化学工业相关知识梳理

2014化学工业相关知识总复习【复习指导】新教材加大了化工生产内容的比重。旨在引导学生关心社会、 关心生活、理论联系实际,在传授化工知识的同时，渗透了绿色化学的观点，环保意识、化工生产的基本观点。主要考点：合成氨、三酸二碱和炼钢炼铁所用的原料、化学反应、适宜条件、生产流程、主要设备、尾气的吸收与处理，综合经济效益评价等。复习思路整理: 化工生产=化学反应原理+化学实验+化工技元素化合物知识、化学平衡原料：是否再生 价格过程：循环利用反应速率转化率能源：利用率 节约能源环保：废气废水的处理1 .系统掌握典型物质的工业制法，举一反三，并能够从多角度分析讨论化工生产的综合经济效益，将理论知识转化为实际应用。2 .根据外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律，综合考虑化工生产的适宜条件的选择。既要注意外界条件对二者影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性；既要注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制；既要注意理论生产，又要注意实际可能性。(1)对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率。故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如氮气与氢气的配比为1.07 : 3。(2)对气体分子数减少的反应，增大总压使平衡向增大生成物的的方向移动。但压强太大，动力消耗，设备要求、成本增高，故必须综合考虑。(3)对放热反应，升温，提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，故需使用适当的催化剂。对吸热反应，升温，加快反应速率，又能提高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解。(4)使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必须注意其活性温度范围，且防止催化剂“中毒”，延长使用寿命。合成氨适宜条件：500C、铁触媒、2X1075X107、循环操作。合成氨的根据以上原则，结合合成氨反应的特点即正反应是体积缩小的放热反应分析可知,适宜条彳是：500C、铁触媒、2X1075X107 Pa （2050MPa）,循环操作等。工业上将二 氧化硫氧化成三氧化硫的适宜条件是400c500C、催化剂（V2O5）,使用过量的空气等。乙醇和乙酸发生酯化反应时，酯化极限为2/3,而常温下达到这个极限（即达到平衡）需要16年，如果温度升到150 C,缩短到只要几天就达到平衡。如果加入适量浓硫酸作催化剂，12小时即可达到平衡，但反应进行的程度仍为2/3。实际生产中，可采取两种措施提高这个极限，第一是适当加大廉价原料乙醇的用量，第二是生产过程中利用乙酸乙酯的易挥发性，不断地把生成的乙酸乙酯从反应混合物中分离出去。同时采取这两种措施能又快又多地生产出乙酸乙酯。【知识框架】（主要原料空气、燃料（煤、石油、天然气）、水rH2O(K)-FC =合成氨工业4反应原理J H2O(g)H-CO高温高压催化剂主要设备氨合成塔生产过程，原料气制备f净化f压缩f合成一分离，主要原料；空气、黄铁矿或硫磺、水化学工业高温4FcS? + 110? -2F/O3 + 8SO?|主要设备：沸腾炉，接触室，吸收塔生产过程与0匕的制备-净化气化成SO%-吸收主要原料：饱和食盐水电解氮被工业V反应原理：2NaCl+2H式）-TNaOH + CI +H主要设备：离子交换膜电解槽生产过程，粗盐水f精制f电解硅酸盐工业（水泥、玻璃、陶影）【学案一】三酸二碱工业生产1、硫酸工业制法（接触法制硫酸）：燃烧硫或金属硫化物等原料来制取二氧化硫，使二 氧化硫在适当的温度和催化剂的作用下氧化成三氧化硫，再使三氧化硫跟水化合生成硫酸。由于二氧化硫跟氧气是在催化剂的表面接触时才起反应的，所以称为接触法制硫酸。反应原理用化口）（b）图6 3僦嬖工业制法部分设备示意图沸腾炉示意图：6）接触室示意图沸腾炉 接触室 吸收塔关于硫酸工业综合经济效益的讨论（1）环境保护与原料的综合利用。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。硫酸厂的“三废”处理方法是：尾气吸收（氨吸收法）SO2+2NH 3+H2Of ( NH4)2SO3(NH4) 2SO3+H2SO4f (NH4) 2SO4+SO2+H2O废水处理(石灰乳中和法)Ca (OH) 2+H2SO4-CaSO4+2H2O废渣利用，制砖或制造水泥(2)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)。