届高中化学得分宝典系列专题十 化学与技术.docx

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届高中化学得分宝典系列专题十化学与技术

得分宝典之高中化学专题十化学与技术

化学与技术专题包含三个方面，分别是资源开发、材料的制造与应用以及工农业生产。

资源开发包括化石原料、海水的综合利用、废旧物质的再循环使用等。

材料包括硅酸盐工业、新型材料、金属材料、高分子材料，以及与之相关的金属的电化学防护，有机高分子中的聚合与缩聚等知识。

工农业生产包括合成氨反应、侯氏制碱、化肥的正确使用等。

复习该模块时，要注意与化学反应原理的知识相结合分析工业生产。

知识梳理

第一章化学与工农业生产

考纲解读

考纲内容

要求

名师解读

了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。

Ⅰ

1.以硫酸、纯碱工业为背景资料，重点考查考查无机化工生产中涉及的化学原理与生产工艺与“三废”的处理。

。

2.围绕合成氨的反应原理以及实现工业现代化生产的有关问题，从化学反应速率与化学平衡的角度考查合成氨适宜条件的选择、原料气的生产与工艺技巧等问题。

3.化学肥料、精细化工中有关氮肥、铵盐的性质，以及表面活性剂的有关知识。

了解精细化工产品的生产特点、精细化工在社会发展中的作用。

Ⅱ

了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用

Ⅱ

基础巩固

一、工业制备硫酸

1、三个阶段

阶段

第一阶段：

___

第二阶段：

__

第三阶段：

____

相关方程式

2、生产中原料的选择

工业生产某种化工产品，选择原料时要从多方面去考虑，如、、原料、能源、工业用水的供应能力、存储、运输、等。

3、生产中反应条件的控制

对二氧化硫的催化氧化：

（1）温度条件：

选择作为操作温度，因为在这个温度范围内，和

都比较理想。

（2）压强条件：

增大气体压强，SO2的平衡转化率提高得，所以，通常采用操作。

（3）催化剂：

催化剂对化学平衡，但能改变到达平衡所需的时间。

4、生产中的三废处理

方法

尾气吸收

硫酸生产的尾气中含有少量，可用吸收，使其生成，再用

处理，生成和

方程式为；。

污水处理

硫酸生产过程中的污水，含有杂质，可用中和法处理。

方程式为

废渣的利用

废渣可用来制砖或制造。

炉渣和矿灰，可作为的原料。

二、工业合成氨

1、合成氨的反应原理

方程式：

。

该反应是一个正反应方向气体分子数的、的反应。

2、适宜化工生产条件的选择

温度：

；压强；催化剂：

。

3、合成氨的基本生产过程

（1）制备合成氨的原料气

氮气：

一是；

另一是。

氢气：

（1）水蒸气通过赤热的煤（或焦炭）层，化学方程式为：

。

（2）甲烷与水蒸气在催化剂作用下反应，化学方程式为：

（2）原料气的净化

净化的原因：

。

吸收H2S：

。

除去CO：

，

（3）氨的合成与分离

（4）合成氨中的环境保护需要注意事项

①废渣的处理：

主要来自造气阶段，特别是以煤为原料而产生的煤渣，用重油为原料产生的炭黑等，现在大都将它们用作建材和肥料的原料。

②废气的处理：

主要是H2S和CO2等有害气体。

对H2S的处理，先后采用了直接氧化法（选择性催化氧化）、循环法（使用溶剂将其吸收浓缩）等回收技术。

CO2虽然是无毒无害的物质，但随着人们对其可能产生温室效应的关注，减少CO2的排放逐渐受到重视，所以，在不断研究和改进将其作为尿素和碳铵生产原料的途径。

③废液的处理：

主要是含氰化物和含氨的污水。

目前，处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法；处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的，对浓度过低的含氨废水，可用离子交换法治理。

