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,欢迎进入化学课堂,第1讲化学与工农业生产,一、硫酸的工业合成1主要原料：硫黄(或黄铁矿)、空气和98.3%浓硫酸2化学原理与硫酸工业生产流程,3化学原理在化工生产中的应用(1)三个反应条件的确定温度400500：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400500的温度。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，且加压会增大成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产采用常压操作。适当过量的空气：目的是提高SO2的转化率。,(2)逆流原理的应用沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应充分进行；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)热交换原理的应用由于2SO2O22SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，使反应后热的气体预热作为接触室的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。(4)循环操作原理的应用由于2SO2O22SO3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。,4“三废”处理和能量综合利用(1)“三废”处理方法尾气吸收：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2OCaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O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，提炼贵重有色金属。(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)。,【温馨提示】(1)工业上用98.3%的H2SO4吸收SO3，是因为用水吸收会产生酸雾，腐蚀设备。(2)煅烧黄铁矿制得的炉气中含有三种有害杂质：矿尘，砷、硒的化合物等，水蒸气；对应三个净化过程：除尘、水洗和干燥，避免催化剂中毒。,工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为：SO27%，O211%，N282%)：,(1)已知SO2的催化氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？_；(2)在400500时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是_；,(3)选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？_(填“是”或“否”)，是否可以增大该反应所放出的热量？_(填“是”或“否”)；(4)为提高SO3的吸收率，实际生产中用_吸收SO3；(5)已知：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6kJ/mol，计算每生产一万吨98%硫酸所需要的SO3的质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。,【名师解析】可逆反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6kJmol1分析表格中数据：(1)压强相同时，升高温度，SO2的转化率减小，故升温，上述反应的平衡向逆反应方向移动，则正反应方向为放热反应。(2)400500范围内常压下SO2的转化率在97.8%以上，故不需要再采用高压措施。,(3)催化剂只能加快反应速率，提高单位时间内的产量，不能提高SO2的转化率及反应过程中放出的热量。(4)实际生产中，不是用H2O吸收SO3，而是用98%的浓硫酸吸收，可以避免形成酸雾并提高吸收率。(5)一万吨98%的H2SO4溶液中含H2SO4的质量：9.8109gSO3H2SO4H8098196.60.5m(SO3)9.8109gQm(SO3)8.0109g8.0103t，Q9.83109(kJ)。,【答案】(1)压强一定时，温度升高，SO2的转化率下降，说明升温有利于向逆反应方向进行，所以正反应为放热反应(2)增大压强对提高SO2的转化率无显著影响，反而会增加成本(3)否否(4)浓硫酸(5)8.0103t9.83109kJ,【归纳点评】(1)催化剂只能改变可逆反应的化学反应速率，而不会使其平衡发生移动，故不能提高SO2的转化率及反应过程中放出的热量。(2)对于可逆反应，其热化学方程式中的焓变是指可逆反应进行到底的热效应，计算时根据方程式按比例计算即可。,二、人工固氮技术合成氨1主要原料：燃料(煤、天然气、石油)、空气和水2生产原理：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，该反应特点：可逆、放热、体积减小。3原料气的制取(1)N2来源于空气。(2)H2来源于水与碳的产物或碳氢化合物碳与H2O：CH2OCOH2；COH2OCO2H2甲烷与H2O：CH4H2OCO3H2；COH2OCO2H2,4适宜条件的选择(1)理论条件分析,(2)实际生产条件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1.073。压强增大压强1030MPa温度升高温度400500,【温馨提示】(1)电解食盐水也可提供原料气：氢气。(2)选择生产条件时要考虑实际生产中的原料来源、动力、材料、设备等因素，以取得最佳经济效益。,催化剂使用催化剂可加快化学反应速率，但不影响化学平衡采用以铁为主的催化剂。循环操作合成氨转化率较低，要采用循环操作。