化学选修22知识点.docx
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化学选修22知识点
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
反应原理
原料选择
反应条件
三废处理
能量利用
2
反应原理
制硫酸
造气：
S+O2==SO2
催化氧化：
2SO2+O2
催化剂
2SO3
吸收：
SO3+H2O==H2SO498.3%的硫酸吸收。
黄铁矿：
FeS2硫磺：
S
催化剂
2SO2+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。
400℃～500℃，常压。
钒触媒：
V2O5
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
热交换：
用反应放出的热预热反应物。
制氨气
催化剂
N2+3H2高温高压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
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）。
生产过程
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。
1
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
三废处理
3
氨碱法
（索尔维）
联合法
（侯德榜）
资料：
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
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）。
制纯碱
1、CO2通入含NH3的饱和NaCl溶液中
NH3+CO2+H2O==NH4HCO3NaCl+NH4HCO3==NaHCO3↓+NH4Cl
△
2、2NaHCO3Na2CO3+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。
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％。
一、硫酸的用途
硫酸是基本化学工业中重要产品之一。
它不仅作为许多化工产品的原料，而且还广泛地应用于其他的国民经济部门。
它的应用范围日益扩大，需要数量日益增加。
硫酸作用如下：
1、为农业生产服务
（1）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+2CaSO
4；
（2）农药的生产。
如硫酸铜、硫酸锌可作植物的杀菌剂，硫酸铊可作杀鼠剂，硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂。
最普通的杀虫剂，如1059乳剂（45%）和1605乳剂（45%）的生产都需用硫酸。
为大家所熟悉的滴滴涕，每生产1t需要20%发烟硫酸1.2t。
2
2、为工业生产服务
（1）冶金工业和金属加工。
在冶金工业部门，特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。
例如：
电解法精炼铜、锌、
镉、镍时，电解液用硫酸，某些贵金属的精炼，也需要硫酸来溶解去夹杂的其他金属。
在钢
铁工业中进行冷轧、冷拔及冲压加工之前，
都必须用硫酸清除钢铁表面的氧化铁。
在轧制薄
板、冷拔无缝钢管和其他质量要求较高的钢材，都必须每轧一次用硫酸洗涤一次。
另外，有
缝钢管、薄铁皮、铁丝等在进行镀锌之前，都要经过用硫酸进行酸洗手续。
在某些金属机械
加工过程中，例如镀镍、镀铬等金属制件，也需用硫酸来洗净表面的锈。
在黑色冶金企业部
门里，需要酸洗的钢材一般约占钢总产量的
5%～6%，而每吨钢材的酸洗，
约消费
98%的硫
酸30kg～50kg。
（2）石油工业汽油、润滑油等石油产品的生产。
需要浓硫酸精炼，以除去其中的含硫化合物和不饱和碳氢化合物。
每吨原油精炼需要硫酸
约24kg，每吨柴油精炼需要硫酸约31kg。
石油工业所使用的活性白土的制备，也消耗不少硫酸。
（3）其他化工生产和其他工业部门。
例如，在浓缩硝酸中，以浓硫酸为脱水剂；氯碱工业中，以浓硫酸来干燥氯气、氯化氢气
等；无机盐工业中，如冰晶石
（Na3AlF6）、硼砂（Na2B4O7·10H2O）、磷酸三钠、磷酸氢二钠、
硫酸铅、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁以及其他硫酸盐的制备都要用硫酸。
许多无机酸如磷酸、
硼酸、铬酸（H2CrO4，有时也指CrO3）、氢氟酸、氯磺酸（ClSO3H）；有机酸如草酸[（COOH）2]、醋酸等的制备，也常需要硫酸作原料。
此外炼焦化学工业（用硫酸来同焦炉气中的氨起作用
副产硫酸铵）、电镀业、制革业、颜料工业、橡胶工业、造纸工业、油漆工业（有机溶剂的制备）、工业炸药和铅蓄电池制造业等等，都消耗相当数量的硫酸。
3、解决人民“穿”与“用”等问题。
（1）化学纤维的生产。
粘胶丝，它需要使用硫酸、硫酸锌、硫酸钠的混合液作为粘胶抽丝的凝固浴。
每生产1t