三、工业生产纯碱

1、氨碱法也称，其原料是：

、和。

（1）生成碳酸氢钠和氯化铵

将二氧化碳通入含氨的饱和食盐溶液中，可得到碳酸氢钠和氯化铵。

方程式为：

；

。

（2）制取碳酸钠

将析出的NaHCO3晶体煅烧，即得Na2CO3。

方程式：

。

母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循环使用。

方程式为：

。

2、联合制碱法（又称）

（1）将制碱中与合成氨过程中的废气加以回收、利用，制成

化肥，使和两大工业联合起来。

（2）原料是、和。

联合制碱法生产原理示意图：

四、化肥与农药

1、化肥为农作物补充必要的营养元素

（1）农业生产中，大量施用的化肥主要是、和。

磷肥包括〔主要成分是

和〕，简称，还有〔主要成分是〕；钾肥主要包括、、、等；氮肥包括、、等。

（2）尿素的工业生产原理用化学方程式表示为，

；硝酸铵工业生产方法为，

，，。

2、农作物的保护神——农药

（1）目前最常用的化学防治害虫的方法为，按照化学组成和结构，常用的杀虫剂主要包括、、、等，其中和是人类开发和利用的第三代农药，它们具有、和的特点，因此，第三代农药也被称为。

（2）在病害和草害的防治历史上，人类先后使用的杀菌剂有、、和_；植物代谢的产物是一种结构最简单的，近年研制出了能在植物体内产生乙烯的植物生长调节剂，如，它能释放出乙烯的原理为

3、化肥、农药的合理使用与环境保护

农药主要用于对有害生物的防治，但它们对周围生物群落的影响是广泛而复杂的，如能毒害水生物和污染水源等；不合理使用化学肥料往往会造成，产生等污染现象。

2、侯氏制碱法含氯的废液二氧化碳纯碱和氯化铵制碱制铵食盐氨二氧化碳

四、1、氮肥、磷肥钾肥。

过磷酸钙Ca（H2PO4）2·H2O和CaSO4普钙，钙镁磷肥Ca3（PO4）2和Mg3（PO4）2草木灰、KCl、K2SO4、KNO3尿素〔CO（NH2）2〕、NH4NO3、NH4HCO3

实验探究

拓展实验：

黄铁矿元素含量的实验探究

黄铁矿（主要成分为FeS2）是我国大多数硫酸厂制取硫酸的主要原料。

某化学学习小组对某黄铁矿石进行如下实验探究。

[实验一]测定硫元素的含量。

Ⅰ、将m1g该黄铁矿样品放入如图所示装置（夹持和加热装置省略）的石英管中，从a处不断地缓缓通入空气，高温灼烧石英管中的黄铁矿样品至反应完全。

石英管中发生反应的化学方程式为：

4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

Ⅱ、反应结束后，将乙瓶中的溶液进行如下处理：

2

[实验二]测定铁元素的含量。

III、测定铁元素含量的实验步骤如图所示。

问题讨论：

（1）I中，甲瓶内所盛试剂是________溶液。

乙瓶内发生反应的离子方程式有_________。

（2）II中，所加H2O2溶液（氧化剂）需足量的理由是__________。

（3）该黄铁矿中硫元素的质量分数为__________。

（4）III的步骤②中，若选用铁粉作还原剂，你认为合理吗？

_______，理由是：

_______。

（5）III的步骤③中，需要用到的仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还有_________。

（3）加热试管中的铁丝绒至红热

（4）用注射器抽取20ml干燥氨气和60ml干燥氢气

（5）将混合气体通入试管，并用湿润的pH试纸置于导管出口处，观察试纸的变化。

练一练：

（1）铁丝绒在实验中起什么作用？

（2）湿润的pH试纸出现什么样的现象就说明有NH3生成了？

（3）理论上讲，从试管出口出来的气体成分是？

（4）如果使装置的温度升高，那出口处氨气的体积分数会发生怎样的变化？

答案：

（1）催化剂

（2）如果湿润的pH试纸变蓝，说明有NH3生成

（3）由于合成氨是可逆反应，所以从出口出来的气体是H2、N2、NH3

（4）合成氨是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，出口处氨气的体积分数会降低

重点突破

一.直击考点：

考点一工业制备硫酸

工业制备硫酸是化学与技术的热门考点，一般以硫酸的制备流程为载体，考查硫酸制备的三个阶段和各个阶段的方程式及原理。

工业制备硫酸时需要注意：

（1）依据反应物之间的接触面积越大反应速率越快的原理，送进沸腾炉的矿石要粉碎成细小的矿粒，增大矿石跟空气的接触面积，使之充分燃烧。

（2）依据增大廉价易得的反应物的浓度，使较贵重的原料得以充分利用的原理，采用过量的空气使黄铁矿充分燃烧。

（3）通入接触室的混合气体必须预先净化，其原因是：

炉气中含有二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气以及砷、硒化合物、矿尘等。

砷、硒化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响。

因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。

（4）在接触室里装有热交换器，其作用是在二氧化硫接触氧化时，用放出的热量来加热未反应的二氧化硫和空气，充分利用热能，节约燃料。

（5）不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的浓硫酸，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸雾，且吸收速度慢。

