学案18 化学与技术.docx

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学案18化学与技术

学案18　化学与技术

基础回扣

1．常见的化工生产原理

（1）硫酸工业中采取的加快反应速率的措施有：

____________________________________，用氨水法吸收尾气涉及的反应有____________________________、__________________。

（2）合成氨工业的原理是__________________________，用焦炭与水可制取原料气发生的反应为_____________________________________________。

（3）侯德榜制碱法制取纯碱发生的反应为______________________，___________________。

答案　

（1）①升高温度；②使用催化剂；③粉碎原料，增大与空气的接触面积

SO2＋2NH3＋H2O===（NH4）2SO3

（NH4）2SO3＋H2SO4===（NH4）2SO4＋SO2↑＋H2O

（2）N2＋3H2

2NH3C＋H2O（g）

CO＋H2

（3）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓

2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O

2．材料的制造和应用

（1）传统的硅酸盐材料包括________、________和________，硅、光导纤维属于_________材料。

（2）金属的冶炼方法与金属的________有关，铝的冶炼方法为__________，原料为________，辅料为__________。

（3）玻璃钢、陶瓷塑料属于________材料。

答案　

（1）水泥　玻璃　陶瓷　新型无机非金属

（2）活动性　电解法　氧化铝　冰晶石

（3）复合

3．资源的开发利用

（1）含有较多________离子的水称为硬水。

硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为_______________________、________________。

天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是__________________等，水的净化与软化的区别是________________________。

（2）从海水中得到NaCl采用________，把Br－转化为Br2的反应为______________________，把Mg2＋转化为Mg（OH）2加入的物质是________。

（3）石油炼制中的物理方法是________，石油裂化的目的是____________________，裂解的目的是____________；煤的加工方法有____________，属于____________变化。

答案　

（1）钙、镁

Ca2＋＋2HCO

CaCO3↓＋CO2↑＋H2O

Mg2＋＋2HCO

MgCO3↓＋CO2↑＋H2O

明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁

水的净化是用混凝剂将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子

（2）蒸发法（或盐田法）

Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－　石灰乳

（3）分馏　提高轻质燃料油尤其是汽油的产量　获得有机化工基本原料　干馏、气化和液化　化学

4．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）加入明矾、硫酸铁等物质能净化水质，可使海水变为淡水（×）

（2）阳离子交换膜法电解饱和食盐水往阴极室加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性（√）

（3）接触法制H2SO4时应采用高压条件提高SO2的转化率（×）

（4）工业合成氨时可通过大幅度提高原料气中氮气的比例来提高氢气转化率（×）

（5）复合材料是由基体和增强体两部分组成的，合金是复合材料的一种（×）

（6）炼铁与炼钢都利用了氧化还原反应的原理，炼铁时含铁物质发生氧化反应，炼钢时杂质物质发生还原反应（×）

（7）钢铁制品锈蚀主要是因为钢铁中含有碳而发生原电池反应，因此生铁炼钢时要尽可能完全除去生铁中的碳（×）

（8）线型结构的高分子，可带支链，也可不带支链（√）

（9）通过石油蒸馏可获得纯净物汽油（×）

（10）生产、生活中努力实现资源的循环利用，符合节能降耗的宗旨（√）

（11）合成氨的“造气”阶段会产生废气（√）

（12）电解制铝的过程中，作为阳极材料的烟煤不会消耗（×）题型1　化工生产流程的综合分析

1．磷矿石主要以磷酸钙和磷灰石等形式存在。

图（a）为目前国际上磷矿石利用的大致情况。

其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。

图（b）是热法磷酸生产过程中由磷灰石制单质磷的流程。

部分物质的相关性质如下：

熔点/℃

沸点/℃

备注

白磷

44

280.5

PH3

－133.8

－87.8

难溶于水，有还原性

SiF4

－90

－86

易水解

回答下列问题：

（1）世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料，约占磷矿石使用量的________%。

（2）以磷灰石为原料，湿法磷酸过程中Ca5F（PO4）3反应的化学方程式为________________。

现有1t折合含有P2O5约30%的磷灰石，最多可制得85%的商品磷酸________t。

（3）如图（b）所示，热法磷酸生产过程的第一步是将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合，高温反应生成白磷。

炉渣的主要成分是________________________（填化学式）。

冷凝塔1的主要沉积物是__________________，冷凝塔2的主要沉积物是__________________。

（4）尾气中主要含有____________________，还含有少量的PH3、H2S和HF等。

将尾气先通入纯碱溶液，可除去________________；再通入次氯酸钠溶液，可除去____________________。

（均填化学式）

（5）相比于湿法磷酸，热法磷酸工艺复杂，能耗高，但优点是________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）69　