混合气体通过冷凝器，使氨液化，将氨分离出来，并将没有完全反应的N2和H2经过循环压缩机，再送入合成塔，使其被充分利用。,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)nmolCH4经一次转化后产生CO0.9nmol，产生H2_mol。(用含n的代数式表示)(3)K2CO3(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,(4)由KHCO3分解得到的CO2可以用于_(写出CO2的一种重要用途)。(5)整个流程有三处循环，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)。,【名师解析】(1)流程图中已给出反应物是H2S和Fe(OH)3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4没有参与反应，写出方程式再配平即可。(2)写出此反应的方程式：CH4H2O=CO3H2，就很容易地看出产生H2应为30.9nmol2.7nmol。(3)CO2为气体，加压有利于平衡右移，利用的是勒夏特列原理。(4)此题考查了考生对CO2用途的记忆，写出任一种用途即可。(5)合成氨反应是一可逆反应，H2和N2的转化率低，必须循环利用。,【答案】(1)3H2S2Fe(OH)3=Fe2S36H2O(2)2.7n(3)B(4)生产纯碱(或作制冷剂等，其他合理答案也可以),(5),三、纯碱的生产,比利时人索尔维以NaCl、CO2、H2O为原料生产Na2CO3，叫做索尔维法。其主要步骤是：在NH3饱和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3再将NaHCO3焙烧制得纯碱，CO2循环使用析出小苏打的母液中加入生石灰，NH3循环使用我国著名化学家侯德榜对索尔维法做了改进，用NaCl固体代替生石灰，加入母液中使NH4Cl晶体析出，生产出纯碱和氯化铵，这便是举世闻名的“侯氏制碱法”。试回答：,(1)向母液中通入氨气的作用和目的是_。(2)在NH3饱和的NaCl溶液中通入CO2的化学反应方程式为_。(3)不能在NaCl溶液中通入CO2制取NaHCO3的原因是_。,【名师解析】因为碳酸的酸性比盐酸弱(CO2与NaCl不反应)且CO2的溶解度也小，所以应向饱和氯化钠溶液中首先通入氨气，然后再通入二氧化碳气体，从而产生碳酸氢钠沉淀。侯氏制碱法优点在于可作为化肥的NH4Cl析出，减少无用的CaCl2，保证原料NaCl充分利用，没有废渣，减少污染。,(4)析出小苏打的母液中加入生石灰的反应方程式是_。(5)侯氏制碱法与索尔维法相比其优点是_。,【答案】(1)向母液中通入氨气，利用氨在水中极易溶解的性质，增加溶液吸收CO2的量，最终生成较大浓度的HCO3(2)NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl(3)碳酸的酸性比盐酸弱，CO2与NaCl不反应，CO2的溶解度也小(4)2NH4ClCaOH2O=2NH3H2OCaCl2(5)可作为化肥的NH4Cl析出，减少无用的CaCl2，原料NaCl充分利用，没有废渣，减少污染,四、化肥、农药和表面活性剂1常见化肥(1)农业生产常用肥料：农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和钾肥，目前使用最广的磷肥是过磷酸钙，简称普钙，主要成分是Ca(H2PO4)2H2O和CaSO4；农业上常用的钾肥有草木灰、氯化钾、硫酸钾和硝酸钾等。(2)常见化肥的制造原理：尿素的生产原理是将氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。涉及的反应有：2NH3CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4H2NCONH2H2O；硝酸铵的生产原理是利用氨催化氧化得到的硝酸，再跟氨反应生成硝酸铵。涉及的反应有：4NH35O2催化剂高温4NO6H2O、2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO、NH3HNO3=NH4NO3。,2化肥、农药带来的环境问题及应对措施(1)化肥对土壤和环境造成的不良影响：如在同一块地上长期单施氮肥如硫酸铵，往往造成土壤板结，肥力下降；在酸性土壤中连续施用生理酸性肥料，会使土壤酸性加重，影响作物正常生长；过量施用氮肥还会造成环境污染等。应对措施：合理施用化肥也可以避免土壤结构的破坏和环境的污染。(2)农药对土壤和环境造成的不良影响：一是有毒有害物质对农产品造成污染，造成食品安全问题；二是农药生产对自然环境造成污染，带来了严重的环境问题；三是农药对生物群落的影响广泛而复杂。应对措施：研发环境友好的绿色农药。,3常见杀菌剂和消毒剂(1)农药石硫合剂：石灰和硫黄配制。(2)波尔多液：硫酸铜和石灰配制。(3)含氯化合物666(六氯化苯)和DDT(难代谢，污染环境)。(4)植物生长调节素：例如乙烯可以催熟果实。(5)常用消毒剂：酒精溶液、碘酒、双氧水、高锰酸钾溶液、氯系消毒剂(氯气、漂白粉、二氧化氯)、过氧乙酸溶液等。,4表面活性剂(1)肥皂去污原理：肥皂溶于水时解离出RCOO，RCOO中的COO易溶于水，R易溶于油。生产原理,(2)合成洗涤剂十二烷基苯磺酸钠C12H25SO3Na洗涤剂：主成分是表面活性剂(如十二烷基苯磺酸钠)，还含有助洗剂、杀菌剂等辅助成分。,【温馨提示】肥皂与合成洗涤剂的比较：(1)肥皂不适合在硬水中使用，而合成洗涤剂使用不受限制。(2)合成洗涤剂去污能力更强，并且适合洗衣机使用；合成洗涤剂的原料便宜。(3)制造合成洗涤剂的主要原料是石油裂解产品(烷烃、苯)，而制造肥皂的主要原料是油脂。(4)合成洗涤剂在自然界中不易被细菌分解，大量使用造成了水体污染，尤其含磷洗涤剂造成水体富营养化。,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,
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