中学公开课优质课件推选——《化学与工农业生产》.ppt

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1、,化学与工农业生产,执教教师：XXX,课 堂 反 馈,课 堂 探 究,考 点 突 破,课 时 作 业,单元综合测试,堂,课,探,究,解读考纲,基础回扣 一、化工生产过程中的基本问题1依据化学反应原理确定生产过程(1)关于工业制硫酸的反应原理及过程，可从以下几方面考虑：原料应该是自然界存在的含硫的物质，如硫黄、黄铁矿等；生产H2SO4的主要化学过程可以分成SO2的生成和SO2转化为SO3两个阶段。(2)工业上制硫酸主要分造气、催化氧化和吸收三个阶段。,2生产中原料的选择工业生产某种化工产品，选择原料时要从多方面去考虑，如化学反应原理、厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、贮存、运输、预处理成

2、本及环境保护等。3生产中反应条件的控制对二氧化硫的催化氧化：(1)温度条件。(2)压强条件。(3)催化剂。,4生产中的三废处理(以硫酸生产为例)(1)尾气吸收硫酸生产尾气成分：SO2；处理试剂：石灰水、硫酸。(2)污水处理。(3)废渣的利用。5能量的充分利用,2合成氨的基本生产过程三个步骤：造气、净化、合成。(1)制备合成氨的原料气；(2)原料气的净化；(3)氨的合成与分离。,3合成氨工业的发展(1)原料及原料气的净化；(2)催化剂的改进；(3)环境保护。废渣：用作建材和肥料的原料。废气：主要是H2S和CO2等有害气体。废液：主要是含氰化物和含氨的污水。,三、纯碱的生产1氨碱法生产纯碱氨碱法也

3、称索尔维制碱法，其原料是：食盐、氨和二氧化碳。(1)制取碳酸氢钠和氯化铵(2)制取碳酸钠,(3)氨碱法生产纯碱的优缺点氨碱法的优点：原料便宜易得，产品纯度高、氨和部分二氧化碳可以循环使用、制造步骤简单。氨碱法的缺点：食盐的利用率低(约70%)，约有30%的NaCl留在母液中；产生了当时认为无用的氯化钙。2联合制碱法(又称侯氏制碱法)(1)将制碱中含氯的废液与合成氨过程中的二氧化碳废气加以回收、利用，制成纯碱和氯化铵化肥，使氨碱法与合成氨两大工业联合起来。(2)原料是食盐、氨和二氧化碳。,(3)联合制碱法的优点：氯化钠的利用率达96%以上；综合利用了合成氨厂的二氧化碳；节省了设备；没有难以处理的

4、氯化钙废料。,四、化肥和农药1化肥为农作物补充必要的营养元素农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和钾肥。2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)植物生长调节剂：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。3化肥、农药的合理使用与环境保护(1)农药主要用于对有害生物的防治，但它们对周围生物群落的影响是广泛而复杂的，如能毒害水生生物和污染水源等；(2)不合理施用化肥会影响土壤的酸碱性和

5、土壤结构；过量的化肥会随着雨水流入河流和湖泊，造成水体富营养化，产生水华等污染现象。,五、表面活性剂与精细化学品1肥皂可以用来去油污(1)肥皂的去污原理肥皂的成分：肥皂的化学成分为高级脂肪酸的钠盐或钾盐。去污原理：在洗涤衣物时，肥皂、油污与水之间发生润湿、乳化和起泡三种主要作用而达到去污的目的。,(2)肥皂的生产原理：高级脂肪酸甘油酯在碱性条件下水解形成高级脂肪酸盐(即肥皂)。工艺流程：,2合成洗涤剂(1)表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠：(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。,3肥皂与合成洗涤剂的比较(1)肥皂不适合在硬水中使用

6、，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。,4精细化学品及其生产特点(1)精细化学品具有品种多、批量小、产值高等特点。(2)精细化工具有技术密集、附加值高等特点，主要体现在精细化学品研发阶段投资高、生产工艺流程长、原料多、反应复杂和条件要求严格等方面，还具有技术保密性强、专利垄断性强等特点。,点,考,突,破,3三设备：沸腾炉、接触室、吸收塔,4三工艺：(1

7、)热交换；(2)逆流操作；(3)原料的循环利用。5三条件(1)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。,(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，实际生产采用常压操作。(3)适当过量的空气：目的是提高SO2的转化率。,(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)。,二、化学原理在H2SO4生产中的应用1增大反应速率的措施(1)升高温度；(2)使用

8、催化剂；(3)燃料在沸腾炉中燃烧时，使原料粉碎，增大与空气的接触面积。,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。,例1以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：,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_。,(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下图所示