【例1】硫酸的消费量常作为工业水平的一种标志，也是生产中最为重要的产品之一，在化学工业的很多领域都要用到浓硫酸。

（1）在硫酸工业生产中，我国采用黄铁矿为原料生产SO2，反应的化学方程式为：

______________________________，

该反应在中进行（填仪器名称）。

（2）SO2转化为SO3，是在采用了多层催化剂且有热交换器的______（填仪器名称）中进行反应。

在如右图所示的装置中，C处流出的气体有；SO3进入（填仪器名称）用吸收，得到浓硫酸或发烟硫酸。

（3）SO2反应生成SO3的转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是。

0.1Mp

1Mp

5Mp

10Mp

400℃

99.2

99.6

99.7

99.8

500℃

93.5

96.8

97.7

98.5

600℃

73.7

85.2

90.0

92.8

（4）由吸收塔排出的尾气中有SO2，为了防止污染化境，就要加以处理后才能排出，处理方法之一是用氨水洗涤烟气脱硫，用方程式表示氨水洗涤吸收塔排除的尾气的化学方程式______________________________。

考点二工业合成氨

根据N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）ΔH=-92.4kJ·mol－1的特点，从化学速率分析，温度越高越好；从反应平衡分析：

温度越低越好；催化剂的活性在500℃时最大。

所以，在合成氨工业中反应温度选择的是500℃左右，选择这一温度并不是为了提高合成氨的产量，因为生成氨的反应是一个放热反应，升温不利于反应向生成氨的方向进行。

在这一温度下，合成氨反应的催化剂的活性最大，催化效果最好，因此选择500℃的条件，主要是从提高化学反应速率的角度考虑的，因为这样可以大大提高合成氨的生产效率。

【例2】合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重大影响。

合成氨反应的化学方程式为：

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）△H＝－92.2kJ/mol。

合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到，H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得。

回答下列问题：

⑴合成氨工业中原料气压缩到30～50MPa的原因是。

从平衡移动原理分析，低温有利于原料气的转化，实际生产中采用400～500℃的高温，原因之一是考虑到催化剂的催化活性，原因之二是。

⑵500℃、50MPa时，在容积为VL的容器中加入n mol N2、3n mol H2，反应达平衡后测得平衡常数为K，此时N2的转化率为x。

则K和x的关系满足K＝。

⑶有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl－NH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池。

请写出该电池的正极反应式。

⑷已知H2（g）、CO（g）、CH4（g）三种物质的燃烧热分别是－285.8kJ·mol－1、－283.0kJ·mol－1、－890.3kJ·mol－1，1mol H2O（g）转变为1mol H2O（l）时放出44.0kJ热量。

甲烷在高温下与水蒸气反应的化学方程式为：

CH4（g）＋H2O（g）＝CO（g）＋3H2（g）。

那么该反应的反应热△H0（填>、=或<）。

考点三工业生成纯碱

工业制碱也是化学与技术考查的的另一重点和热点内容。

常以“氨碱法”和“联合制碱法”为考查目标。

“氨碱法”的反应过程如下：

将饱和的食盐溶液在冷却时用氨饱和，后在加压下通入二氧化碳（由碳酸钙分解而来），由于NaHCO3溶解度较小而析出，将析出的NaHCO3晶体煅烧，即可制得碳酸钠。

母液中的氯化铵加消石灰回收氨，以便循环利用。

反应方程：

NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3

NH4HCO3＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl

2NaHCO3=Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

2NH4Cl＋Ca（OH）2=2NH3↑＋CaCl2＋2H2O

优缺点：

此法的优点是原料经济，能连续生产，副产物NH3和CO2可回收使用，但缺点是大量的CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%左右，约有30%NaCl在母液中。

“联合制碱法”的反应过程如下：

将饱和的食盐溶液在冷却时用氨饱和，后在加压下通入二氧化碳（来源于合成氨工业的废气），由于NaHCO3溶解度较小而析出，将析出的NaHCO3晶体煅烧，即可制得碳酸钠。

