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化学与工农业生产,(一)硫酸工业 1.三原料 _,硫黄(或黄铁矿)、空气、水,2.三阶段和三反应 (1)造气：S(s)O2(g)=SO2(g) H297 kJ/mol 4FeS2(s)11O2(g)=2Fe2O3(s)8SO2(g) H3 412 kJ/mol (2)接触氧化：2SO2(g)O2(g)2SO3(g) H196.6 kJ/mol (3)三氧化硫的吸收：SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l) H130.3 kJ/mol,3.三设备 _,沸腾炉、接触室、吸收塔,4.三工艺 (1)热交换；(2)逆流操作；(3)原料的循环利用。 5.“三废”处理和能量综合利用 (1)“三废”处理方法 尾气吸收：_ _ 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。,SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O,CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O,(2)能量的充分利用 硫酸生产中的反应热可用于预热即将参加反应的SO2，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。 6.硫酸厂址的选择 不能在人口密集的居住区，不能在风景旅游区，由于硫酸不便于运输，故硫酸厂址要离消费中心近，还要综合考虑原料地、水源、交通、能源等因素的影响。,(二)合成氨工业 1.反应原理 _ 催化剂：铁触煤、温度400500 压强 1030 MPa 2.基本生产过程 (1)造气 N2,催化剂中毒,NH3H2OH2S=NH4HSH2O,K2CO3CO2H2O=2KHCO3,催化剂中毒,(3)合成,(三)纯碱工业,NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl,(四)化学技术在农业生产中的应用 1.常见化肥的种类、用途和使用注意事项,草木灰,易溶于水,2.农药农作物的保护神 (1)分类,石硫合剂 波尔多液,(2)农药对土壤和环境造成的不良影响 对农产品造成污染，危及食品安全； 对环境造成严重污染，危及人类身体健康和生命安全； 破坏生物链，影响生态平衡等。,3.肥皂的生产 (1)原理 油脂在 下水解生成高级脂肪酸盐(肥皂的主要成分)。 (2)工艺流程,碱性条件,4.合成洗涤剂 (1)表面活性剂 (2)洗涤剂 主要成分是表面活性剂，是能够发挥去污作用的主要物质，还含有助剂、杀菌剂、织物柔顺剂等辅助成分。,5.精细化工产品 (1)精细化学品的种类 医药、农药、染料和颜料、涂料、黏合剂、表面活性剂、催化剂、 食品和饲料添加剂，以及塑料、合成纤维和橡胶用的添加剂等。 (2)精细化学品的生产特点 多品种小批量； 生产流程和设备复杂、综合性和功能性强； 技术密集、附加值高。,化学与资源的开发利用,(一)获取洁净的水 1.水的净化 (1)基本流程,常用的混凝剂： 、 、 、聚合铝等。 常用的消毒剂有： 、 、ClO2、高铁酸盐等。 (2)明矾的净水原理： 明矾在水溶液中发生电离： ， Al3发生水解： ， 氢氧化铝胶粒破坏天然水中的胶体杂质的稳定性，吸附悬浮物而沉降。,明矾 Al2(SO4)3 FeSO4,漂白粉 液氯,2.硬水的软化 (1)硬水和软水： (2)硬度的类型： 暂时硬度由钙、镁的 引起的硬度 永久硬度由钙、镁的 引起的硬度,Ca2、Mg2,Ca2、Mg2,碳酸氢盐,硫酸盐或氯化物,(3)硬水的软化方法,3.污水处理 (1)基本流程：,(2)污水处理常用的化学方法 中和法 酸性废水常用 中和，碱性废水常用 中和。 沉淀法 Hg2、Pb2、Cu2等重金属可用Na2S除去，反应的离子方程式为_、_、_。 氧化还原法 除去油类、氮化物、硫化物等。,熟石灰,H2SO4或CO2,Hg2S2=HgS,Pb2S2=PbS,Cu2S2=CuS,(二)海水的综合利用 1.海水淡化 常用方法为 、电渗析、离子交换法等。 2.海水中食盐的开发利用 (1)海水制盐 以 为主，主要得到NaCl和CaCl2、MgCl2、Na2SO4。另外还有电渗析法和冷冻法。 (2)氯碱工业 反应原理：_。,蒸馏,蒸发法,设备： 。(阳)离子交换膜只允许Na通过。 产品：阳极室：氯气，补充饱和食盐水流出淡盐水。阴极室：氢气和NaOH，补充纯水(加入一定量NaOH)流出NaOH溶液。,离子交换膜电解槽,3.从海水中提取溴单质 (1)工艺流程 (2)反应原理(完成流程图中带标号的化学方程式) _ _ _ _,Cl22NaBr=2NaClBr2,3Br23Na2CO3=5NaBrNaBrO33CO2 5NaBrNaBrO33H2SO4=3Br23Na2SO43H2O SO2Br22H2O=H2SO42HBr,4.