高中化学03常见物质的工业制备.docx
《高中化学03常见物质的工业制备.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学03常见物质的工业制备.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高中化学03常见物质的工业制备
一、盐酸的制备
1．原理：
氯气在氢气中燃烧，HCl气体溶于水，得到盐酸。
2．设备
3．生产过程：
如上图，先通入________，点燃，再通入_________，让氯气在氢气的包裹中燃烧，生成氯化氢气体。
这样操作的目的是：
_________________________________________
工业浓盐酸略带黄色，是因为_______________的缘故。
【答案】氢气氯气氯气在空气中无法点燃；让氯气充分燃烧含有FeCl3
二、硫酸的制备
1．接触法：
二氧化硫跟氧气在催化剂表面上接触时发生反应生成三氧化硫，所以这种生产硫酸的方法，称为接触法。
2．原料：
黄铁矿（或硫磺）、空气
3．设备：
4．生产过程:
（三个阶段、三个反应、三套设备）
（1）SO2的制取（_________炉）
原理：
___________________________________________________
（黄铁矿燃烧反应是放热的，故燃烧的黄铁矿不需要多加燃料，矿石粉碎是为了扩大反应物的接触面，通入持续大量的空气流可以加快反应，提高原料利用率。
）
净化：
除尘（防止堵塞反应管道）→洗涤（除去杂质，防止__________________________）→干燥（防止腐蚀设备）。
（2）SO2的催化氧化制取SO3（_________室）
原理：
利用化学反应速率、化学平衡原理，选择适宜的反应条件如下：
温度：
400
~500
（选择原因：
______________________________________________
_______________________________________。
）
压强：
常压（选择原因：
_________________________________。
）
催化剂：
____________（采用多段催化氧化）
接触室里有热交换器，充分利用了能源。
（一种气体在管道内流动，另一种气体在管道外流动。
两种气体通过管壁进行热交换，热的气体得到冷却，冷的气体得到加热）
（3）硫酸的生成（________塔）
原理：
用98.3%的浓硫酸吸收SO3。
（原因是：
________________________________________。
）
采用“逆流”吸收。
98.3%的浓硫酸从塔顶淋下，气体由下往上，流向相反，充分接触，吸收更完全。
5．环保三废处理
（1）尾气吸收
硫酸工业的尾气中含SO2等气体，直接排放会污染大气，工业上常用氨水吸收有毒气体：
反应后再向其中加入稀硫酸：
，这样制得纯度较高的SO2，返回车间制硫酸或作他用，另一产物（NH4）2SO4可用作氮肥。
（2）污水处理
硫酸生成过程中生成的污水中含有H2SO4等杂质，可用石灰乳中和处理：
，从而可制得石膏。
（3）废渣的利用
沸腾炉中出来的炉渣可作为制水泥或砖的原料或炼铁。
【答案】沸腾
催化剂中毒
接触二氧化硫的转化率在此温度下已比较理想，且满足催化剂的活性温度，同时化学反应的速率又不会太慢常压时转化率已经很高，不需要高压V2O5
吸收若用水或稀硫酸吸收，SO3与水反应放出大量的热，形成大量的酸雾，吸收效率低
思考：
硫酸工业生产中为了提高经济效益，多处利用化工生产的科学原理提高产率，具体采取了哪些措施？
【答案】1．增加反应物浓度。
在燃烧黄铁矿时通入过量廉价的空气使较贵的黄铁矿充分燃烧。
2．增大反应物之间的接触面积。
经粉碎的黄铁矿在燃烧时与氧气充分接触；吸收塔中填充瓷环，增大SO3跟98.3％的浓硫酸的接触面积。
3．采用逆流方法。
热交换中用逆流的方法进行；用98.3％的浓硫酸吸收SO3，采用逆流吸收。
4．使用催化剂。
接触氧化中利用V2O5作催化剂，加快反应速率，缩短达到平衡所需的时间。
5．反应物的循环操作。
吸收塔上部导出的气体经转化后再次通入接触室，进行第二次氧化，然后再一次进行吸收。
既清除了SO2的污染，又使原料得以充分利用。
6．充分利用反应热。
生产硫酸的三个反应均是放热反应，接触氧化时，用放出的热量来加热未反应的SO2和空气，节约能源，提高转化率。
7．综合利用原料，变“废”为“宝”，保护环境。
用氨水吸收SO2；用石灰乳处理污水；废渣用作水泥或制砖原料。
六、煤和石油的炼制
1．煤化工：
（1）煤的组成
煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源。
煤中含少量的硫、磷、氢、氧、氮等元素以及无机矿物质（主要含Si．Al．Ca．Fe）。
因此，煤是由有机物和无机物所组成的复杂的混和物。
（煤不是炭）煤的含碳量不同，发热量也不同，一般含碳量高的，发热量也高。
（2）煤的干馏：
化学变化
定义：
把______________________________________的过程，叫做煤的干馏。
（与石油的分馏比较）
煤高温干馏后的产物：
分馏煤焦油：
在170度以下蒸馏产物中主要含苯、甲苯、二甲苯等有机物；在石油化工中是使直链烷烃环化、脱氢后大量生产苯、甲苯、二甲苯等。