（2）Ca5F（PO4）3＋5H2SO4===5CaSO4＋HF↑＋3H3PO4　0.49　（3）CaSiO3　液态白磷　固态白磷　（4）CO、SiF4　SiF4、H2S、HF　PH3　（5）产品纯度高

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→综合基础理论与实际问题思考→注意答题模式与要点。

3．化工生产中的简单计算

（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：

①矿物的纯度＝

×100%；

②原料利用率＝

×100%；

③原料转化率＝原料利用率＝1－原料损失率；

④产率＝

×100%；

⑤多步反应的总转化率＝各步反应转化率的乘积。

4．化工生产中的绿色化学

中学化学中涉及的化工生产知识渗透绿色化学的观点，具体体现在以下几个方面：

（1）节省资源，提高原料转化率和利用率。

例如在合成氨工业、硝酸工业、接触法制硫酸、联合制碱法等工艺流程中采取了循环操作，体现了绿色化学中节省能源的基本原理。

（2）尾气回收方法和处理装置以防止或减少环境污染。

例如：

氨氧化法制硝酸、接触法制硫酸、炼钢、炼铁等均要有尾气处理或吸收装置。

（3）设计新的化学反应条件，降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。

例如无氰电镀，由乙炔制乙醛，工业生产中使用非汞催化剂。

1．硫酸是无机“三大强酸”之一，其产量是衡量一个国家无机化工发展水平的重要标志。

工业制硫酸的工艺流程如下图：

据图回答下列问题：

（1）写出用黄铁矿（主要含FeS2）造气的化学反应方程式________________。

（2）写出A、B物质的名称：

A______________________，B______________。

（3）催化氧化之前对SO2和空气的混合气体进行净化、干燥的目的是________，选用B进入吸收塔吸收SO3的优点是________________。

（4）SO2的催化氧化是一个可逆反应，采取适宜的反应条件有利于生产的进行。

实际生产中，下列哪些生产条件或措施考虑到了平衡移动原理________（填字母）。

A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎B．使用V2O5作催化剂C．催化反应室中温度选择400～500℃

D．净化后的炉气中要有过量的空气E．催化氧化在常压下进行F．将尾气中的SO2循环利用

（5）某硫酸工厂每天消耗黄铁矿石（含FeS2质量分数60%）20吨，生产中三阶段的转化率依次为98%、95%、98%，则该工厂一天能生产B的质量为________吨。

答案　

（1）4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2

（2）发烟硫酸　98%的浓硫酸　（3）除去混合气体中的有害杂质，防止催化剂中毒及防止形成酸雾腐蚀管道及设备　避免形成酸雾并提高吸收率　（4）CD　（5）18.25

2．某工厂用软锰矿（含MnO2约70%及Al2O3）和闪锌矿（含ZnS约80%及FeS）共同生产MnO2和Zn（干电池原料）。

已知：

①A是MnSO4、ZnSO4、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3的混合液。

②Ⅳ中电解方程式为MnSO4＋ZnSO4＋2H2O

MnO2＋Zn＋2H2SO4。

（1）A中属于还原产物的是__________。

（2）加入MnCO3、Zn2（OH）2CO3的作用是________。

Ⅱ需要加热的原因是________。

C的化学式是________。

（3）该生产中除得到MnO2和Zn以外，还可得到的副产品是________。

（4）如果不考虑生产中的损耗，除矿石外，需购买的化工原料是________。

（5）要从Na2SO4溶液中得到芒硝（Na2SO4·10H2O），需进行的操作有蒸发浓缩、________、过滤、洗涤、干燥等。

（6）从生产MnO2和Zn的角度计算，软锰矿和闪锌矿的质量比大约是________。

答案　

（1）MnSO4　

（2）增大溶液的pH，使Fe3＋和Al3＋生成沉淀　使形成的氢氧化铝和氢氧化铁胶体也生成沉淀　H2SO4　（3）Fe2O3、Al2O3、S　（4）纯碱、H2SO4　（5）降温（冷却）结晶　（6）1.03（或1）

3．辉铜矿主要成分为Cu2S，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，软锰矿主要含有MnO2，另外含少量SiO2、Fe2O3等杂质。

研究人员综合利用这两种资源，开发出同槽酸浸湿法冶炼工艺，制备硫酸锰和碱式碳酸铜。

主要工艺流程如下：

已知：

①MnO2有较强的氧化性，能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫

②SO4常温稳定，在热水溶液中会分解生成NH3

③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围（开始沉淀和完全沉淀的pH）：

Fe3＋：

1.5～3.2　Mn2＋：

8.3～9.8　Cu2＋：

4.4～6.4

（1）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有________（任写一点）。

（2）酸浸时，得到的浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。

写出该反应的化学方程式：

__________________。

（3）调节浸出液pH＝4的作用是________________。

（4）该工艺流程中可循环使用的物质是______________（写化学式）。

（5）获得的MnSO4·H2O晶体常用酒精洗涤，主要目的是______________________。

（6）用标准的BaCl2溶液测定样品中MnSO4·H2O的质量分数时，发现样品纯度大于100%（测定过程中产生的误差可忽略），其可能的原因有________（任写一种）。