根据氯化铵在常温时的溶解度比氯化钠大，而在低温时却比氯化钠溶解度小的原理，向母液中加入磨细的食盐粉末，产生同离子效应而使氯化铵单独结晶出来。

反应方程：

NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3

NH4HCO3＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl

2NaHCO3=Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

优缺点：

此法保持了氨碱法的优点，消除了它的缺点。

一方面使食盐的利用率提高到96%；另一方面生产出的NH4Cl可做氮肥。

此法是一种制碱和制氨相结合的联合生产方法。

【例3】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？

_________________________________________________________；

（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”总反应，列出计算原子利用率的表达式：

原子利用率（%）=__________________________________。

CO2↑＋H2O；

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

（4）

×100％。

【点评】本题考查的是工业制碱的方法与原理，以及“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺的方法对比，解答本题要了解这两种方法的异同与比较，会解答简单的计算。

考点四化肥、农药的生产和使用

化肥的不合理使用会带来很多环境问题。

一方面是化肥中常含有一些重金属元素、有毒有机物和放射性物质，施入土壤后形成潜在的土壤污染；另一方面化肥在施用过程中因某些成分的积累、流失或变化，造成土壤退化和水、大气的污染。

农药的成分一般为有机物，所以此类题会与有机反应的合成与推断结合起来去考查。

【例4】二氯烯丹是一种播前除草剂，其合成路线如下：

D在反应⑤中所生成的E，其结构只有一种可能。

（1）写出下列反应的类型：

反应①是，反应③是。

（2）写出下列物质的结构简式：

A：

，C．，D．，E．。

二.走出误区：

误区一、对合成氨的条件掌握不牢

我国合成氨工业目前的生产条件为：

催化剂：

铁触媒，温度：

400～500℃，压强：

30～50MPa。

【例1】有关合成氨工业说法中正确的是（）

A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15％，所以生产氨的工厂的效率都很低

B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用的，总体来说是氨的产率较高

C．合成氨反应温度控制在500℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动

D．合成氮采用的压强是2×107Pa～5×107Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大

错解：

A

原因：

NH3只占15％，所以效率比较低，选A。

正解：

B

原因：

由于采用循环操作，故氨的产率较高；控制温度在500℃是综合考虑反应速率。

平衡移动和催化剂的活性温度；采用压强2×107Pa～5×107Pa目的是获得较快的速率，较高的产率和考虑动力，设备等因素。

误区二、工业制硫酸三阶段的具体操作和反应不熟悉

工业制硫酸的第一阶段是造气；第二阶段：

是催化氧化；第三阶段：

是吸收，是用98%的浓硫酸进行吸收的。

反应的过程中还要注意生产效率，提高生产的速率和产率。

【例2】有关接触法制硫酸的叙述不正确的是（）

A.硫磺和硫铁矿均可作为生产原料

B.将矿石粉碎，是为了提高矿石的利用率

C.反应中通入过量的空气是为了提高FeS2和SO2的转化率

D.从吸收塔出来的硫酸经浓缩后可以变成发烟硫酸

错解：

A

原因：

制硫酸的原料只能是硫铁矿，选A。

巩固复习

1．有关接触法制硫酸，下列说法中不正确的是（）

A．用硫和硫铁矿均可做为原料

B．SO2转化为SO3，需在催化剂和加热条件下进行

C．SO3可用水直接吸收

D．热交换器可对生成气体冷却，对原料气体加热

1．C解析：

SO3可用水直接吸收，会产生酸雾，一般用98%的硫酸吸收，D错。

2．（龙岩一中2011—2012学年高三第一学段模块试卷）在合成氨反应中，经过5秒钟，NH3的浓度增加了1.5mol•L－1,在这5秒钟内，下列平均反应速率正确的是（）

①v（NH3）＝0.15mol•L－1•s－1②v（H2）＝0.45mol•L－1•s－1

③v（N2）＝0.15mol•L－1•s－1④v（H2）＝0.3mol•L－1•s－1

A、①②B、②③C、③④D、①④

2．B解析：

v（NH3）＝1.5/5=0.3mol•L－1•s－1，根据速率比等于系数比，v（H2）＝0.45mol•L－1•s－1，v（N2）＝0.15mol•L－1•s－1，故选B。