（3）煤的气化和液化-化学变化
①煤的气化：
煤的气化原理是什么？
其主要反应是什么？
答：
___________________________________________________________。
煤气化的主要反应是碳和水蒸气的反应：
C（s）+H2O（g）
CO（g）+H2（g）
②煤的液化：
把煤转化成液体燃料的过程，叫做煤的液化。
直接液化：
把煤与适当的溶剂混合后，在高温、高压下（有时还使用催化剂），使煤与氢气作用生成燃料。
间接液化：
先把煤气化成一氧化碳和氢气，然后再经催化合成，得到液体燃料（如甲醇等）。
【答案】煤隔绝空气加强热使它分解
煤的气化是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程
2．石油化工
（1）石油组成
①石油组成：
碳、氢、硫、氧、氮等。
②石油成分：
各种__________________________组成的混和物，一般石油不含烯烃。
（2）石油的炼制：
开采出来的石油叫做原油。
要经过一系列的加工处理后才能得到适合不同需要的各种成品，如汽油、柴油等。
原油含水盐类。
含水多，在炼制时要浪费燃料，含盐多会腐蚀设备。
所以，原油必须先经脱水、脱盐等处理过程才能进行炼制。
石油的炼制分为：
石油的分馏、裂化、裂解三种方法。
石油的分馏与石油的蒸馏原理相同，如图：
注意点：
①仪器：
蒸馏烧瓶．冷凝管
②温度计水银球的位置：
蒸馏烧瓶支管口齐平
③冷凝水的进出口方向：
下进上出。
①石油的分馏-物理变化
a．随着烃分子里碳原子数增加，烃的沸点也相应升高，如何能把石油组成里的低沸点烃和高沸点烃分离开？
答：
___________________________________________________________________________
________________________________________。
b．原油开始沸腾后温度仍逐渐升高，这说明原油是____________。
c．工业上如何实现分馏过程呢？
主要设备是加热炉和分馏塔。
d．总结石油常压分馏产物：
液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油、渣油。
e．石油各馏分的比较：
名称
主要成分
沸点或凝固点范围
石油气
烷烃C1~C4
常温常压下为气体
汽油（也称直馏汽油）
烷烃．环烷烃．芳香烃C5~C11
40～200℃
煤油
烷烃C15~C16
200～270℃
柴油（重、轻）
的烷烃C15~C18
270~340℃
重油（润滑油、石蜡）
烷烃与环烷烃C16~C20
烷烃C20~C30
凝固点在50℃以上
渣油（低蜡、沥青）
高级烷烃C30~C40
固体
②石油的裂化：
（包含热裂化和催化裂化两种）-化学变化
a．裂化原理：
在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。
b．目的：
___________________________________。
c．原料和主要产品：
原料是常压分馏的产品重油
主要产品是抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等。
d．直馏汽油和裂化汽油的比较：
比较项目
直馏汽油
裂化汽油
来源
石油经常压分馏制得
重油经裂化制得
主要成分
含
的烷烃．环烷烃．芳香烃等
含
的烷烃．烯烃．二烯烃等
性质差异
主要具有饱和烃的性质、不能使溴水因反应而褪色
主要具有不饱和烃的性质．能使溴水、
酸性溶液褪色
③石油裂解（也叫深度裂化）-化学变化
a．原理：
在高于裂化温度（700～800℃，有时甚至高达1000℃以上）下，使石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的不饱和的气态或液态烃。
主要发生化学变化。
b．目的：
_____________________________
c．原料和产品：
主要原料是含有直链烷烃的石油分馏产品（包括石油气）。
而所得的产品主要是乙烯、丙烯、异丙烯等，另外还有甲烷、乙烷、丁烷．炔烃、硫化氢和碳的氧化物等。
【答案】烷烃、环烷烃和芳香烃
给石油加热时，低沸点的烃先气化，经过冷却先分离出来。
随着温度升高，较高沸点的烃再气化，经过冷凝也分离出来混合物
提高轻质燃料的产量，特别是提高汽油的产量生产乙烯
【练一练】
1．下列有关石油的炼制和煤的综合利用的说法正确的是（）
A．石油的催化裂化是为了提高汽油等轻质油的产量和质量
B．石油裂解可得到汽油
C．煤的气化和液化均为物理变化
D．石油在分馏过程中最先得到的馏分是柴油
【答案】A
2．下列物质不能通过煤的干馏得到的是（）
A．焦炭B．粗苯C．粗氨水D．硝酸
【答案】D
3．下列说法不正确的是（）
石油
分馏产品
乙烯
CH2BrCH2Br
A．石油主要是由烃组成的混合物B．①主要发生物理变化
C．②包括裂化，裂解等过程D．③中产物名称是二溴已烷
【答案】D
侯氏制碱法
碳酸钠用途非常广泛。
虽然人们曾先后从盐碱地和盐湖中获得碳酸钠，但仍不能满足工业生产的需要。
1862年，比利时人索尔维（ErnestSolvay1838—1922）发明了以食盐、氨、二氧化碳为原料制取碳酸钠的“索尔维制碱法”（又称氨碱法）。
