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选修2化学与技术选修2化学与技术选修2化学与技术选修2化学与技术第一讲化学与工农业生产选修2化学与技术选修2化学与技术[考纲展示]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，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。3.了解精细化工产品的生产特点及在社会发展中的作用。4.了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。选修2化学与技术考点一硫酸的工业生产考点二工业合成氨反应条件的选择考点三纯碱的生产选修2化学与技术考点一硫酸的工业生产一、生产流程及原理选修2化学与技术二、“三废”处理和能量充分利用1．“三废”的处理方法(1)尾气吸收：_____________________________，(填化学方程式，下同)________________________________________。(2)废水处理根据杂质性质的不同,采用不同的化学方法,如___________、__________________。(3)废渣利用：制砖或制造水泥，提炼贵重有色金属。SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2OCaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O酸碱中和法重金属离子沉淀法选修2化学与技术2．能量的充分利用硫酸生产中产生的热量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)。选修2化学与技术三、化学原理在硫酸工业生产中的应用及相关计算1．化学反应速率和化学平衡原理(1)增大化学反应速率的措施①升高温度。②使用催化剂。③在沸腾炉中燃烧燃料时，将原料粉碎，增大与空气的接触面积。(2)反应条件的选择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400～500℃的温度。选修2化学与技术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，且加压会增大成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产中采用常压操作。③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，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应进行彻底充分；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。选修2化学与技术3．热交换原理由于2SO2＋O2催化剂△2SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，用反应放出的热量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．循环操作原理由于2SO2＋O2催化剂△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。选修2化学与技术5．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。(2)常见量的计算公式①矿物的纯度＝纯矿物的质量矿物的总质量×100%。②原料利用率＝消耗原料的质量原料的总质量×100%。③原料转化率＝原料利用率＝1－原料损失率。④产率＝实际产量理论产量×100%。⑤多步反应的总转化率＝各步反应转化率的乘积。选修2化学与技术【特别提醒】(1)吸收SO3不用水或稀硫酸，而是用98%的H2SO4，是因为用水或稀硫酸吸收SO3会产生酸雾，影响吸收。(2)煅烧黄铁矿制得的炉气需进行净化处理，主要是避免催化剂中毒、防止腐蚀设备等。(3)在生产硫酸的工业生产中，要综合考虑原料来源、动力、设备、环境污染等因素，控制适宜的反应条件，以取得最佳经济效益。选修2化学与技术1．(教材改编)以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：选修2化学与技术请回答下列问题：(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，对SO2催化氧化的影响是________________________________________________________________________。4FeS2＋11O2=====高温2Fe2O3＋8SO2除尘水洗矿尘，砷、硒等元素的化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响选修2化学与技术(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____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________、________________________________________________________________________________________________________________________。不选B点，是因为压强大对设备的投资大，消耗的动能大，同温度下SO2原料的转化率在0.1MPa已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用0.1Mpa不选择C点，是因为温度低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，反应速率低，450℃时，催化剂的催化效率最高选修2化学与技术(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。利用反应放出的热量预热原料气，上层反应气经热交换器温度降到400～500℃进入下层使反应更加完全选修2化学与技术解析：SO2在催化氧化过程中，炉气中含有的砷、硒化合物等杂质和矿尘，都会使催化剂中毒，失去催化能力，因而需要除尘、水洗；水蒸气对设备和生产有不良影响，故需干燥。