【志鸿优化设计】2014届高考化学一轮复习化学与技术第1节化学与工农业生产教学案新人教版选修2

选修二化学与技术第 1 节化学与工农业生产考纲点击1了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类。2了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。3了解精细化工的生产特点及在社会中的作用。4了解化学肥料、农药在农业生产中的作用。一、硫酸工业1合成硫酸的三种原料三种原料为 _ 、_ 、 _。2三个反应(1) 造气： _或 _ 。(2) 接触氧化： _ 。(3) 三氧化硫的吸收： _ 。3黄铁矿制硫酸的三个主要设备三个主要设备为_、_、 _。特别提示：吸收塔内用 98.3%的浓硫酸吸收 SO3，是因为用水吸收会产生酸雾，腐蚀设备和降低吸收率。为了降低成本，通入沸腾炉和接触室的不是氧气，而是空气。4接触室中三个反应条件(1) 温度：根据平衡移动原理，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 _ 的温度。(2)常压：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，且加压会提高成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产采用常压操作。(3)适当 _的空气：目的是提高 SO2 的转化率。5“三废”处理和能量综合利用(1) “三废”处理方法尾气吸收：_。CaSO3 H2SO4=CaSO4 SO2 H2O废水处理：根据杂质性质的不同，采用不同的化学方法，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，提炼贵重金属。(2) 能量的充分利用硫酸生产中的反应热可用于预热反应物满足自身能量的需要，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量 ( 供热发电 ) 。即时训练 1 下列说法中正确的是 _。2垐 ?322SO O噲 ? 2SO在接触室中进行，增大压强平衡右移，SO的转化率增大，所以接触室应该高压吸收塔中用水吸收SO31生产中通入沸腾炉及接触室中的氧气是纯氧生产中通入沸腾炉及接触室中的空气均过量整个工艺流程中在沸腾炉中产生SO2通入接触室的气体必须净化除杂热交换器可对生成气体冷却，对原料气体加热二、合成氨工业1反应原理N2 3H22NH3H02基本生产过程(1) 造气N2 来源于空气a将空气 _ 、_后蒸发分离出O2 而获得 N2；b将空气通过灼热的碳生成CO2，再除去CO2后得 N2。H2 来源于水和燃料( 焦炭、煤、石油、天然气等) 的反应，反应式为_。(2) 净化原料气中的主要杂质：H2S、 CO、CO2、 O2 等。主要危害：会导致催化剂中毒。净化方法：a H2S 用 _吸收，方程式：_；bCO首先被氧化生成CO2，再被 _ 吸收，方程式为 _ 、_ 。(3) 合成与分离设备： _。氨的分离： 通过 _将氨液化， 然后将液氨分离，分离出来的混合气体经循环压缩机，再送到_中继续合成。流程：原料气的制取净化压缩液氨3合成氨条件的选择温度： _ ；压强： _ ；催化剂：以 _为主的催化剂。即时训练 2下列关于工业合成氨的说法中正确的是_。从空气中分离出氮气可以用物理方法，也可以用化学方法合成氨工业上选用 400500 主要是因为此温度下催化剂的活性最大N2 3H2 噲垐 ? 2NH3 H0，温度越低氨气的产率越高，所以工业生产中应该低温，来提高氨气的产率合成氨中，压强越高氨气的百分含量越高，所以工业生产中压强应无限制提高原料气在通入合成塔之前一定要净化除杂从合成塔出来的气体分离出氨气后，余下的气体排入大气由 NH3 转变成 NH4HCO3属人工固氮的化学反应特别提示： 在合成氨工业生产中要结合化学平衡移动原理、化学反应速率， 综合考虑实际生产中原料的来源、动力、材料、设备等因素，选择适宜的温度、压强、催化剂，及时分离出氨气，取得最佳经济效益。例如，依据反应原理温度越低，氨气的百分含量越高，但从反应速率来考虑速率太慢，所以综合考虑选择的温度为400500 。三、纯碱工业氨碱法 ( 索尔维 )联合制碱法 ( 侯德榜 )原理NaCl NH3 CO2 H2O=NaHCO3 NH4Cl22NaHCO3=Na2CO3 CO2 H2O原料NaCl、 NH3、 CaCO3( 制备 CO2和 CaO)NaCl、 NH3、CO2生产流程优、缺点原料便宜，步骤简单，但是产生大量产品纯度高，原料利用率高，同时得CaCl2，食盐利用率低到氮肥 NH4Cl ，但加重设备的腐蚀即时训练 3下列说法中正确的是_。