专题二十八 化学与技术.docx

1、专题二十八 化学与技术专题二十八化学与技术考纲展示命题探究1工业生产硫酸(1)生产流程和原理(2)“三废”处理尾气吸收a石灰水吸收法：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O，CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O。b氨水吸收法：SO22NH3H2O=(NH4)2SO3，(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O。污水处理：根据杂质的性质不同，采用不同的化学方法进行处理，如酸碱中和法、重金属离子沉淀法。废渣利用：制砖或制造水泥，提炼贵重的有色金属。学霸巧学卡硫酸工业生产中注意的问题(1)通入接触室的混合气体必须预先净化，原因是炉气中含有二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气以及砷、

2、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。(2)用98.3%的浓硫酸来吸收SO3，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸雾，且吸收速率慢。2合成氨工业(1)反应原理N23H22NH3(放热反应)(2)基本生产过程生产流程示意图主要原理净化3工业制硝酸(1)原理：4NH35O24NO6H2O(常用铂作催化剂)，2NOO2=2NO2，3NO2H2O=2HNO3NO(增压、降温，同时补充空气)。(2)尾气净化用Na2CO3溶液吸收氮的氧化物得到亚硝酸钠和硝酸钠：2NO2Na2CO3=NaNO2NaNO3CO2。用各种燃料气中的甲烷、氢气等将氮的氧化物还原为氮气和水：

3、H2NO2=NOH2O,2H22NO=N22H2O；CH44NO2=4NOCO22H2O，CH44NO=2N2CO22H2O。4纯碱工业氨碱法和联合制碱法的比较氨碱法(索尔维) 联合制碱法(侯德榜)原理NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl2NaHCO3Na2CO3CO2H2O原料NaCl、NH3、CaCO3(制备CO2和CaO)NaCl、NH3、CO2续表氨碱法(索尔维) 联合制碱法(侯德榜)生产流程优点原料(食盐和石灰石)便宜易得产品纯碱的纯度高副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用制造步骤简单，适合于大规模生产除了氨碱法的优点外，还有食盐的利用率提高到96%以上消除了废弃物氯化

4、钙的生成，减少了环境污染使合成氨厂的原料气CO2转化成产品，减少了由CaCO3制CO2这一工序学霸巧学卡工业制碱过程中的注意事项(1)向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳的顺序：应先通氨气再通二氧化碳，因为氨气在水中的溶解度大，先通氨气会吸收更多的二氧化碳，有利于生成较多的碳酸氢钠而析出。(2)在氨碱法和联合制碱法的过程中，CO2均可循环利用。(3)第一步反应得到的不是纯碱而是NaHCO3，需将NaHCO3加热分解才能获得Na2CO3。5精细化工产品(1)化肥和农药常见化肥的种类、用途和使用注意事项实例作用使用注意事项氮肥尿素CO(NH2)2、碳酸氢铵(NH4HCO3)、硝酸铵等氮是合成蛋白质、核

5、酸、叶绿素的重要元素，可使植物枝繁叶茂a.铵态氮肥不宜与草木灰等碱性肥料混合施用b.(NH4)2SO4长期大量使用会造成土壤板结、土质酸化磷肥重过磷酸钙Ca(H2PO4)2、普通过磷酸钙Ca(H2PO4)2H2O和CaSO4、钙镁磷肥Ca3(PO4)2和Mg3(PO4)2等可使作物根系发达，增强耐寒抗旱能力，穗粒增多，籽粒饱满不宜与碱性肥料混合施用，最好与农家杂肥配合施用续表实例作用使用注意事项钾肥KCl、K2SO4、KNO3、K2CO3(草木灰)促进作物生长，增强抗病虫害和抗倒伏能力a.易溶于水，不宜在多雨季节施用b.K2SO4的长期大量施用会造成土壤板结、土质酸化复合肥KNO3、(NH4)

6、2HPO4、NH4H2PO4协同作用，使作物生长营养均衡，提高效能a.KNO3不宜在雨季施用b.(NH4)2HPO4、NH4H2PO4不宜与碱性肥料混合施用常见化肥的生产原理a尿素的生产原理2NH3CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4CO(NH2)2H2O。b硝酸铵的生产原理：4NH35O24NO6H2O、2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO、NH3HNO3=NH4NO3。c普钙的生产原理：2Ca5(PO4)3F7H2SO4=7CaSO43Ca(H2PO4)22HF。农药农作物的保护神A分类B农药的种类及特点种类特点和用途 实例杀虫剂杀死害虫，防治虫害。第三代农药具有高