B点的转化率虽高，但压强高于常压，加压必须增加设备的性能，增大投资和能量消耗，另外，常压下转化率已经达到97%左右，转化率已经很高，加压，对平衡转化率的影响不大，故不选择B点。C点的转化率虽高，但C点的温度低，此时催化剂的活性不是最大，反应速率低，故选择催化剂的活性最大的A点温度。选修2化学与技术2．(2015·宁夏银川模拟)在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是()A．黄铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的黄铁矿不能燃烧B．SO3用98%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便SO3吸收完全C．SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率D．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应B选修2化学与技术解析：本题考查化工生产中的技术处理问题。可从化学反应速率、化学平衡移动及实际生产三个方面考虑各种操作条件的原因。矿石粉碎是为了提高反应速率，并不是因为大块的黄铁矿不能燃烧；用浓硫酸吸收SO3是为了防止水与其形成酸雾；使用催化剂可以提高反应速率，但不能提高SO2的转化率；从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中的杂质会使催化剂中毒。选修2化学与技术3．(2015·辽宁大连高三双基考)硫酸工厂排放的尾气中，含少量的二氧化硫。为防止污染大气，在排放前必须进行尾气处理并设法进行综合利用。(1)硫酸工厂排放尾气中的SO2通常用足量石灰水吸收，然后再用稀硫酸处理。①写出上述过程的化学反应方程式：__________________________________________________________________________________________________。②请写出这种尾气处理方法的优点(写出两点即可)：________________________________________________________________________________________________________。SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O、CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O原料生石灰、硫酸价格便宜且容易获得；可得到石膏副产品；产生的SO2含量较高可循环作为原料(任选两点)选修2化学与技术③若某硫酸厂每天排放的1万立方米(标准状况)尾气中含0.2%(体积百分数)的SO2，通过上述方法处理，理论上需生石灰________kg。(2)近闻美国和日本正在研究用Na2SO3吸收法作为治理SO2污染的一种新方法，该方法为第一步是用Na2SO3水溶液吸收SO2，第二步是加热吸收溶液，可得到含高浓度SO2的水蒸气副产品。这种尾气处理方法与(1)相比的优点是________________________50Na2SO3可循环使用选修2化学与技术(3)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫，将所得的Na2SO3溶液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法；其中阴阳膜组合循环再生机理如图，a、b离子交换膜将电解槽分为三个区域，电极材料为石墨。选修2化学与技术①图中a表示________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。A～E分别代表生产中的原料或产品，其中C为硫酸，则A表示____________，E表示________。②阳极的电极反应式为_________________________________________。阳NaOH溶液H2SO2－3－2e－＋H2O===2H＋＋SO2－4选修2化学与技术解析：(1)分析其中的化学反应即可解答①②，③中列出关系式：SO2～CaO1mol1mol1×107L×0.2%22.4L·mol－1x可求得x＝2×10422.4mol，m(CaO)＝2×10422.4mol×56g·mol－1×10－3kg·g－1＝50kg。选修2化学与技术(2)分析过程中的化学反应，Na2SO3＋H2O＋SO2===2NaHSO3，2NaHSO3=====△Na2SO3＋H2O＋SO2↑，比较(1)、(2)中的化学反应，发现(2)中Na2SO3实际上没有消耗，可循环使用。(3)根据电解规律，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，促进了水的电离，该极附近溶液碱性增强，生成NaOH，A为NaOH溶液，E为H2，a为阳离子交换膜；阳极发生氧化反应，且生成物为H2SO4，则阳极反应式为SO2－3＋H2O－2e－===2H＋＋SO2－4。选修2化学与技术考点二工业合成氨反应条件的选择一、温度在合成氨的工业生产中，要综合考虑原料来源、动力、设备等因素，控制适宜的反应条件，以取得最佳经济效益。增大逆反应选修2化学与技术三、催化剂________反应速率但_______影响平衡，提高单位时间氨的产量，目前工业上以铁触媒为催化剂。二、压强加快不增大正反应选修2化学与技术四、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_______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。【特别提醒】(1)使用催化剂不影响氨的产率，但能提高单位时间内氨的产量。催化剂对反应有选择性，容易误认为一定的催化剂对所有反应都有催化作用。(2)温度的选择，要兼顾三个方面：反应速率、氨的产率、催化剂活性。(3)易误认为压强不能过大的原因是考虑反应速率或氨的产率，实际上是从生产成本上考虑的。氨选修2化学与技术1．(2014·高考天津卷节选)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1一种工业合成氨的简易流程图如下：选修2化学与技