3．（2011·河南洛阳模拟）在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的原因二者都正确的是（）

A.硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎，这样易于向沸腾炉中投料

B.炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应

C.SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可提高SO2的转化率

D.接触室的反应温度控制在400～500℃，因为在这个温度范围内，反应速率和SO2的转化率都比较理想，且催化剂的活性也较高

4．下图是某燃煤发电厂处理废气的装置示意图。

装置内发生的主要反应中不含（）

A．化合反应B．分解反应C．置换反应D．氧化还原反应

4．C解析：

装置中涉及到的化学方程式依次为CaCO3

CaO＋CO2↑，SO2＋CaO=CaSO3，2CaSO3＋O2

2CaSO4，无置换反应。

5．下列使用化肥、农药的描述中正确的是（）

A．高温多雨时比较适合施用钾肥

B．长期施用硫铵会造成土壤板结

C．石硫合剂必须与硫酸混合后才能施用

D．过磷酸钙必须经硫酸处理后才能施用

6．在制小苏打（NaCl＋CO2＋NH3＋H2O＝NaHCO3↓＋NH4Cl）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NH3

B.先通入NH3，达到饱和后再通入CO2

C.CO2和NH3同时通入

D.以上三种方法都行

6．B解析：

CO2在NaCl溶液中溶解度小，先通NH3后溶液呈碱性，能溶解大量的CO2，生成大量的HCO－3，从而析出大量的NaHCO3晶体。

7．我国化学家侯德榜根据NaHCO3溶解度比NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、NH4Cl都小的性质，运用CO2＋NH3＋H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl的反应原理制备纯碱。

下面是在实验室进行模拟实验的生产流程示意图：

则下列叙述错误的是（）

A．A气体是NH3，B气体是CO2

B．第Ⅲ步得到的晶体是发酵粉的主要成分

C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒

D．第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶

8．工业上常用氨氧化法生产硝酸，下图是工业生产硝酸的流程。

其过程包括合成氨、氨的催化氧化、一氧化氮的氧化和水吸收二氧化氮生成硝酸。

请回答下列问题：

已知合成塔中内置铁触媒，氧化炉中内置Pt－Rh合金网。

请回答下列问题：

⑴合成塔中发生的反应的化学方程式为______________________，在一定温度和压强下，将H2和N2按3∶1（体积比）混合后进入合成塔，反应达到平衡时，平衡混合气中NH3的体积分数为15％，此时H2的转化率为___________。

（2）氨的催化氧化方程式为4NH3+5O2

4NO+6H2O，那在氧化炉中进行反应时，空气必须过量，其主要原因是：

_______________________________________。

（3）将铂铑合金做成薄丝网的主要原因是：

_______________________________________。

（4）水吸收二氧化氮生成硝酸为氧化还原反应，其中氧化剂和还原剂的物质的量的比值为：

________________。

为了提高水对二氧化氮的吸收率可采取的措施有：

_____________、______________。

吸收塔中通入空气的目的是，用方程式表示原因为：

______________________________________。

（5）用氨的催化氧化法制备硝酸时，为了消除尾气中氮的氧化物对大气的污染，通常可将尾气通入_____________溶液中。

1.（青海省2012届高三测试）合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是（　　）

①减压　②加压　③升温　④降温　⑤及时从平衡混合气中分离出NH3　⑥补充N2或H2　⑦加催化剂　⑧减小N2或H2的量

A．③④⑤⑦B．②⑤⑥

C．②⑥D．②③⑥⑦

1.C解析：

合成氨反应N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）　ΔH＜0的特点为：

正反应放热且气体体积减小，要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选C。

2.（浙江省杭州市学军中学2012届高三第二次月考化学试题）工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气中含有SO2，为便于监控，实施环境保护，下列适合测定硫酸尾气SO2含量的试剂是（）

A．品红溶液B．浓硝酸C．碘水、淀粉溶液D．以上都能

2.C解析：

B项不反应，排除掉；A项只适合定性判断SO2的存在，不能用来定量计算SO2的含量；C项可以用碘水来定量滴定，可以充当指示剂的作用，C项正确。

3．（南京市第六中学2012届高三上学期期中考试）氯碱工业是一种高耗能产业，一种将燃料电池与电解池组合的新工艺可节能30%以上，下图是该工艺图示（电极未标出）。

下