粘胶纤维，需要消耗硫酸1.2t～1.5t，每生产1t维尼龙短纤维，就要消耗98%硫酸230kg，每生产1t卡普纶单体，需要用1.6t20%发烟硫酸。
此外，在尼龙、醋酸纤维、聚丙烯腈纤维等化学纤维生产中，也使用相当数量的硫酸。
（2）化学纤维以外的高分子化合物生产。
塑料等高分子化合物，在国民经济中越来越占有重要的地位。
每生产1t环氧树脂，需用
硫酸2.68t，号称“塑料王”的聚四氟乙烯，每生产1t，需用硫酸1.32t；有机硅树胶、硅油、丁苯橡胶及丁腈橡胶等的生产，也都要使用硫酸。
（3）染料工业。
几乎没有一种染料（或其中间体）的制备不需使用硫酸。
偶氮染料中间体的制备需要进行磺化反应，苯胺染料中间体的制备需要进行硝化反应，两者都需使用大量浓硫酸或发烟硫酸。
所以有些染料厂就设有硫酸车间，以配合需要。
（4）日用品的生产。
生产合成洗涤剂需要用发烟硫酸和浓硫酸。
塑料的增塑剂（如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯）、
赛璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要硫酸来制备。
玻璃纸、羊皮纸的制造，也需要使用硫
酸。
此外，纺织印染工业、搪瓷工业、小五金工业、肥皂工业、人造香料工业等生产部门，也都需要使用硫酸。
（5）制药工业。
磺胺药物的制备过程中的磺化反应，强力杀菌剂呋喃西林的制备过程中的硝化反应，都需
用硫酸。
此外，许多抗生素的制备，常用药物如阿斯匹林、咖啡因、维生素B2、B12及维
3
生素C、某些激素、异烟肼、红汞、糖精等的制备，无不需用硫酸。
4、巩固国防
某些国家硫酸工业的发展，曾经是和军用炸药的生产紧密连结在一起的。
无论军用炸药（发射药、爆炸药）或工业炸药，大都是以硝基化物或硝酸酯为其主要成分。
主要的有硝化棉、
三硝基甲苯（TNT）、硝化甘油、苦味酸等。
虽然这些化合物的制备是依靠硝酸，但同时必须使用浓硫酸或发烟硫酸。
5、原子能工业及火箭技术
原子反应堆用的核燃料的生产，反应堆用的钛、铝等合金材料的制备，以及用于制造火箭、
超声速喷气飞机和人造卫星的材料的钛合金，都和硫酸有直接或间接的关系。
从硼砂制备硼
烷的过程需要多量硫酸。
硼烷的衍生物是最重要的一种高能燃料。
硼烷又用做制备硼氢化铀
用来分离铀235的一种原料。
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NO
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。
纯碱（学名碳酸钠）实际上是个盐，由于它在
水中发生水解作用而使溶液呈碱性，再由于它和烧碱有某些相似的性质，所以它与烧碱并列，
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。
这些性质使它们被广泛地用于制肥皂、纺织、印染、漂白、造纸、精制石油、冶金及其他化学工业等各部门中。
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。
2、印染、纺织工业。
要用大量碱液去除棉纱、羊毛等上面的油脂。
生产人造纤维也需要烧碱或纯碱。
例如，
制粘胶纤维首先要用18～20％烧碱溶液（或纯碱溶液）去浸渍纤维素，使它成为碱纤维素，然后将碱纤维素干燥、粉碎，再加二硫化碳。
4
最后用稀碱液把磺酸盐溶解，便得到粘胶液。
再经过滤、抽真空（去气泡），就可用以抽丝了。
3、精制石油。
为了除去石油馏分中的胶质，一般在石油馏分中加浓硫酸以使胶质成为酸渣而析出。
经过酸洗后，石油里还含有酚、环烷酸等酸性杂质以及多余的硫酸，必须用烧碱溶液洗涤，再经水洗，才能得到精制的石油产品。
4、造纸工业。
首先要用化学方法处理，将含有纤维素的原料（如木材）与化学药剂蒸煮制成纸浆。
所谓碱法制浆就是用烧碱或纯碱溶液作为蒸煮液来除去原料中的木质素、碳水化合物和树脂等，并中和其中的有机酸，这样就把纤维素分离出来。
5、冶金工业。
往往要把矿石中的有效成分转变成可溶性的钠盐，以便除去其中不溶性的杂质，因此，常需要加入纯碱（它又是助熔剂），有时也用烧碱。
例如，在铝的冶炼过程中，所用的冰晶石的制备和铝土矿的处理，都要用到纯碱和烧碱。
又如冶炼钨时，也是首先将精矿和纯碱焙烧成可溶的钨酸钠后，再经酸析、脱水、还原等过程而制得粉末状钨的。
6、化学工业。
制金属钠、电解水都要用烧碱。
许多无机盐的生产，特别是制备一些钠盐（如硼砂、硅酸钠、磷酸钠、重铬酸钠、亚硫酸钠等等）都要用到烧碱或纯碱。
合成染料、药物以及有机中间体等也要用到烧碱或纯碱。
此外，纯碱还用于食品工业和日常生活中。
5
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
混凝剂：
明矾、绿矾、硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等
Al3++3H2O3H++Al（OH）3
混凝法
天
然
水
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
硬水：
含有较多的Ca2+,Mg2+的水，较少或不含的为软水。
的
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
净