饱和 NH4HCO3溶液与饱和 NaCl 溶液混合，可能会有白色沉淀生成氨碱法生产纯碱所发生的反应均是复分解反应联合制碱法与氨碱法生产纯碱所用的化学反应原理不同氨碱法生产纯碱过程中氨气没有循环利用，而我国化学家侯德榜发明的联合制碱法的过程中使氨气充分循环利用联合制碱法与氨碱法生产纯碱的不同点：原料来源不同，副产物不同在生产纯碱的过程中，向饱和食盐水中先通入二氧化碳，再通入氨气特别提示：联合制碱法与氨碱法生产纯碱所用的化学反应原理相同，均是利用NaHCO的溶解度比 NHCl 、 NaCl、 Na CO、 NHHCO的小。342343四、农药、化肥和表面活性剂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 _ ，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 _ ， _ ，_ ， _ 。(3) 复合肥料：氮、 磷、钾三种养分中， 至少有两种养分。常见的复合肥料有：NH4H2PO4、(NH4) 2HPO4、 KNO3、 KH2PO4。2农作物的保护神农药(1) 分类按成分分a第一代农药： _和 _，属于人类最早使 用的农药。b第二代农药： _ 等有机合成的农药。c第三代农药： _和 _ 等人类开发和利用的农药， 它具有 _、_ 、 _的特点，故被称为“环境友好农药”。按用途分a杀虫剂，如有机氯类、有机磷类、拟除虫菊酯类等。b杀菌剂，如波尔多液等。c除草剂，如2， 4-D 等。d植物生长调节剂，如_、 _等。(2) 危害对农产品造成污染，危及食品安全。破坏生物链，影响生态平衡。对环境造成严重污染，危及人类健康和生命安全。3肥皂34合成洗涤剂洗涤剂的主要成分是表面活性剂( 如十二烷基苯磺酸钠) ，能够去除油污，里面还含有杀菌剂、织物柔软剂、助剂等辅助成分。即时训练 4下列说法中正确的是_。氮肥、磷肥、钾肥都是从地壳中贮量丰富的无机盐中获得的目前，农业上使用的氮肥大多数是从合成氨开始的波尔多液属于第二代农药DDT属于第二代农药，属于杀虫剂肥皂的生产原理属于酯的水解特别提示： (1) 肥皂不适合在硬水中使用，合成洗涤剂不受这个限制；合成洗涤剂价格便宜且去污能力较强，适合洗衣机使用；合成洗涤剂难以分解，含有磷，大量使用会造成水体污染，使水体富营养化。(2) 制造合成洗涤剂的原料是石油裂解的产物( 烷烃、苯等 ) ，制造肥皂的原料主要是油脂。一、硫酸工业的生产原理和工艺流程【例 1】 以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：请回答下列问题：(1) 在炉气制造中，生成SO2 的化学方程式为_ 。(2) 炉气精制的作用是将含SO2 的炉气 _、 _ _及干燥，如果炉气不经过精制，4对 SO2 催化氧化的影响是 _ 。(3) 精制炉气 ( 含 SO2 体积分数为 7%、 O2 为 11%、 N2 为 82%)中 SO2平衡转化率与温度及压强关系如下图所示。在实际生产中，SO2 催化氧化反应的条件选择常压、 450 左右 ( 对应图中 A 点 ) ，而没有选择SO2 转化率更高的B 或 C 点对应的反应条件，其原因分别是_ 、 _ 。(4) 在 SO2 催化氧化设备中设置热交换器的目的是_、 _，从而充分利用能源。方法归纳在评价实际生产中的工艺流程时，一定要联系化学反应原理，结合原料、材料，从转化率、反应速率、价格、环保等方面进行评价。二、合成氨的工艺流程评价这类题常用流程图的形式表示。流程图中设计的是各种物质之间的转化、循环物质的应用等，读图时要注意：箭头的方向、 反应条件或分离提纯的方法、生成物的状态。解题时要注意应用化学反应原理、化学平衡理论、水解理论、物质制备和分离的知识、晶体知识、绿色化学的观点、经济的视角分析实际生产中的各种问题。【例 2】 利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下：依据上述流程，完成下列填空：(1) 天然气脱硫时的化学方程式是 _ 。(2) n mol CH 4 经一次转化后产生 0.9 n mol CO ，产生 _ mol H 2。 ( 用含 n 的代数式表示 )(3)K 2CO3(aq) 和 CO2 反应在加压下进行，加压的理论依据是_。A相似相溶原理B勒夏特列原理C酸碱中和原理D质量守恒原理(4) 由 KHCO3分解得到的 CO2可以用于 _( 写出 CO2的一种重要用途 ) 。(5) 整个流程有三个循环，一是Fe(OH)3 循环，二是 K2CO3(aq) 循环，请在上述流程图中标出第三处循环( 循环方向、循环物质) 。