7、效、低毒和低残留的特点拟除虫菊酯和特异性农药等杀菌剂阻止病菌的侵入(保护性杀菌)，可以进入植物体内的内吸性杀菌波尔多液(硫酸铜和熟石灰的混合物)除草剂(除莠剂)杀死杂草而不伤害作物，节省劳动力，提高栽培技术除草剂2,4D植物生长调节剂促进或抑制植物生长乙烯、乙烯利等C.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。学霸巧学卡使用杀虫剂的注意事项(1)使用正规厂家生产的杀虫剂，避免使用假冒伪劣产品。假冒伪劣杀虫剂可能会导致人体中毒或发生燃烧爆炸事件。(2)使用气雾型杀虫剂时，应严格按照使用说明使用：勿

8、接近火源，不可存放在冰箱里，不可朝电器喷射等。(3)使用杀虫剂时要避免误食，防止与皮肤直接接触，减少对呼吸道的刺激。(4)注意杀虫剂的使用范围和保存方法。(2)洗涤剂组成：洗涤剂是以一种或数种表面活性剂为主要成分，加入少量杀菌剂、织物柔顺剂、荧光增白剂或有其他特殊功能的添加剂制成的日用化学品。种类洗涤剂有块状、粉状、液体状的，常用的洗涤剂有：分类名称厨房用洗涤剂洗洁精、去污粉、油烟净等织物用洗涤剂肥皂、洗衣粉、丝毛洗涤剂、衣领净等身体清洁用洗涤剂香皂、沐浴液、洗手液等其他洁厕剂、地毯清洗剂等肥皂a原理高级脂肪酸甘油酯在碱性条件下水解形成高级脂肪酸盐(即肥皂)。b生产流程c对环境的影响：在自然界

9、能被微生物分解，不会积累污染。合成洗涤剂合成洗涤剂分固态(洗衣粉)和液态(洗洁精)两大类，其主要成分是烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠等。A合成洗涤剂的优点a不受水质限制，在含Mg2、Ca2的水中使用也不丧失去污能力。b去污能力更强，并且适合洗衣机使用。c合成洗涤剂的主要原料是石油裂解产品，原料便宜。B合成洗涤剂对环境的影响a有的洗涤剂十分稳定，难以被细菌分解，污水积累，使水质变坏。b有的洗涤剂含有磷元素，造成水体富营养化，促使水生藻类大量繁殖，水中的溶解氧含量降低，使水质变坏。C合成洗涤剂的制备1与索尔维制碱法相比，侯德榜制碱法最突出的优点是()A原料利用率高 B设备少C循环利用的物质多 D原料易得

10、答案A解析联合制碱法，生产了副产品NH4Cl，所以提高了原料的利用率。2工业上常用氨氧化法生产硝酸，其过程包括氨的催化氧化(催化剂为铂铑合金丝网)、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：(1)氨催化氧化的化学方程式为_；(2)原料气中空气必须过量，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放热反应，其化学方程式为_，为了提高水对二氧化氮的吸收率，可采取的措施为_(答两项)。答案(1)4NH35O24NO6H2O(2)提高氨的转化率和一氧化氮的转化率(3)增大催化剂与反应物的接触面积(4)3NO2H2O=2HNO3NO加压、降温解析

11、(2)根据平衡原理，增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，以提高原料的转化率。(3)增大铂铑合金的表面积，使接触面积增大，提升催化的效果。(4)为了提高吸收率，可根据溶解过程放热采用降温处理，且气体的吸收可用加压的方式。考法综述化学知识可以应用于工农业生产，工农业生产也离不开化学知识。因此高考往往会涉及化学与工农业生产的题型，这类题型常考查水的综合处理、典型工业生产工艺(如工业合成氨、硫酸生产等)、化肥和农药的使用等方面。考查的主要方式：单一地考查某项生产工艺；整合多项生产工艺或化学反应原理进行综合考查。命题法1化学原理在硫酸工业生产中的应用典例1工业接触法制硫酸的流程如图所示：(1)写出沸

12、腾炉中发生反应的化学方程式：_。(2)从沸腾炉出来的气体经净化干燥处理后进入接触室，其气体体积组成：SO2 7%，O2 11%，N2 82%。从接触室出来的气体中SO3的体积分数为7%，则SO2的转化率为_。(3)接触室采用常压而不采用高压的原因是_。(4)在吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3，而不是用水吸收SO3的原因是_。每100 g SO3与H2O完全反应放出热量162.9 kJ，该反应的热化学方程式为_。(5)某硫酸厂每天用含FeS2 60%的黄铁矿500 t生产硫酸，如果在沸腾炉内损失5%的硫，SO2的转化率为90%。每天能生产98%的硫酸_t。解析(1)沸腾炉中利用黄铁矿和氧气