从海水中提取镁单质 (1)工艺流程 (2)主要化学反应 制备石灰乳：_ _。,CaOH2O=Ca(OH)2,CaCO3CaOCO2,(三)煤、石油、天然气的综合利用 1.煤的综合利用,隔绝空气,焦炭 煤焦油,可燃性气体,液体燃料,汽油 甲醇,2.石油的炼制,物理 变化,化学 变化,化学 变化,汽油、煤油、柴油,乙烯,3.天然气的综合利用 (1)作清洁燃料。 (2)为合成氨提供原料气氢气： _； _ _。,(3)为有机化工提供重要原料甲醇： 4.煤化工和天然气化工的发展一碳化学 一碳化学是指以分子中只含 的化合物(如_、_、_等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。,一个碳原子,CO,CH4,CH4O,化学与材料制造,(一)无机非金属材料 1.传统无机非金属(硅酸盐)材料,石灰石、纯碱、石英砂,Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,黏土、石灰石,水硬性,2.新型无机非金属材料 (1)新型陶瓷,(2)单晶硅,(3)碳单质,(二)金属材料 1.钢铁的冶炼 (1)工业炼铁 主要原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气。 主要设备：高炉(如图),(2)工业炼钢 炼钢原理 炼钢就是在高温下用氧化剂将生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去。在炼钢的过程中要发生多而复杂的氧化还原反应。例如：,炼钢的主要设备 炼钢的主要设备是转炉。 炼钢的主要原料 炼钢的主要原料是 、 、 和合金元素。 (3)实际生产中的作用 实际生产中，控制氧及各种元素含量是炼钢中的一项关键技术，用计算机控制过程，实现根据样品中碳等元素的含量及钢水的温度等数据，及时调节氧气的供应量，准确添加必要的元素，使炼出的钢水达到设计要求。,生铁 氧气 生石灰,2.铝的冶炼 (1)原料： (主要成分为Al2O3)。 (2)生产过程 提纯Al2O3 化学方程式：_、 _、 _ 电解Al2O3 化学方程式：_。 加入冰晶石及少量氟化钙的目的是 。,铝土矿,Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O,NaAlO2CO22H2O=Al(OH)3NaHCO3,降低Al2O3的熔化温度,3.金属的腐蚀及防止 (1)金属腐蚀的类型 化学腐蚀：金属材料跟其表面接触到的物质(如O2、Cl2等) _而引起的腐蚀。 电化学腐蚀：不同金属或 金属跟 接触时，发生 反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化引起的腐蚀。,直接发生化学反应,不纯,电解质溶液,原电池,(2)金属腐蚀的防止和利用 金属腐蚀的防护方法 金属腐蚀的利用 金属的化学蚀刻、印刷电路的腐蚀、电子元件与集成电路的精细加工都是利用了金属腐蚀的原理。,(三)高分子化合物与材料 1.高分子化合物的分类,2.新型高分子材料 (1)功能高分子材料 具有某种特定功能的高分子材料，常见的有导电塑料(如聚乙炔)、离子交换树脂或交换膜、高分子医药材料、人造器官、高分子吸水材料、导电高分子化合物等。,(2)复合材料 常见的复合材料： 、 等。 3.废旧高分子材料的回收利用 (1)再生和改性； (2)生物降解和热裂解生成小分子化工原料； (3)焚烧利用热能。,玻璃钢,碳纤维复合材料,黏结,增强,要点一 关系式法巧解化工生产中多步连续反应计算题,1.建立关系式的常用方法 (1)元素守恒法 理论上，原料中的某种核心元素全部进入产品中，因此依据守恒原理可以得出相应的关系式，如： 硫铁矿制硫酸：FeS2(2SO22SO3)2H2SO4 硫黄制硫酸：S(SO2SO3)H2SO4 氨氧化法制硝酸：NH3(NONO2)HNO3 磁铁矿炼铁：Fe3O43Fe,【典例示范1】 某硫酸厂用接触法制硫酸的生产过程中，在煅烧黄铁矿时损失硫5%(质量分数)；在SO2的催化氧化时有92%的二氧化硫转化为三氧化硫；在吸收塔中损失SO3为0.6%(质量分数)。现有含FeS295%的黄铁矿(杂质不含硫元素)100 t，问可制得98%的浓硫酸多少吨？ 解析 设可制得98%的浓H2SO4的质量为x，则： FeS2 2H2SO4 120 298 100 t95%(10.6%)92%(15%) x98% 列关系式，解得x137.55 t。 答案 137.55 t。,【借题发挥】 在关系式中，对反应物而言，列出的是实际有效转化的反应物的质量，所以，原料中有效成分的含量(纯度)、反应物的转化率(利用率)、原料损失率、产率等均应计入反应物的损失(与原料质量相乘列在反应物下面)；对生成物而言，列出的是产物的质量，所以要将产品的质量乘以其溶质质量分数或纯度列于生成物下面。