原理

分子中同时含有亲水基和亲油基，在浸泡、搓洗、漂洗等过程中肥皂（合成洗涤剂）、油污、水之间发生润湿、乳化和起泡三种主要作用而达到去污目的

去污能力

强

更强

与硬水作用

生成高级脂肪酸钙、镁盐沉淀，使肥皂丧失去污能力

生成的钙、镁盐能溶于水，不会丧失去污能力

稳定性

长期储存易变质

不易变质

对环境

的影响

在自然界能被微生物分解，不会积累污染水源

有的很稳定，不能被微生物分解，积累而污染水源；

有的含磷，造成水体富营养化，使水质变坏

题组一　化肥、农药在农业生产中的应用

1．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