此后，英、法、德、美等国相继建立了大规模生产纯碱的工厂，并组织了索尔维公会，对会员以外的实行技术封锁。
第一次世界大战期间，欧亚交通梗塞。
由于我国所需纯碱都是从英国进口的，一时间，纯碱非常缺乏，一些以纯碱为原料的民族工业难以生存。
1917年，爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公司,决心打破洋人的垄断，生产出中国的纯碱。
他聘请正在美国留学的侯德榜先生出任总工程师。
1920年，侯德榜先生毅然回国任职。
他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上，终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。
1924年8月,塘沽碱厂正式投产。
1926年，中国生产的“红三角”牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。
产品不但畅销国内，而且远销日本和东南亚。
1937年日本帝国主义发动了侵华战争，他们看中了南京的硫酸铵厂，为此想收买侯德榜，但是遭到侯德榜的严正拒绝。
为了不使工厂遭受破坏，他决定把工厂迁到四川，新建一个永利川西化工厂。
制碱的主要原料是食盐，也就是氯化钠，而四川的盐都是井盐，要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。
由于浓度稀，还要经过浓缩才能成为原料，这样食盐成本就高了。
另外，索尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高，也就是说有30%的食盐要白白地浪费掉，这样成本就更高了，所以侯德榜决定不用索尔维制碱法，而另辟新路。
。
知识点1：
工业制备硫酸
【例1】以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：
（1）将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整：
（2）接触室中发生反应的化学方程式是______________________________________________．
（3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（选填序号字母）______________．
a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
b．过量空气能提高SO2的转化率
c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率
d．沸腾炉排出的矿渣可制造水泥或制砖，含铁品位高的矿渣可炼铁
（4）每160gSO3气体与液态H2O化合放出260.6kJ的热量，该反应的热化学方程式是
_______________________________________________．
（5）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐．
SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2．SO2吸收Br2的离子方程式是___________________________________．
【难度】★★★
【答案】FeS2；
；abd；
SO3（g）+H2O（l）→H2SO4（l）+130.3kJ；SO2+Br2+2H2O→4H++2Br-+SO42-
知识点5：
煤和石油的炼制
【例5】如图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列叙述错误的是（）
A．上图实验中发生了化学变化
B．液体Y是一种纯净物
C．气体Z易燃，可还原CuO
D．水溶液X的pH＞7，液体Y是黑色黏稠状的煤焦油
【难度】★【答案】B
变式1：
将图中所列仪器组装为一套蒸馏石油的实验装置，并进行蒸馏，得到汽油和煤油。
（1）图中A、B、C三种仪器的名称分别是_______、________、_______．
（2）将以上仪器按（Ⅰ）﹣→（Ⅵ）顺序，用字母a，b，c，…表示连接顺序：
e接_______；______接_______；_______接_______；________接_________．
（3）A仪器中c口用于_______，d口用于_________．
（4）蒸馏时，温度计水银球应在____________位置．
（5）在B中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是_____________．
【难度】★★
【答案】
（1）冷凝管；蒸馏烧瓶；锥形瓶；
（2）j；h；a；b；f；g；k；（3）进水；出水；（4）蒸馏烧瓶支管口；（5）防止暴沸；
知识点1：
硫酸的制备
1.接触法制硫酸的炉气组成是SO2占7％，O2占11％，N2占82％，现有100L混合气体进入接触室反应后，总体积变为97.2L。
则该变化过程中SO2转化率是：
（）
A．50％B．60％C．70％D．80％