化学软化法永久硬度：
钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的硬度。
化
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
2+
＋
＋
2+
2NaR+Ca
==CaR2+2Na再生：
CaR2+2Na
==2NaR+Ca
污
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。
水
（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。
处
三级处理：
中和法－酸性废水（熟石灰）
，碱性废水（硫酸、
CO2）
理
化学法
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
盐的太阳照射，海水中的水分蒸发，盐析出。
海水制盐蒸发法（盐田法）
利用盐田条件：
地点（海滩、远离江河入海口）、气候。
6
盐田划分：
贮水池、蒸发池、结晶池。
苦卤：
分离出食盐的母液。
2NaCl＋2H2O
电解
2NaOH+H2↑+Cl2↑
食盐利用
电解（氯碱工业）
阳极：
2Cl－-2e
－＝Cl2↑阴极：
2H+
+2e
－＝H2↑
1、氯化：
Cl2＋2Br－＝2Cl－＋Br2
海水提溴
吹出法
2、吹出：
空气（或水蒸气）吹出
Br2
3、吸收：
Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4
再用氯气氧化氢溴酸。
海水提镁
具体过程
海水―――Mg（OH）2―――MgCl2―――Mg
碱（贝壳）/过滤
干燥/电解
盐酸
蒸馏法、电解法、
了解化学交换法
海水提取重水
化学交换法、吸附
法
化工
目的
分馏（常压、
把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物，得到汽油（
C5~11）、煤油
减压）（物理）
（C11~16）、柴油（C15~18）等轻质油，但产量较低。
石油
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。
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
把煤转化为液体燃料的过程。
煤
直接液化：
与溶剂混合，高温、高压、催化剂与氢气作用，得到
液化
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。
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
一碳化学
一系列化工原料和燃料的化学。
7
CO：
煤CH4：
天然气。
资料：
《水处理中絮凝剂的研究应用现状》
郝红英
崔子文郝红元
随着我国经济的发展，用水量急剧增加，
工业废水也相应增加，但无论是饮用水，
工业
用水，还是废水都必须经过处理才能使用或排放
.目前，国内外报导的水处理方法很多，如
絮凝沉淀法，生化法，离子交换法等，但是应用最广泛，
成本最低的处理方法还是絮凝沉淀
法.
絮凝技术是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水处理技术，
其关键问题之一是絮凝剂的选择
.根据化学成分，絮凝剂可分为无机，有机，复合和微生物
四大类.本文对其研究及应用现状分别论述如下.
1有机高分子絮凝剂
有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类
.常见的有聚二乙基二甲基氯化
氨，聚胺，天然聚合物
（改性淀粉，腐值酸等
），聚丙烯酸钠，阳离子型，非离子型和阴离
子型聚丙烯酰胺.有机高分子絮凝剂在水处理中投加量少，絮凝速度快，受共存盐类，介质
及环境温度影响小，生成污泥量也少；而且有机高分子絮凝剂大分子中可带
－COO－，－
NH－，－SO3－，－OH－等亲水集团，具有链状，环状等多种结构，利于污染物进入絮体，
脱色性好.
由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解，
降解产物有毒，而且合成价格较高，故开
发和利用受到一定限制，单独应用实例还较少.
2无机絮凝剂
无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两类；按阴离子成分又可分为盐酸系和硫酸
系；按分子量可分为低分子系和高分子系两大类.
2.1无机低分子絮凝剂
低分子絮凝剂包括硫酸铝，氯化铝，硫酸铁，氯化铁等，其中硫酸铝最早是由美国开发
的，迄今为止一直是重要的无机絮凝剂之一.但用于水处理时，低分子絮凝剂存在着成本高，
腐蚀性大，在某些场合净水效果还不理想等缺点.
2.2无机高分子絮凝剂
无机高分子絮凝剂是60年代后在传统的铝盐，铁盐的基础上发展起来的一类新型的水
处理剂，和传统药剂相比，它能成倍地提高效能，且价格相应较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势.目前，在日本，俄罗斯，西欧以及我国，无机高分子絮凝剂都已有相当规模的生
产和应用，聚合类药剂的生产占絮凝剂总产量的30%～60%[1].