(3)厂址选择和生产规模。化工厂厂址的选择，涉及原料、水源、能源、土地供应，市场需求、交通运输和环境保护等因素，应对这些因素综合考虑， 作出合理的抉择。由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此硫酸厂应建在靠近硫酸消费中心的地区，应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区。工厂规模大小，主要由硫酸用量的多少来决定。2、盐酸工业制法的反应原理：氢气在氯气中燃烧可以生成氯化氢，氯化氢被水吸收即成盐 酸。用化学方程式表示。图6. 4裁化氢合成塔示意图3、硝酸的工业制法的反应原理工业上用氨接触氧化法制硝酸。将氨净化后，与空气以一定比例混合，用钳、铐合金作 催化剂，在800 c高温下，氨跟氧气反应生成一氧化氮和水蒸气，一氧化氮经过冷却，再被空气中的氧气氧化成二氧化氮，二氧化氮再被水吸收，得到硝酸。反应原理用化学方程式表示如下：+ 5O3 F.t4N0 +6H 22NO+O 2f 2NO23NO2+H2。f2HNO3+NO T稀谑接触氧化器冷水蒸气余热耨炉冷水吸收塔贰K到第二个 吸收塔心水冷却器硝隈*1空气冷凝液牖硝酸)E6 5硝酸工业制法流程图工业上用氨氧化法制硝酸(NH3-NOfNO2-HNO3),硝酸吸收氨气得硝酸俊， 则在理论上两者消耗氨气的最佳比例是 【答案】1: 14、氯碱工业制法：电解饱和食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气，电解过程中，阳极产生氯气，阴极有氢气放出，在阴极附近形成了氢氧化钠溶液。电解饱和食盐水的总的化学方程式表不如下： 。(1)观察电解饱和食盐水的实验现象，解释产生这些现象的原理?电和黄拉 木直斡用4-7(2)离子交换膜法制烧碱图4-8 商子交换膜法电解原理示意图此法中，原料的精制大致流程为： ,相 应的化学方程式分别为：。5、纯碱工业制法：氨碱法（索尔维法）和联合制碱法（侯德榜制碱法）。纯碱是一种基本化工原料，用于玻璃、搪瓷、炼钢、炼铝及其他有色金属的冶炼，也用于制皂、造纸、纺织和 漂染工业。共同点：1）反应原理有哪些？将饱和的食盐溶液在冷却后通入足量的氨，然后在加压条件下通入二 氧化碳，即有下列反应发生：NH 3+CO 2+H2。- NH4HCO3NH4HCO3+NaClfNaHCO3 J +NH4CI将析出的碳酸氢钠晶体锻烧，分解得到碳酸钠。2NaHCO3 Na2C03 + C03 t +H202）用什么方法来制取碳酸氢钠呢？碳酸氢钠的溶解度较小，当溶液中含有较大浓度的Na+和HCO3的时候，就会有碳酸氢钠的晶体析出。（注：20c时，下列物质的溶解度 S/（g/100g水）NaCl 35.9Na2CO321.5NaHCO39.6NH4HCO3 21.7不同点1）氨碱法原料：食盐和石灰石。2）反应产物的综合处理：氯化钱溶液加消石灰可回收氨，以便循环使用。2NH 4Cl+Ca（OH） 2-2NH 3 T +CaCl2+2H2O上述反应中所用的消石灰和二氧化碳可用煨烧石灰石制取。CaCO3 ）CaO + CO2 t CaO+bO-Ca（OH）2总结：氨碱法的优点是：原料（食盐和石灰石）便宜，成品的纯度高，副产品氨和部分二氧化碳 都可以循环使用，制造步骤简单，适合大规模生产。氨碱法也有缺点：生成了目前还没有多大用途的氯化钙（CaCl2）。其次，氨碱法中的另一缺点是食盐的利用率低，只有70%,其余30%都随着氯化钙溶液被抛弃了，这是一个很大的损失。【思考】如图所示，如何从含有氯化镂和氯化钠的母液中提取氯化钱？40320(看 OOIAMS102030t/P图6, 8 HH4cl和的溶解度曲线3）侯德榜制碱法：氨、二氧化碳都直接由合成氨厂供应的。合成氨所需要的原料氢气可以从水煤气制取。c+h2o （气）co+h2 。0+比。（气）催:剂）双十%总结:由于母液的循环侯德榜制碱法的优点：母液里存在氯化俊，冷却结晶出来，制成氮肥。使用，大大地提高了食盐的利用率，应用同量的食盐，能比氨碱法生产出更多量的纯碱。此 外，在操作上，在工厂设备上，也都比氨碱法简单。大规模联合生产的优越性，不仅在生产 上便于管理，而且降低了产品一一纯碱和氮肥的成本。7.合成氨工业：氨气与氢气在铁触媒作催化剂作用化合生成氨。冷鬃器氨分离器循环压缩机液氨根据合成氨反应的特点, 成氨的适宜的条件。结合化学反应速率和化学平衡的原理填写下列表格.并选择工业合1 条件对速率的影响平衡移动方向N%含融升高温度加快速W向左移动降低增大压强加快速率向右移动升充使用催化剂 加快速率无影响无影响6. 炼铁和炼钢：炉渣、尾气的回收处理：炉渣：制水泥、渣砖等的原料；含磷较多的炼钢炉渣加工成磷肥尾气：Fe2O3尘粒回收炼钢；CO作气体燃料yUMrr3石油气【基础训练】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，总体来说氨的产率很高C.