高中化学选修2-【化学与技术】知识点总结_2014高考)

1高中化学选修2-【化学与技术】知识点总结（2014年）第一章化学与工农业生产一．学习目标1、化工生产过程中的基本问题。2、工业制硫酸的生产原理。平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用。3、合成氨的反应原理。合成氨生产的适宜条件。4、氨碱法的生产原理。复杂盐溶液中固体物质的结晶、分离和提纯。二．知识归纳工业制硫酸1．原料：主要有硫铁矿、（或者硫磺）、空气、有色金属冶炼的烟气、石膏等。2．生产流程(1)SO2的制取(设备：沸腾炉)①原料为硫黄：S＋O2=====点燃SO2，②原料为硫铁矿：4FeS＋11O2=====高温8SO2＋2Fe2O3。(2)SO2的催化氧化(设备：接触室)：2SO2+O2催化剂2SO3(3)SO3的吸收(设备：吸收塔)：SO3＋H2O===H2SO4。注意：工业上用98％的浓硫酸吸收SO3，这样可避免形成酸雾并提高吸收效率。3．三废的利用(1)尾气吸收废气中的SO2用氨水吸收，生成的(NH4)2SO4作化肥，SO2循环使用。SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3或SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O或2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2SO2↑＋2H2O(2)污水处理废水可用Ca(OH)2中和，发生反应为SO2＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋H2O。(3)废渣的处理作水泥或用于建筑材料；回收有色金属等综合利用。4.反应条件：2SO2+O2催化剂2SO3放热可逆反应（低温、高压会提升转化率）转化率、控制条件的成本、实际可能性。即选：400℃～500℃，常压，五氧化二钒（V2O5）作催化剂。5．以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：人工固氮技术——合成氨1．反应原理N2+3H2催化剂高温高压2NH3ΔH＜02反应特点：(1)该反应为可逆反应。(2)正反应为气体体积减小的反应。(3)正反应为放热反应。2．条件的选择结合反应的三个特点及实际生产中的动力，材料设备，成本等因素，得出合成氨的适宜条件是：(1)压强：20MPa～50MPa；(2)温度：500℃；(3)催化剂：铁触媒；(4)循环操作：反应混合气通过冷凝器，使氨液化并分离出来，N2、H2再通过循环压缩机送入合成塔。3．生产流程(1)造气①N2：可用分离液态空气获得。②H2：a.利用焦炭制取：C＋H2O=====高温CO＋H2b．利用CH4制取：CH4＋H2O=====高温CO＋3H2(2)净化：原料气净化处理，防止催化剂中毒。(3)合成：N2和H2通过压缩机进入合成塔并发生反应。(4)三废的利用①废气：主要有H2S，SO2和CO2等。采用直接氧化法、循环法处理，CO2作为生产尿素和碳铵的原料。②废水：主要含氰化物和氨，分别采用不同的方法处理。③废渣：主要含炭黑和煤渣，可作建筑材料或用作肥料的原料。工业制纯碱1.原料氨碱法（又叫索尔维法）：食盐、氨气、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)。联合制碱法（又叫侯式制碱法）：食盐、氨气、二氧化碳(合成氨厂的废气)。2．主要反应原理二者基本相同：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3=====△Na2CO3＋CO2↑＋H2O3．生产过程第一步：二者基本相同；将NH3通入饱和食盐水形成氨盐水，再通入CO2生成NaHCO3沉淀，经过滤、洗涤得到NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有NH4Cl和NaCl的溶液。第二步：氨碱法：NaHCO3分解放出的CO2(2NaHCO3=====△Na2CO3＋CO2↑＋H2O)、滤液(含NH4Cl)与石灰乳混合加热产生的氨气回收循环使用[CaO＋H2O===Ca(OH)2、2NH4Cl＋Ca(OH)2=====△CaCl2＋2NH3↑＋2H2O]。联合制碱法：在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的3滤液，已基本上是氯化钠的饱和溶液，可循环使用。4．综合评价(1)氨碱法：①优点：原料(食盐和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。②缺点：原料食盐的利用率低，大约70%～74%，其余的食盐随CaCl2溶液作为废液被抛弃；过程中产生了没多大用途且难以处理的CaCl2。(2)联合制碱法：使食盐的利用率提高到96%以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了合成氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时生产出两种可贵的产品——纯碱的氯化铵；过程中不生成没多大用途、又难以处理的CaCl2，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。【典型例题】纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。请按要求回答问题：(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：____________________；(2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式：_____________________________；(3)CO2是制碱工业的重要原料，“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同？________________________________；【答案】（1）Ca(OH)2＋2NH4Cl===CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，该反应的CaCl2中的Cl－来源于NaCl，Ca2＋来源于CaCO3，产生无用的CaCl2，降低了NaCl的利用率。（2）NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl;2NaHCO3=====△Na2CO3＋CO2↑＋H2O(3)“联合制碱法”中的CO2来源于合成氨厂，“氨碱法”中的CO2来源于石灰石.第二章化学与资源开发利用一．学习目标1.了解化学在水处理中的应用。2．了解海水的综合利用，了解化学科学发展对自然资源利用的作用。3．了解煤、石油和天然气等综合利用的定义。