三、氨碱法和联合制碱法的比较1索尔维制碱法的工艺流程52联合制碱法的工艺流程【例 3】 我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：(1) 上述生产纯碱的方法称 _，副产品的一种用途为 _。(2) 沉淀池中发生的化学反应方程式是_ 。(3) 写出上述流程中 X 物质的化学式 _。(4) 使原料氯化钠的利用率从 70%提高到 90%以上，主要是设计了 _( 填上述流程中的编号 ) ，从沉淀池中取出沉淀的操作是 _。(5) 为 检 验 产 品 碳 酸 钠 中 是 否 含 有 氯 化 钠 ， 可 取 少 量 试 样 溶 于 水 后 ， 再 滴 加_ 。(6) 向母液中通 氨气，加入细小食盐颗粒， 冷却析出副产品。 通氨气的作用有 _。a增大 NH4 的浓度，使NH4Cl 更多地析出b使 NaHCO3更多地析出c使 NaHCO3转化为 Na2CO3，提高析出的NH4Cl 纯度1 (2012 海南化学20) 合成氨的流程示意图如下：回答下列问题：(1) 工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是 _，_；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) 设备 A 中含有电加热器、触媒和热交换器，设备A 的名称是 _，其中发生的化学反应方程式为_ ；(3) 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6“n”) 。不宜从相反方向通水的原因是_ ；(4) 设备 C 的作用是 _ ；(5) 在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过如下反应来实现：CO(g) H2O(g) 噲垐 ? CO2(g) H2(g)已知 1 000 K时该反应的平衡常数0.627 ，若要使CO的转化超过90%，则起始物中Kc(H2O) c(CO)不低于 _。2洗衣粉的主要成分之一是烷基苯磺酸钠，常用的是十二烷基苯磺酸钠，其合成路线如下：请回答下列问题：(1)C 12H25SO3Na 分子中的亲水基是_，亲油基是 _。(2) 由十二烷基苯制取十二烷基苯磺酸的反应类型为_ 。(3) 用油脂可以制肥皂，试写出从硬脂酸甘油酯生成硬脂酸钠和甘油的化学方程式：_ ，反应类型为_。(4) 在洗涤剂中添加酶制剂能促进污垢中的蛋白质( 如奶渍、肉汤 ) 等水解为可溶性的物质而被除去。 将衣物在使用加酶洗衣粉的水溶液中浸泡10 30 min，水温在 4050 最佳。加酶洗衣粉不宜在高温下、潮湿环境中贮存，也不宜久存。为什么？_ 。(5) 过去使用的合成洗涤剂中常加入三聚磷酸钠(Na 5P3O10) 作助剂，它可使硬度大的洗涤水软化， 对微细的无机粒子或油脂具有分散、乳化、胶溶作用， 防止污渍再次沉积到衣物上；它还能维持水溶液的弱碱性，提高洗涤剂的去污能力和洗涤效果。但是，20 世纪 90 年代以来，世界各国先后提出必须生产和使用无磷洗涤剂。请解释原因_ _ 。3(2012 山东实验中学模拟 ) 硫酸是基础化学工业中重要产品之一，回答下列有关硫酸生产的几个问题：(1) 工业生产硫酸的原料为 _。(2) 催化氧化阶段选择的反应原理是 _ ，该反应为 _反应 ( 填“放热”或“吸热” ) ，反应温度为 400500 ，选择此温度范围的理由是 _ 。(3) 三 氧 化 硫 的 吸 收 阶 段 选 择 吸 收 试 剂 为 浓 硫 酸 ， 为 什 么 不 用 水 ？_ 。4(2012 湖北武汉调研 ) 化学肥料在农业生产中有重要作用。农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥、钾肥。(1) 普钙是磷肥，它的有效成分是 _( 写化学式 ) 。(2) 尿素是一种含氮量较高的氮肥，工业生产尿素是将氨气与二氧化碳在加压、加热的条件下反应生成氨基甲酸铵 (H2 NCOONH4)，再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。 反应的化学方程式为 _ 、 _ 。(3) 农谚说的“粪和灰，肥料飞”指的是粪尿与草木灰搅和在一起会降低肥效。请你说明其中的化学原理：_ _。(4) 某化肥厂用 NH3 制备 NH4NO3，已知由 NH3制 NO的产率是 96%、NO制 HNO3的产率是 92%，则制 HNO3所用去 NH3 的质量占耗用全部 NH3 质量的 _%。(5) 合成氨气是生产氮肥的重要环节。合成氨生产简易流程示意图如下：7从示意图可知其存在循环操作。