题型2　化学与资源的开发利用

1．将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。

一般是先将海水淡化获得淡水，再从剩余的浓海水中通过一系列工艺流程提取其他产品。

回答下列问题：

（1）下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是________（填序号）。

①用混凝法获取淡水　②提高部分产品的质量

③优化提取产品的品种　④改进钾、溴、镁等的提取工艺

（2）采用“空气吹出法”从浓海水吹出Br2，并用纯碱吸收，碱吸收溴的主要反应是Br2＋Na2CO3＋H2O―→NaBr＋NaBrO3＋NaHCO3，吸收1molBr2时，转移的电子数为________mol。

（3）海水提镁的一段工艺流程如下图：

浓海水的主要成分如下：

离子

Na＋

Mg2＋

Cl－

SO

浓度/（g·L－1）

63.7

28.8

144.6

46.4

该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为____________________，产品2的化学式为____________，1L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。

（4）采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为______________________；电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式________________________________。

答案　

（1）②③④　

（2）

（3）Ca2＋＋SO

===CaSO4↓　Mg（OH）2　69.6

（4）MgCl2

Mg＋Cl2↑

Mg＋2H2O

Mg（OH）2＋H2↑

2．工业上用重铬酸钠（Na2Cr2O7）结晶后的母液（含少量杂质Fe3＋）生产重铬酸钾（K2Cr2O7）。

工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：

（1）由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为________________________________________。

通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是_____________________________________。

（2）向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是________________________

（3）固体A主要为________（填化学式）。

固体B主要为____________（填化学式）。

（4）用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液______（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）中，既能提高产率又可使能耗最低。

答案　

（1）Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7＋2NaCl　低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分，随温度的降低，K2Cr2O7溶解度明显减小（答案合理即可）

（2）除去Fe3＋（3）NaCl　K2Cr2O7（4）Ⅱ

化学与资源开发利用的答题注意事项

（1）正确区分以下“三组概念”

①分馏和干馏的本质区别

分馏是对石油固有的成分的分离，是物理变化；干馏是对煤隔绝空气加强热分解得到新产物，是化学变化。

②煤和木炭、焦炭组成成分不同

煤是以碳元素为主的复杂有机物和无机物组成的混合物，而木炭、焦炭的成分就是碳单质。

③天然气和焦炉气不同

a．天然气是一种化石燃料，它蕴藏在地层内，从气井上开采的可燃性气体，其含有CH4、C2H6、C3H8等小分子烷烃，主要成分是CH4，它既是一种重要的能源，又是一种重要的工业资源。

b．焦炉气是煤干馏所得产物之一，其主要成分是H2、CH4、CO、C2H4等，它也是重要的气体燃料和化工原料。

（2）掌握海水利用的方法

（一）海水资源的综合利用

1．海水占地球总储水量的97.2%。

若把海水淡化和化工生产结合起来，既能解决淡水资源缺乏的问题，又能充分利用海洋资源。

（1）天然海水的pH约为8，原因是海水中________的水解。

（2）就目前技术而言，结合能源节约等问题，下列适用于“海水淡化”的技术是______（填字母）。

A．蒸馏法B．电渗析法C．冷结法D．离子交换法E．反渗透法

（3）海水晒盐利用的原理是______________；分离出食盐晶体后的母液中含有____________，经过分离、提纯后，可用于______________。

（4）海水提镁过程中，与石灰窑和盐酸厂有着紧密的联系，试说明海水提镁与盐酸厂之间的必然联系__________________________。

（5）利用氯碱工业产生的氢气和氯气可以将粗硅制成高纯硅，写出发生反应的化学方程式：

________________、________________。

答案　

（1）CO

、HCO

（2）CDE

（3）蒸发结晶　KCl、MgCl2　工业上冶炼金属钾和镁

（4）盐酸厂为溶解氢氧化镁提供盐酸；电解氯化镁制镁的过程中得到氯气，为盐酸厂提供原料

（5）Si＋2Cl2

SiCl4　SiCl4＋2H2

Si＋4HCl

2．海水中蕴藏的元素高达80多种，是人类财富的重要集散地。

如图是从海水中提取溴、镁的工艺流程图：

请回答下列问题：

（1）写出海水淡化的一种方法：

________________。

（2）地球上99%以上的溴元素存在于海洋中，资料显示海水中溴的含量约为66mg·L－1。

上图中制备溴涉及步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分别写出步骤Ⅰ和步骤Ⅲ中反应的离子方程式：