9、。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_、_。,(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。,解析(2)煅烧黄铁矿制得的炉气中含有矿尘、砷、硒等的化合物，水蒸气；应对炉气进行除尘、水洗和干燥，避免催化剂中毒。(3)由图可知，该反应在低温下进行SO2转化率高，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。在高压下进行也有利于该反应正向进行，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

10、采用常压操作。(4)SO2和O2反应为放热反应，而经净化后的炉气需要加热，故可通过热交换器，对冷的SO2、O2加热，达到充分利用能源的作用。,(2)除尘水洗矿尘、砷、硒等的化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响(3)不选B点，因为压强越大对设备的投资大，消耗的动能大；SO2原料的转化率在1个大气压下的转化率已是97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用1个大气压不选C点，因为温度越低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，450 时，催化剂的催化效率最高(4)利用反应放出的热量预热原料气体上层反应气经热交换器温度降到400500 进入下层使反应更加完全,

11、特别提醒工业上用98%的H2SO4溶液吸收SO3，是因为用水吸收会产生酸雾，腐蚀设备。煅烧黄铁矿制得的炉气中含有三种有害杂质：矿尘，砷、硒等化合物，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。,(3)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。,(4)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。,2“三废”处理(1)废渣：主要是煤渣和炭黑，可用作制造肥料的原料和建筑材料。(2)废气：主要是H2S、SO2和CO2等有害气体，可用直接氧化法、

12、循环法等回收技术处理，CO2可作为生成尿素和碳酸铵的原料。(3)废液：主要是含氰化物和氨的污水。处理氰化物主要有生化、化学沉淀、反吹回炉等方法，处理含氨的废水可用蒸馏回收和离子交换等方法。,例2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)n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9 n mol，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

13、个流程有三处循环，一处是Fe(OH)3的循环，另一处是K2CO3(aq)的循环，请在上述流程中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。,3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：,(2)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溶液，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：原料(食盐和石灰石)便宜

14、；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，但原料食盐的利用率低，过程中产生了没多大用途且难以处理的CaCl2。(2)联合制碱法：食盐的利用率较高，综合利用了合成氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时生产出两种重要的产品纯碱和氯化铵；过程中不生成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。,例3侯氏制碱法的步骤如下：试回答下列问题：(1)若上述悬浊液中含NaHCO3和NH4Cl，则和两步反应的总反应方程式为_。(2)由上面的反应原理可知NaCl比NaHCO3的溶解度_。,(3)操作、不能颠倒的原因是

15、_。(4)的操作叫_，的操作叫_。,堂,课,反,馈,1在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入大量瓷环。下列有关SO3说法中，错误的是(),A从处通入SO3，整个吸收操作采取逆流的形式B从处喷下浓硫酸，瓷环的作用是增大接触面积C从处导出的气体只含有少量SO2，可直接排入大气D从处流出的是可用水或稀硫酸稀释的硫酸答案C解析选项C，SO2是一种大气污染物，需回收利用。,2下列有关肥皂的叙述中错误的是()A肥皂与纯碱的去污原理相同B肥皂可以加速油污在水中的分散C肥皂是油脂在碱性条件下水解生成的D肥皂主要成分的分子中含有亲油基团和亲水基团答案A解析A中纯碱的去污原理

16、是碱性条件使油污水解，去污原理与肥皂不同；其他均为正确的叙述。,3海洋中有丰富的食品、矿产、能源和水产资源等(如下图所示)，,答案B解析氯碱工业是指在工业上电解饱和氯化钠溶液制备氢氧化钠与氯气、氢气，再进一步生产一系列化工产品，A项错误；反应为：Br2SO22H2O=H2SO42HBr，溴元素被还原，C选项错误；粗盐提纯的顺序中要特别注意Na2CO3溶液在BaCl2溶液后面加入，D选项错误。,4工业制硫酸生产流程如下图：,(1)在催化反应室，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有_。A升高温度B减小压强C不断补充空气 D及时分离出SO3(2)在生产中，为提高催化剂效率采取了哪些措施？_。A净

17、化气体B控制温度在400 500 C增大催化剂与反应气体的接触面积D不断补充空气,(5)生产硫酸过程中的尾气通常用氨水吸收，请写出该反应的化学反应方程式_。答案(1)C、D(2)A、B、C(3)在1 atm和298 K条件下，2 mol SO2和1 mol O2完全反应生成2 mol SO3，放出196.6 kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，所以放出的热量小于196.6 kJ(4)93.4%(5)2NH3H2OSO2=(NH4)2SO3H2O,5我国化学家侯德榜，改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：,(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物质的化学式_。(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了_(填上述流程中的编号)，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_。,谢谢观看,请指导,