【难度】★★【答案】D
2.印尼火山喷发不仅带来壮观的美景，还给附近的居民带来物质财富，有许多居民冒着生命危险在底部的火山口收集纯硫磺块来赚取丰厚收入．硫磺可用于生产化工原料硫酸．某工厂用如图所示的工艺流程生产硫酸：
请回答下列问题：
（1）为充分利用反应放出的热量，接触室中应安装_____________（填设备名称）．吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是______________________．
（2）为使硫磺充分燃烧，经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%，为提高SO2转化率，经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍，则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为___________．假设接触室中SO2的转化率为95%，b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为_________（空气中氧气的体积分数按0.2计），该尾气的处理方法是_______________。
（3）与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是___________（可多选）．
A．耗氧量减少B．二氧化硫的转化率提高
C．产生的废渣减少D．不需要使用催化剂
（4）矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一．在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时SO2的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式________________________．
【难度】★★
【答案】热交换器；使浓H2SO4与SO3充分接触；6：
5；0.41%；用氨水吸收；A；
CaCO3
CaO+CO2↑、SO2+CaO→CaSO3、2CaSO3+O2→2CaSO4；
（5）86.7%
（6）偏小，生成的二氧化碳气体没有完全被C中的烧碱吸收（或无气体驱赶装置等）
知识点2：
煤和石油的炼制
1.中国南海海域是全球范围内石油储量与可开采储量较丰富、开采潜力较大的地方，有“第二个波斯湾”之称．下列关于石油的说法正确的是（）
A．石油属于可再生矿物能源
B．石油只含有碳、氢、氧三种元素
C．石油裂化的主要目的是提高轻质液体燃料的产量和质量
D．石油分馏的各馏分均是纯净物
【难度】★【答案】C
2.下列关于煤的干馏的叙述中，正确的是（）
A．煤加强热而分解的过程叫做煤的干馏
B．煤干馏的目的是得到冶金用的优质焦炭
C．煤的干馏和石油的分馏的本质差别是：
干馏是物理变化，而分馏是化学变化
D．工业上苯等芳香烃原料可由煤干馏得到，其存在于干馏所得的焦炉气中
【难度】★【答案】B
3.煤被誉为“工业的粮食”，是生产许多化工产品的主要原料，在下图转化关系中，已知A是一种重要的化工原料，A的产量可以用来衡量一个的石油化工水平．
提示：
2CH3CHO+O2
2CH3COOH
（1）工业上，由煤获得焦炉气的方法是_____________________________________．
（2）丁烷是含有四个碳原子的烷烃，它的一种同分异构体中含有三个甲基，则这种同分异构体的结构简式是____________________．
（3）写出由苯生成G的化学方程式____________________________________，该反应的反应类型是______________．
（4）通过对比实验可以研究不同催化剂对酯化反应的催化效率，实验中除了需控制反应物乙酸、乙醇的用量相同外，还需控制的实验条件是_______________________．
（5）写出E→B+D的化学方程式_________________________________．
【难度】★
【答案】干馏；
；
；取代反应；反应温度．；CH3COOCH2CH3+H2O
CH3COOH+C2H5OH；
综合多个实验
1.为了实现绿色化学，符合工业生产实际的是（）
A．用纯碱吸收硫酸工业的尾气B．用烧碱吸收氯碱工业的尾气
C．用纯碱吸收合成氨工业的尾气D．用烧碱吸收炼铁工业的尾气
【难度】★【答案】B
2.下列工业生产过程中涉及到反应热再利用的是（）
A．接触法制硫酸B．联合法制纯碱
C．铁矿石炼铁D．石油的裂化和裂解
【难度】★【答案】A
3.以下不符合工业生产事实的是（）
A．金属铝：
冶铁时作还原剂B．生石灰：
炼钢时作造渣材料
C．氨水：
制硫酸时吸收尾气中SO2D．铂铑合金：
氨氧化时作催化剂
【难度】★【答案】A
4.下列关于化工生产的叙述中，符合目前工业生产实际的是（）
A．石油工业中，采用干馏的方法把石油分成不同沸点范围的产品
B．硝酸工业中，为了加快氨氧化的速率，通常使用铁触媒作催化剂
C．纯碱工业中，氨碱法通过氨气和二氧化碳的循环利用，提高了原料的利用率
D．合成氨工业中，采用高压条件，增大合成氨反应的平衡常数，增大原料转化率
【难度】★【答案】C
升级会员 