13、反应制取SO2，反应方程式为4FeS211O22Fe2O38SO2。(2)假设进入接触室中混合气的体积为100 L，则V(SO2)7 L，V(O2)11 L，V(N2)82 L。根据反应方程式：2SO2O22SO3。设反应的氧气为X L，则平衡时：V(O2)(11X) L，V(SO2)(72X) L，V(SO3)2X L，V(N2)82 L；根据平衡时SO3的体积分数为7%，列式得：100%7%，解之得：X3.38，(SO2)100%96.6%。(3)在常压下SO2的转化率已很高，没必要采用高压，增加设备成本。(4)用98.3%的浓硫酸吸收SO3，可以减少酸雾的形成，提高吸收效率。根据100

14、g SO3与H2O完全反应放出热量162.9 kJ，则1 mol SO3与H2O完全反应放热Q130.32 kJ，故该热化学方程式为SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l)H130.32 kJmol1。(5)利用关系式：FeS22SO22SO32H2SO4120298500 t60%90%(15%)m(H2SO4)98%则m(H2SO4)427.5 t。答案(1)4FeS211O22Fe2O38SO2(2)96.6%(3)常压下SO2的转化率已很高，若再采用高压反而会增加设备成本(4)防止形成酸雾，提高吸收效率SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l)H130.32 kJmol1(5)427

15、.5【解题法】硫酸工业生产中化学原理的应用及有关计算1硫酸工业生产流程中的化学原理应用(1)化学反应速率和化学平衡原理增大化学反应速率的措施在沸腾炉中燃料燃烧时，将原料粉碎，增大与空气的接触面积。反应条件的选择a温度：400500 ，根据平衡移动原理，反应应在低温下进行，但低温时催化剂的活性不高，反应速率低，实际生产中采用400500 的温度。b压强：根据平衡移动原理，应在高压下进行，但增大压强对SO2的转化率提高不大，且加压会增大成本和能量消耗，而常压下SO2的转化率已很高，所以实际生产中采用常压操作。c适当过量的空气：提高SO2的转化率。(2)逆流原理：沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底

16、吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应进行充分彻底；吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片)，浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。(3)热交换原理：由于2SO2O2 2SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，用反应后热的气体预热接触室的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。(4)循环操作：由于2SO2O2 2SO3是可逆反应，尾气中还有一定的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气体送回接触室，提高原料利用率，同时减少废气排放。2有关计算(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。若已知(欲求)FeS2的含量，可用FeS22H2SO4的关系式

17、；若已知(欲求)S的含量，可用SH2SO4的关系式，且二氧化硫转化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2(或S)进行计算。(2)常见量的计算公式矿物的纯度100%。原料利用率100%。原料转化率原料利用率1原料损失率。产率100%。多步反应的总转化率各步反应转化率的乘积。命题法2氨在工农业生产中的应用典例2氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有很多重要应用。.工业合成氨的流程示意图如下：回答下列问题：(1)设备A中含有电加热器、触媒和热交换器，设备A的名称是_，其中发生反应的化学方程式为_；原料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

18、)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_。(3)设备C的作用是_。.制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺，氨碱法的工艺如下图所示：(4)图中的中间产物C是_，D是_(写化学式)。(5)碳酸化塔中发生反应的化学方程式为_。(6)联合制碱法对氨碱法进行了改进，更加符合绿色化学的重要原则，提高了反应的原子利用率。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(%)_。解析(1)合成氨气在合成塔中进行，煤和天然气在高温下都能与水蒸气反应生成氢气。(2)设备B是冷却塔，冷却一般是下进上出(或低进高出)，逆流冷却

19、效果较好。(3)设备C是氨分离器，及时将氨分离出去，有利于向合成氨方向进行(正向进行)。(4)根据图示，石灰窑生成的A为氧化钙，与水反应生成氢氧化钙，所以图中的中间产物C是Ca(OH)2，碳酸化塔中产物为碳酸氢钠和氯化铵，反应物为氨气、氯化钠和二氧化碳，所以D为氨气。(5)碳酸化塔中发生的反应为NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl。(6)联合制碱法的总的关系可表示为NH3CO2H2ONaClNaHCO3NH4Cl，故原子的利用率表达式为100%100%。答案(1)合成(氨)塔N23H22NH3CH2OCOH2CH4H2OCO3H2(2)冷却塔(或冷凝器)n高温气体由冷却塔上端进入

20、，冷却水从下端进入，逆向冷却效果好(3)将液氨与未反应的原料气分离(4)Ca(OH)2NH3(5)NH3CO2H2ONaCl=NaHCO3NH4Cl(6)100%100%【解题法】化工流程的关注点(1)生产中原料的选择选择原料时考虑因素：化学反应原理、厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、存贮、运输、预处理成本及环境保护等。(2)生产中反应条件的控制化工生产选择适宜条件的目的是尽可能加快反应速率和提高反应进行的程度，依据外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律确定。(3)生产中三废的处理化工生产必须保护环境，严格治理“三废”，并尽可能把“三废”变为有用的副产品，实现原料的综合利用。(4)