合成氨反应温度控制在 500 c左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨采用的压强是 2X 107 Pa5X 107 Pa,因为该压强下铁触媒的活性最大【答案】B2. （2003年上海，15）在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是A.使用吸收塔设备B.使用尾气吸收装置C.使用H2作原料D,使用催化剂_ hf r l ._催化剂【解析】 N2+3H2- 2NH3 4NH3+5O2 一 4NO+6H 2。2SO2+O2催化剂2 2SO3故D正确。A: NH3生产中不使用吸收塔。 B： NH3生产不用尾气吸收装置。 C: H2SO4的工 业生产中不使用 也作原料。【答案】D3.工业上用接触法制硫酸时，从沸腾炉中导出的炉气，要经过净化的理由是A.为了减少对大气的污染B.防止催化剂中毒C.炉气中含有一些其他有用成分，以便综合利用D.为了制得更纯的硫酸【答案】B4.在硫酸工业生产过程中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室，按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体主要为催化剂 热交换器f I催化剂、A. SO2B. SO3、O2C. SO2、O2D. SO2、SO3【解析】 此题考查了工业生产 H2SO4的重要设备之一一一接触室中气体的流向。SO2、。2进入热交换器的管外时，虽具备合成温度，但无V2O5催化，不会生成SO3,只有SO2、。2。【答案】C5.绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总 质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是A. CHlCH+ CHj-COH - oCH,-CHj +CH.COOH ZoK CH； = CH. + Ci: + Ca (OH )z CH力一CH?十CaCl+ H式) /OC 2cH口 CHf+():催比可* ZCHlCHe /o催化剂D. 3CH.CH2 -CHlCH十I | /OH OH。HOCH? CH工一O-CH CH?-OH +2H 苦卤Mg2，HL等)*3、NaOH(1)电解饱和食盐水常用离子膜电解槽和隔膜电解槽，离子膜和隔膜均允许通过的分 子或离子是 。电解槽中的阳极材料为 。(2)本工艺流程中先后制得 Br2、CaSO4和Mg(OH)2 ,能否按Br2、Mg(OH)2、CaSO4 顺序制备？原因是。(3)澳单质在四氧化碳中的溶解度比在水中大得多，四氧化碳与水不互溶，固可用于萃取澳，但在上述工艺中却不用四氧化碳，原因是 答案：(1)阳离子(或Na+)钛(或石墨)(2)否。如果先沉淀 Mg(OH)2 ,则沉淀中会夹杂有 CaSO4沉淀，产品不纯。(3)四氯化碳萃取法工艺复杂、设备投资大；经济效益低、环境污染严重。【综合练习1】(05上海26)我国化学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：食盐水偎取副产品)(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物质的分子式 。(4)使原料氯化钠白利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了 (填上述流程中的编号)的循环。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 NH4CI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NH4CI纯度2、根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱NaCO的主要步骤是：将配制好的饱和 NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30c35C,搅拌下分批加入研细的NHHCO固体，加料完毕后，继续保温 30分钟，静置、过滤得 NaHC端体。用少量蒸储水洗 涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧 2小时，制得NaCO固体。