______________、______________。

（3）制备镁的工艺中，从卤水到MgCl2（aq）经历了Mg2＋―→Mg（OH）2―→Mg2＋的过程，生成Mg（OH）2的过程看似多余，其实该过程的作用是______________；步骤Ⅶ实际上电解的物质是__________（要求注明物质状态），阳极反应式为____________。

答案　

（1）离子交换法（答案合理即可）

（2）2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2　5Br－＋BrO

＋6H＋===3Br2＋3H2O

（3）富集Mg2＋　熔融MgCl2　2Cl－－2e－===Cl2↑

（二）化石燃料的综合利用

3．煤是重要的能源，也是化工生产的重要原料。

（1）煤是工业上获得____________烃的重要来源。

（2）煤的干馏得到的气态产品为__________，其主要成分为________。

（3）煤的氢化可以将煤转化为燃油，氢化的本质是________________________。

（4）烟气净化技术主要是指对煤燃烧的废气进行______、________和________处理，从而减少________、________和________的排放。

答案　

（1）芳香

（2）焦炉气　CH4、H2、C2H4、CO（或CH4、H2）

（3）增加煤中氢元素含量，提高氢原子数与碳原子数的比值

（4）除尘　脱硫　去氮　烟尘　二氧化硫　氮氧化物

4．煤是重要的能源，也是化工生产的重要原料。

（1）煤燃烧产生的废气直接排放到空气中，可能导致的环境污染问题是______________。

（2）如图是对煤燃烧产生的废气进行脱硫处理的流程示意图：

①废气脱硫过程中，主要反应的化学方程式为____________、____________；

②在煤中直接添加一种物质，可有效减少煤燃烧产生的SO2，该物质是__________（写出一种即可）；

③石膏在工业生产中的用途是____________（写出一种用途即可）。

（3）煤经过____________（填加工方法）可以得到焦炉气、煤焦油和焦炭。

煤焦油经过____________（填加工方法）可得到芳香族化合物。

煤也可以用氢化法转化成燃油，氢化法的本质是__________________。

答案　

（1）酸雨、粉尘污染（答出一项即可）　

（2）①SO2＋CaCO3

CaSO3＋CO2　2CaSO3＋O2===2CaSO4　②CaCO3、CaO或Ca（OH）2（填一种即可）

③作医用材料、建筑材料等（填一种即可）

（3）干馏　分馏　增加煤中氢元素含量，提高氢原子数与碳原子数的比值

（三）工业“三废”的综合利用

5．废旧硬质合金刀具中含碳化钨（WC）、金属钴（Co）及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。

工艺流程简图如下：

（1）电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，HCl溶液为电解液。

阴极主要的电极反应式为________________。

（2）净化步骤所得滤饼的主要成分是______________。

回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的________。

（3）溶液Ⅰ的主要成分是________。

洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是___________________________________________________。

（4）将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为____________________。

答案　

（1）2H＋＋2e－===H2↑　

（2）Fe（OH）3　Co2＋（或Co）　（3）NH4Cl　焙烧时NH4Cl分解产生NH3和HCl　（4）Co2O3＋3H2

2Co＋3H2O

6．最近，我国利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功。

具体生产流程如图所示：

请回答下列问题：

（1）操作a的名称是______________，实验室中进行此操作的非玻璃仪器或用品有____________；在实验室中操作b的名称是________________。

（2）在装置a中还生成两种酸式盐，它们的化学式分别是__________________。

（3）依题意猜测固体A中一定含有的物质的化学式是____________________（结晶水部分不写）。

（4）“热交换器”是利用“废热”预热________________，除此之外还可利用硫酸工业的“废热”________________。

（5）SO3在______________（填设备名称）中用____________吸收转化为发烟硫酸。

答案　

（1）过滤　铁架台（含铁圈）、滤纸　蒸发浓缩、冷却结晶

（2）NH4H2PO4、（NH4）2HPO4

（3）CaSO4　（4）参与反应的SO2和O2　发电（其他合理答案均可）

（5）吸收塔　98%的浓硫酸

题型3　化学与材料的制造和优化

1．锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。

某含锌矿的主要成分为ZnS（还含少量FeS等其他成分），以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的主要成分的化学式为__________。

（2）焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸，该酸可用于后续的__________操作。

（3）浸出液“净化”过程中加入的主要物质为__________，其作用是______________________。

（4）电解沉积过程中的阴极采用铝板，阳极采用Pb—Ag合金惰性电极，阳极逸出的气体是____________。

（5）改进的锌冶炼工艺，采用了“氧压酸浸”的全湿法流程，既省略了易导致空气污染的焙烧过程，又可获得一种有工业价值的非金属单质。

“氧压酸浸”中发生主要反应的离子方程式为____________________________________。

（6）我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。

明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载：

“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……，然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……，冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也。

”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式