简要说明为什么在化工生产中经常采用循环操作？8参考答案基础梳理整合一、 1. 硫黄 ( 或黄铁矿 )空气水2 (1)S(s) O2(g)=SO2(g)H 297 kJ mol 14FeS2(s) 11O2(g)=2Fe2 O3(s) 8SO2(g)H 3 412 kJ mol 1223H 196.6 kJ mol 1(2)2SO (g) O(g)2SO(g)(3)SO3(g) H2O(l)=H 2SO4(l)H 130.0 kJ mol 13沸腾炉接触室吸收塔4 (1)400 500 (3) 过量5 (1)SO 2 Ca(OH)2=CaSO3 H2O即时训练 1二、 2.(1)加压降温液化C H2O(g)=CO H2， COH2O(g)=CO2 H2(2) 氨水NHHO H S=NHHSH OK CO 溶液K CO COCO H O=CO H3224223222232H2O=2KHCO3(3) 合成塔冷凝器合成塔3 400500 10 MPa 30 MPa铁即时训练 2即时训练 3四、 1.(1) 氮肥Ca3(PO4) 2 和 Mg3(PO4) 2(2)2NH 3 CO2磷肥钾肥 过磷酸钙Ca(H2PO4) 2H2O 和CaSO4普钙钙镁磷肥草木灰KClK SOKNO尿素 CO(NH )NHNONHHCO243224343加压、加热加热4NH = H NCOONH H2NCOONH=H NCONH H O2442223PtRh，高温5O2 =4NO 6H2O2NOO2=2NO3NO2 H2O=2HNO3 NONH3HNO3=NH4NO32(1) 天然产物无机物有机氯类、 有机磷类、 氨基甲酸酯类拟除虫菊酯类特异性农药高效 低毒低残留乙烯 乙烯利即时训练 4核心归纳突破【例 1】 答案： (1)4FeS高温水洗211O2=2Fe2O3 8SO(2) 除尘2矿尘，砷、硒等化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响(3) 不选 B 点，因为压强越大设备的投资越大，消耗的动能越大；SO2 原料的转化率在0.1 MPa 时的转化率已比较理想，再提高压强，SO 的转化率提高的余地很小，所以采用0.1 MPa 不选择 C点，2因为温度越低， SO2 转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，450 左右时，催化剂的催化效率最高。故选择A 点，不选 C 点(4) 利用反应放出的热量预热原料气体上层反应气经热交换器温度降到 400500 进入下层使反应更加完全【例 2】 答案： (1)3H 2S2Fe (OH)3=Fe2S3 6H2O(2)2.7n(3)B(4) 生产纯碱 ( 或作制冷剂等其他合理答案 )(5)【例3】 答案： (1) 联合制碱法或侯氏制碱法制化肥或焊药等( 其他合理答案均可)(2)NH 3 CO2 H2O NaCl=NH4Cl NaHCO3 或NH3 CO2 H2O=NH4HCO3， NH4HCO3 9NaCl=NaHCO NHCl (3)CO2(4) 循环过滤(5) 稀硝酸和硝酸银溶液(6)a 、 c34演练巩固提升1答案： (1) 液化、分馏与碳反应后除去CO2高温高温C H2O(g)=CO H2CH4 H2O(g) CO 3H2催化剂(2) 合成 ( 氨 ) 塔N2(g) 3H2(g)2NH3(3) 冷却塔 ( 或冷凝器 ) n高温气体由冷却塔的上端进入，冷却水从下端进入，逆向冷却效果好(4)将液氨与未反应的原料气分离(5)13.8C H2答案： (1) SO31225(2)取代反应(3)取 代 ( 水解、皂化 ) 反应(4) 酶发挥催化作用需要适宜的条件 ( 温度、酸碱度等 ) ，酶自身是蛋白质，在不适宜的条件下容易变质 ( 如高温 )(5) 三聚磷酸钠造成水体富营养化，破坏了水体原有的生态平衡，对人类的生存环境造成了很大的危害3答案： (1) 硫黄或黄铁矿(2)2SO 2 O22SO3放热该温度下具有较高的反应速率和转化率(3) 反应放出的热量可在吸收塔内形成酸雾，影响SO3的吸收4答案： (1)Ca(H 2PO4) 2H2O 或 Ca(H2PO4) 2加压、加热(2)2NH 3 CO2= H2NCOONH4H2NCOONH4=H2NCONH2 H2O(3) 粪尿中的尿素在尿酶的作用下腐熟时产生碳酸铵，碳酸钾受潮后产生氢氧化钾，它们相互反应使肥效降低(4)53.1(5) 从原因来讲，许多化学反应是可逆反应，转化率低；从结果来说，循环操作的主要目的在于充分的利用原料、降低成本；从工艺设计来说，循环操作有利于连续化生产、减少工序；从环保角度来说，实现全封闭生产，控制废弃物的排放。10