四种盐在不同温度下的溶解度(g / 100 g 水)表盐忻解二0C10C20 c30 c40 c50 c60 c100 cNaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO11.915.821.027.0一一一一NaHCO6.98.19.611.112.714.516.4一NH4C129.433.337.241.445.850.455.377.335c NHHCg有分解请回答：(1)反应温度控制在30 c35 C,是因为若高于 35 C,则, 若低于30 C,则；为控制此温度范围，采取的加热方法 为。(2)加料完毕后，继续保温30分钟，目的是 。静置 后只析出NaHCO晶体的原因是。用蒸储水洗 涤NaHCO!体的目的是除去 杂质(以化学式表示)。(3)过滤所得的母液中含有 (以化学式表示)，需加 入,并作进一步处理，使 NaCl溶液循环使用，同时可回收NHCl。3.107年山东理综试测题(样卷)】某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO*与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH 4)2SO4的工艺流程：滤液副产品提取产品(NH4)2SOJ请回答以下问题：(1)合成氨反应的化学方程式是 ,该反应在(填设备名)中发生。沉淀池中发生的主要反应方程式是 该反应能够发生的原因是 。(2)在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是 可以循环使用的X是。(3)该生产过程中的副产品是 。从绿色化学和资源综合利用的角度说明上述流 程的主要优点是;从物质的性质 和工业生产实际的角度考虑该流程的主要缺陷是 。4 .下面是合成氨的简要流程示意图：源(河流)和铁路干线，周围是盛产小麦、(1)沿x路线回去的物质是A. N2和 H2 B.催化剂 C. NH3 D. H2(2)工业合成氨中常采用 500c的温度条件，其原因是 5 .内地某大型铁矿附近有炼焦煤、石灰石、黏土矿和丰富的地下水资源。该地区接近水资棉花的农业地区。根据上述信息，完成下列填空:(1)随着大型铁矿的开发，该地将建立焦化厂、钢铁厂、发电厂和水泥厂。请把这4个工厂的名称填入图的工业联系图空白框内。(2)该地的主导工业部门是 工业。(3)下面4种工厂中，在该地建厂条件较好并与主导工业联系密切的是A.重型机械厂 B.精密仪表厂C.造船厂 D.纯碱厂(4)从当地农业需要和综合利用资源方面考虑，该地还将建立氮肥厂，其原料供应的有利条件是。2 个）：_(5)为了充分利用当地资源，该地还可能建立的轻工业厂有(说出(6)写出以焦炭、磁铁矿为主要原料冶炼生铁的化学方程式：,。6.氯碱厂电解饱和食盐水溶液制取NaOH的工艺流程示意图如下:粗盐 JLO NaOH NazCOs Cl HE式上泊以 脱盐溶质的质量分数约为5Q微 NK)诋容液依据上图，完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上发生反应的化学方程式为 ,与电 源负极相连的电极附近，溶液的pH。(选填不变、升高或降低)。(2)工业食盐含 Ca2+、Mg2+等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为 。2 _2 _(3)如果粗盐中SO 4含量较高，必须添加银试剂除去SO4 ,该钢试剂可以是。(选填A、B或C)A. Ba (OH) 2 B. Ba (NO3)2 C. BaCl2(4)为了有效地除去 Ca2+、Mg2+、SO4,加入试剂的合理顺序为 ，(选 填A、B或C)A.先加入NaOH ,后加入Na2CO3,再加入钢试剂B.先加入NaOH,后加入钢试剂，再加入 Na2CO3C.先加入钢试剂，后加入 NaOH,再加入Na2CO3(5)脱盐工序中利用 NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过 、冷却、 (填写操作名称)除去 NaClo(6)用隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止C12和NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水，C12和NaOH充分接触，产物仅是 NaClO和H2,相应的化学方程式为。7.利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下:空气c。、比(紧接下行左端)I- Fe? Sj H? 0 - O9Fe(OH)31CO62.5%1mol2y 62.5% =1mol y=0.8mol 5y=4mol2ZnS + 3O2 =2ZnO + 2SO2n2mol1mol1mol0.5mol4x/(5x-0.5)=82.5%x=3.3mol 5x=16.5mol5x+5y=4+16.5=20.5mol空气体积：20.5 22.4 = 459.2L