21、能量的充分利用化工生产中应充分利用反应热，这对于降低成本具有重要意义。硫酸生产中的反应热不仅用于预热反应物满足自身能量的需要，而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。(5)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，具体体现在如下几个方面：节省资源，提高原料转化率和利用率。例如，在合成氨工业、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。化工生产中均涉及尾气回收方法和处理装置以防止或减少环境污染。1工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(含NO、NO2)制备NaNO2、NaNO3，工艺流程如下：已知：Na2CO3NONO2=2NaNO2CO2(

22、1)中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外，还有_(填化学式)。(2)中和液进行蒸发操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是_。蒸发产生的蒸汽中含有少量NaNO2等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的_(填操作名称)最合理。(3)母液进行转化时加入稀HNO3的目的是_。母液需回收利用，下列处理方法合理的是_。a转入中和液 b转入结晶操作c转入转化液 d转入结晶操作(4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为21，则生产1.38吨NaNO2时，Na2CO3的理论用量为_ 吨(假定Na2CO3恰好完全反应)。答案(1)NaNO3(2)防止NaNO3的析出溶碱(

23、3)将NaNO2转化为NaNO3 cd(4)1.59解析(1)结合流程图分离得到NaNO3，可知中和液中含有NaNO3。(2)蒸发产生的蒸汽中含有NaNO2，可用该蒸汽进行溶碱以回收NaNO2。(3)母液中加入稀硝酸和空气可以将NaNO2氧化为NaNO3。母液中所含溶质主要为NaNO3，故需要转入转化液或结晶操作。(4)根据钠元素守恒计算，n(NaNO2)2104 mol, n(NaNO3)1104 mol，故n(Na2CO3)1.5104 mol，m(Na2CO3)1.5104 mol106 gmol11.59106 g，即1.59吨。2苯酚和丙酮都是重要的化工原料，工业上可用异丙苯氧化法生

24、产苯酚和丙酮，其反应和工艺流程示意图如下：相关化合物的物理常数物质相对分子质量密度/(gcm3)沸点/异丙苯1200.8640153丙酮580.789856.5苯酚941.0722182回答下列问题：(1)在反应器A中通入的X是_。(2)反应和分别在装置_和_中进行(填装置符号)。(3)在分解釜C中加入的Y为少量浓硫酸，其作用是_，优点是用量少，缺点是_。(4)反应为_(填“放热”或“吸热”)反应。反应温度应控制在5060 ，温度过高的安全隐患是_。(5)中和釜D中加入的Z最适宜的是_(填标号。已知苯酚是一种弱酸)。aNaOH bCaCO3cNaHCO3 dCaO(6)蒸馏塔F中的馏出物T和P

25、分别为_和_，判断的依据是_。(7)用该方法合成苯酚和丙酮的优点是_。答案(1)O2(或空气)(2)A C(3)催化剂(提高反应速率)腐蚀设备(4)放热 可能会导致(过氧化物)爆炸(5)c(6)丙酮 苯酚 丙酮的沸点低于苯酚(7)原子利用率高解析(1)根据反应原理可知X为O2或空气。(2)从流程看出，反应在A中进行，反应在C中进行。(3)浓硫酸作催化剂，缺点是酸液腐蚀设备。(4)反应的H0，为放热反应；温度过高可能会导致过氧化物爆炸。(5)NaHCO3与苯酚不发生反应，仅与催化剂硫酸反应，选c。(6)沸点低的首先变成气体，根据表格数据可知，T为丙酮，P为苯酚。(7)从反应方程式看，反应没有副产

26、物，只有苯酚和丙酮生成，原子利用率高。3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“”“”或“”)中，既能提高产率又可使能耗最低。答案(1)Na2Cr2O72KCl=K2Cr2O72NaCl低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分，随

27、温度的降低，K2Cr2O7溶解度明显减小(合理即得分)(2)除去Fe3(3)NaCl K2Cr2O7(4)解析依据质量守恒定律，分析工艺流程图不难写出反应方程式：Na2Cr2O72KCl=K2Cr2O72NaCl；依据题中所示三种物质溶解度曲线图，可看出K2Cr2O7的溶解度在温度较低时明显偏小，NaCl的溶解度受温度的影响变化小，分析可得出冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因和固体A的成分；洗涤固体A时洗涤液中应含有NaCl和K2Cr2O7，所以洗涤液回收后应转移到母液中。4硫酸是工业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_(填设备名称)中进行。(2)下列有关接触法制硫酸的说法中，正确