化合物的损失率等于该化合物中任一元素的损失率，如FeS2的损失率等于S或Fe的损失率。,要点二 水的净化和软化,1.水的净化、消毒和软化的区别,2.硬水的软化方法 (1)加热法(适用于降低水的暂时硬度) 具有暂时硬度的水，经加热煮沸可使其软化，使其碳酸氢盐转化为碳酸盐，其中煮沸时形成的碳酸镁在继续受热的情况下转化为更难熔的Mg(OH)2。其反应原理表示为：,(2)药剂法(适用于降低水的暂时硬度和永久硬度) 把生石灰、纯碱等试剂加入硬水中，与硬水中的Ca2、Mg2反应形成沉淀，分离。其反应原理表示为： Ca(HCO3)2Ca(OH)2=2CaCO32H2O Mg(HCO3)22Ca(OH)2=2CaCO32H2OMg(OH)2 MgSO4Ca(OH)2=Mg(OH)2CaSO4 Ca2CO=CaCO3,(3)离子交换法(适用于降低水的暂时硬度和永久硬度) 离子交换法是使离子交换树脂上的离子与水中的离子进行交换，以除去水中的阴、阳离子的方法。如阳离子交换树脂(用HR表示，其中R代表离子交换树脂中的碳氢基团，常为烃基，H则为交换基团)和水中的金属离子Mn(如Na、Ca2、Mg2)交换，发生的反应表示为nHRMnMRnnH；阴离子交换树脂(ROH)含有的交换基团则是OH，它会与水中阴离子Ym(如SO、Cl、HCO等)交换，发生的反应可表示mROHYmRmYmOH。在离子交换反应中，水中的阳离子、阴离子被转移到了树脂上，交换出的H或OH转入水中。,【典例示范2】 (2015湖南十三校联考，节选)以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答有关问题： (1)有毒物质的无害化也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，还可将废水中少量的S2、NO和CN等有毒有害的还原性酸根离子氧化去除。 请写出用ClO2将废水中剧毒的CN氧化成无毒气体的离子方程式_， 并说明该方法的优点是_。,(2)下图为某饮用水厂从天然水制备纯净水(去离子水)的工艺流程示意图： 活性炭的作用是_；O3消毒的优点是_。 A、B中放置的物质名称分别是：A_，B_。,解析 (1)根据电荷守恒、电子守恒、元素守恒可配平。 (2)活性炭能吸附水中某些有毒或有异味的分子，O3消毒不引入新杂质，A、B应为离子交换树脂，其中阴离子交换树脂不能在前，因为离子交换过程中产生的OH与Ca2、Mg2离子形成不溶性物质而造成堵塞。 答案 (1)2ClO22CN=2CO2N22Cl 产生了无毒的CO2、N2 (2)吸附水中的有机物(或去除水中的异味) 反应产物无毒无害 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂,【借题发挥】 (1)水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，不是CaCO3和MgCO3，原因是Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3的溶解度，加热煮沸和石灰纯碱法除去Mg2时都转化为硬难溶的Mg(OH)2。 (2)石灰纯碱法软化后的硬水，仍然会有一定的硬度，原因是生成的钙镁化合物仍然有一定的溶解度。 (3)鉴别硬水和软水可利用肥皂水，加肥皂水时硬水会产生较多的沉淀，软水会产生较多的泡沫。 (4)离子交换树脂不只有阳离子交换树脂，也有阴离子交树树脂。,要点三 合成高分子化合物的主要化学反应,【典例示范3】 (2015四川雅安高三诊断)PHB塑料是一种在微生物的作用下可降解的环保型塑料，其结构简式为 。下列有关PHB说法错误的是( ) A.PHB是一种聚酯 B.PHB的单体是CH3CH2CH(OH)COOH C.PHB的降解产物可能有CO2和H2O D.PHB可通过加聚反应制得 解析 PHB是由CH3CH2CH(OH)COOH发生分子间缩聚反应形成的一种聚酯，只含有碳、氢、氧三种元素，降解产物可能有CO2和H2O。 答案 D,【借题发挥】 (1)由加聚聚合物推单体的方法 单体：CH2=CH2，边键沿箭头指向汇合，箭头相遇成新键，箭尾相遇按虚线部分断键成单键， 。 凡链节主链只有碳原子，并存在碳碳双键结构的高聚物，按规律“见双键，四个C；无双键、两个C”画线断开，然后将半键闭合，即单双键互换。,(2)由缩聚聚合物推单体的方法 在寻找单体时，先看它的链节结构，分析它是通过哪一类有机化学反应缩合的；然后根据缩合反应中断键和成键的特点，逆向分析寻找单体。 缩聚物单体的推断方法常用“切割法”，如图所示：,
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