2.2.1简单的无机聚合物絮凝剂
这类无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物，如聚合氯化铝，聚合硫酸铝（二者
简称聚铝），聚合氯化铁，聚合硫酸铁（二者简称聚铁）.这些絮凝剂中存在多羟基络离子，以
OH-作为架桥形成多核络离子，从而变成了巨大的无机高分子化合物，相对分子质量高达
1×105.无机聚合物絮凝剂之所以比其他无机絮凝剂能力高，絮凝效果好，其根本原因就在
于它能提供大量的如上所述的络合离子，能够强烈吸附胶体微粒，通过粘附，架桥和交联作
用，从而促使胶体凝聚.同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了ζ电位，使胶体粒子由原来的相斥变成相吸，破坏了胶团的稳定性，促使胶体微粒相
互碰撞，从而形成絮状混凝沉淀，而且沉淀的表面积可达（200～1000）m2/g，极具吸附能
力.也就是说，聚合物既有吸附脱稳作用，又可发挥黏附，桥联以及卷扫絮凝作用.
2.2.2改性的单阳离子无机聚合絮凝剂
除常用的聚铝，聚铁外，还有聚活性硅胶及其改性品，如聚硅铝（铁），聚磷铝（铁）.改
8
性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟基，磷酸根等以增加配位络
合能力，从而改变絮凝效果，其可能的原因是[4]：
某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形
态结构及分布，或者是两种以上聚合物之间具有协同增效作用.
2.2.3多阳离子无机聚合絮凝剂
近年来，人们开始关注聚铝铁复合絮凝剂，
它是含有多核聚铁及聚铝与氯根和硫酸根配
位的复合型无机高分子絮凝剂，因而兼有聚铝和聚铁的优良性能
.
聚合硫酸氯化铁铝
[11]（PAFCS）就是其中之一，其有效铁铝含量
（Al2O3+Fe2O3）大于
22%，碱化度为65%～85%，产品吸湿性小.研究表明：
在聚合氯化铝
PAC的有效铝含量
大于PAFCS有效铝铁含量的情况下，PAFCS在饮用水及污水处理中，有着比明矾更好的
效果；在含油废水及印染废水中
PAFCS比PAC的效果均优，且脱色能力也优；絮凝物比
重大，絮凝速度快，易过滤，出水率高；其原料均来源于工业废渣，成本较低，适合工业水
处理.
铝铁共聚复合絮凝剂也属这类产品，它的生产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统无机
絮凝剂，来源广，生产工艺简单，有利于开发应用.铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的混
合物，它是一种更有效地综合了PAC和FeCl3的优点，增强了去浊效果的絮凝剂.
3无机-有机高分子复合絮凝剂
虽然无机高分子絮凝剂对各种复杂成分的水处理适用性强，但生成的絮体却不及有机高
分子絮凝剂生成的絮体大，且投加量大.有机高分子絮凝剂正好可以弥补这一缺点，因此若
把二者结合起来，形成无机-有机高分子复合絮凝剂，两种絮凝剂复合使用，则效果更明显.
4微生物絮凝剂
国外微生物絮凝剂的商业化生产始于90年代，因不存在二次污染，使用方便，应用前
景诱人.如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的
絮凝活性，广泛用于畜产废水，膨化污泥，有色废水的处理.我国微生物絮凝剂的制品尚未
见报导.
5结论
近10年来，随着人们对水处理认识的不断提高，残留铝对生物体产生的毒害作用倍受
人们的关注，如何减少二次污染的问题已经越来越引起重视.国内现有生产方法制得的饮用
水中铝含量比原水一般高1～2倍[4].饮用水中残留铝等含量高，原因可能是絮凝过程不完
善，导致部分铝以氢氧化铝的微细颗粒存在于水中.采用强化絮凝净化法[15]，改善絮凝反应
条件，延长慢速絮凝时间等可有效地降低铝等含量.
纵观絮凝剂的现状可以看出：
絮凝剂的品种繁多，从低分子到高分子，从单一型到复合
型，总的趋势是向廉价实用，无毒高效的方向发展，其中更有前途的可能是PASS，该产品
的研制在国内还未见报导，应该是絮凝剂进一步开发研究的方向.
《海水资源》
1、无穷的盐资源
人类生存营养中不可缺少盐。
人类以盐作调料的历史不可考，中国人“煮海为盐”的历
史则可以追溯到4000余年前的夏代。
进入封建社会，盐、铁成为国家两项重大的官营商品。
盐、铁官卖，一方面可以保证供应，另一方面，可以作为国家财政的重要来源和调节阀门。
早期海盐，是支起大锅用柴火煮熬出来的。
汉、魏以前的历史书上多有“煮海为盐”的
记载。
开辟盐田，利用太阳和风力的蒸发作用，晒海水制盐的工艺，比起煮海为盐，是很大
的进步。
我国是海水晒盐产量最多的国家，也是盐田面积最大的国家。
我国有盐田37．6万公顷。
年产海盐1500万吨左右，约占全国原盐产量的70％。
我国
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