4．了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用。二．知识归纳天然水的净化1．水的净化(1)混凝法常用明矾、绿矾、Fe2(SO4)3、FeSO4、聚合铝等作混凝剂，用明矾净水的原理是：Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋。(2)化学软化法①煮沸法除暂时硬度：Ca(HCO3)2=====△CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。Mg(HCO3)2=====△MgCO3↓＋H2O＋CO2↑、MgCO3＋H2O=====△Mg(OH)2＋CO2↑。②药剂法：先加Ca(OH)2，再加Na2CO3。③离子交换法：向硬水中加入离子交换剂(如NaR)，反应式为Ca2＋＋2NaR===CaR2＋2Na＋、Mg2＋＋2NaR===MgR2＋2Na＋，且离子交换树脂能再生：CaR2＋2Na＋===2NaR＋Ca2＋。2．污水处理(1)中和法酸性废水常用熟石灰中和，碱性废水常用H2SO4或H2CO3中和。(2)沉淀法4Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋等重金属离子可用Na2S除去，反应的离子方程式为Hg2＋＋S2－===HgS↓，Pb2＋＋S2－===PbS↓，Cu2＋＋S2－===CuS↓。3．海水淡化常用方法为蒸馏法、电渗析法等。注意：水的暂时硬度和永久硬度的区别：在于所含的主要阴离子种类的不同，由Mg(HCO3)2或Ca(HCO3)2所引起的水的硬度叫水的暂时硬度，由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的水的硬度叫水的永久硬度。天然水的硬度是泛指暂时硬度和永久硬度的总和。海水的综合利用1．海水制盐以蒸馏法为主，主要得到NaCl和CaCl2、MgCl2、Na2SO4。2．氯碱工业(1)设备：离子交换膜（只允许Na+通过）电解槽(2)反应原理：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。3．海水提溴(1)工艺流程(2)主要反应原理：Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－。4．海水提镁(1)工艺流程(2)主要反应原理CaCO3=====高温CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2、Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋、Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O、MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑。注意：①为提高反应中Mg2＋的浓度，将海水浓缩或用提取食盐后的盐卤。②电解熔融MgCl2生成的Cl2可用于制盐酸，循环使用，节省成本。③所得Mg(OH)2沉淀中含有的CaSO4杂质在加盐酸前应除去，以保证MgCl2的纯度。石油、煤、天然气的综合利用1．石油的综合利用(1)分馏：分为常压分馏和减压分馏，每种馏分仍是混合物。(2)裂化与裂解(催化)裂化裂解含义通过催化剂催化、高温，使含碳原子数多、沸点高的烃断裂为含碳原子数少、沸点低的烃的过程采用比裂化更高温度(700℃～1000℃)使长链烃断裂成短链、不饱和烃的过程目的提高轻质油，特别是汽油的产量和质量获得有机化工原料，特别是提高乙5烯的产量原料减压分馏后的重油、石蜡等石油分馏的馏分产品轻质燃料油：汽油、柴油、煤油等主要短链不饱和烃：乙烯、丙烯、丁烯等组成的裂解气及少量液态烃举例C16H34――→催化剂加热、加压C8H18＋C8H16C8H18――→催化剂加热、加压C4H10＋C4H8C4H10――→催化剂加热、加压C2H6＋C2H4C4H10――→催化剂加热、加压CH4＋C3H6相同点裂解就是深度裂化，二者所得产物一定比原反应物的碳原子数少注意：①汽油指含有5～11个碳原子的烃，裂化汽油与直馏汽油不同，裂化汽油中含不饱和烃，能使溴的四氯化碳溶液褪色，而直馏汽油不能。②裂解气中主要含乙烯、丙烯、丁二烯等短链气态烃，而液化石油气是石油常压分馏的产物，主要含有丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及少量戊烷、戊烯和含硫化合物。2．天然气的综合利用除了直接用作燃料外，还可以制造合成氨原料气H2，合成甲醇及其他化工原料。例如：天然气重整的方程式：CH4＋H2O=====高温CO＋3H2。3．煤的综合利用(1)煤的干馏：将煤隔绝空气加强热，使之分解的过程，得到的固态物质焦炭，液态物质煤焦油、粗氨水，气态物质焦炉气的成分为H2、CH4、CO、CO2、N2等。(2)煤的气化：是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。主要反应：2C(s)＋O2(g)=====点燃2CO(g)，C(s)＋H2O(g)=====高温CO(g)＋H2(g)，CO＋H2O(g)=====高温CO2＋H2。(3)煤的液化①直接液化：煤与氢气作用生成液体燃料。②间接液化：先把煤转化成CO和H2，再催化合成烃类燃料、醇类燃料及化学品等。第三章化学与材料的发展一．学习目标1.了解社会发展和科技进步对材料的要求。了解化学对材料科学发展的促进作用。2．了解金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复合材料和其他新材料的特点，了解有关的生产原理。3．了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。4．了解我国现代材料研究和材料工业的发展情况。了解新材料的发展方向。二．知识归纳1.无机非金属材料原料成分生产原理性能、用途传统硅酸盐材料陶瓷黏土高温烧制抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型。盛放物品、艺术品玻璃石英砂、石灰石、纯碱Na2SiO3CaSiO3Na2CO3+SiO2高温Na2SiO3+CO2↑CaCO＋SiO2高温CaSiO3＋光学玻璃、耐腐蚀玻璃，不同颜色玻璃。6CO2↑水泥石灰石、黏土硅酸二三钙铝酸三钙、铁铝酸钙磨成粉－煅烧－加石膏等－粉磨水硬性，用作建筑材料。混凝土：水泥、砂子、碎石新材料碳化硅SiO2,CSiCSiO2+C高温SiC+CO↑结构与金刚石相似，硬度大，优质磨料，性质稳定，航天器涂层材料。氮化硅高纯Si、N2Si3N43Si＋2N2高温Si3N43SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl熔点高、硬度大、化学性质稳定，制造轴承、气轮机叶片、发动机受热面。单质硅高纯焦炭、石英砂SiSiO2