1、第一讲 化学与工农业生产 选修2 化学与技术2017 高考导航考纲要求真题统计命题趋势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、精细化工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。2015，卷36T(2)(5)；2015，卷36T(3)；2014，卷36T(4)；2014，卷36T(3)；2013，卷36T(2)(3)本部分内容主要考查：(1)以硫酸工业为背景，考查接触法制硫酸的化学反应原理、工艺流程、生产设备、反应条件的选择与“三废”的处理；(
2、2)以纯碱为代表考查无机化工生产中涉及的化学原理与生产工艺。预计2017 年高考仍会从化学反应原理、生产设备、具体化工措施等方面展开，将以流程图的方式结合环保问题，考查硫酸的工业生产、工业合成氨、纯碱的生产。题型为非选择题，分值约为 68 分。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：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O，CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O。(填化学方程式)(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
3、贵重有色金属。酸碱中和法重金属离子沉淀法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)。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升高温度。使用催化剂。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 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
4、高，实际生产中采用常压操作。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。3热交换原理由于 2SO2O2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 2SO2O2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。5有关计算(1)元素守恒法：根
5、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)常见量的计算公式矿物的纯度纯矿物的质量矿物的总质量100%。原料利用率消耗原料的质量原料的总质量 100%。原料转化率原料利用率1原料损失率。产率实际产量理论产量100%。多步反应的总转化率各步反应转化率的乘积。(2016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或目的都正确的是()A黄铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的黄铁矿不能燃烧BSO3 用 98%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使 SO3 吸收完全CSO2 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
6、，因为炉气中 SO2 会与杂质反应 B 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导致催化剂中毒。名师点拨1吸收 SO3 不用水或稀硫酸，而是用 98%的浓 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
7、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。(2016大连高三双基)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。写出上述过程的化学反应方程式：_。SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O、CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O请写出这种尾气处理方法的优点(写出两点即可)：_。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。原料生石
8、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)50(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_。Na2SO3 可循环使用解析(1)分析其中的化学反应即可解答，中列出关系式：SO2 CaO1 mol 1 mol1107 L0.2%224 Lmol1 x可求得 x2104224 mol，m(CaO)2104224 mol56
9、gmol1103kgg150 kg。(2)分 析 该 新 方 法 过 程 中 的 化 学 反 应：Na2SO3 H2O SO2=2NaHSO3,2NaHSO3=Na2SO3H2OSO2，与(1)中的反应作比较，发现(2)中 Na2SO3 实际上没有消耗，可循环使用。题组一 接触法制硫酸的原理1下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是()A在接触室中使用铁粉作催化剂B在接触室中运用热交换技术可充分利用能源C把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率D该反应采用 450500 主要是因为该温度下催化剂活性好 A 解析：硫酸工业生产过程中，接触室中发生的反应为 2SO2O2催化剂2SO3，所用催化剂为
10、V2O5。题组二 工业生产硫酸的适宜条件及综合效益2工业制硫酸生产流程如下图：(1)我国黄铁矿资源比较丰富，但很多工厂仍以硫黄为原料生产硫酸，理由是_。(2)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以黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高CD(3)在生产中为提高催化剂催化效率采取了哪些措施？_。(至少答出两点措施)(4)已知 2SO2(g)O2(g)催化剂2SO3(g)H196 kJmol1。在 450、常压和钒催化条件下向一密闭容器中充入 2 mol SO2和 1 mol O2，充分反应后，放出的热量_(
11、填“”或“”)196 kJ，理由是_。净化气体；控制温度在 400500；增大催化剂与反应气体的接触面积(合理即可)在 1 atm 和 298 K 条件下，2 mol SO2 和 1 mol O2 完全反应生成 2 mol SO2，放出 196 kJ 热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为 450，所以放出的热量小于 196 kJ(5)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为 SO2 7%、O211%、N2 82%。在 500，0.1 MPa 条件下达到平衡时，各种气体的体积比为 V(SO2)V(SO3)V(O2)V(N2)0.466.547.7382，则 SO2 的利用率为
12、_。解析：二氧化硫转化为三氧化硫的反应为正反应气体体积减小的放热反应，所以低温高压有利于提高二氧化硫的转化率。在生产过程中，氮气没有参加反应，所以其体积不变，则可看作反应前气体的体积 SO2、O2、N2 分别为 7 L、11 L、82 L，反应后 SO2 的体积为 0.46 L，所以 SO2 的转化率为6.547 100%93.4%。93.4%1温度增大逆反应考点二 工业合成氨反应条件的选择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。3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。2压强加快不增大正反应4
13、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。氨1下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是()A使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率B高压比常压条件更有利于合成氨的反应C500 左右比室温更有利于合成氨的反应D合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率解析：催化剂不影响平衡移动，A 错误。正反应为气体体积缩小的反应，增压有利于平衡右移，B 正确。C、D 项都不能用勒夏特列原理来解释。B 2下列关于合成氨工业的说法中正确的是()A从合成塔出来的混合气体中，氨气占
14、15%，所以合成氨工厂的效率都很低B由于氨易液化，N2 和 H2 在实际生产中循环使用，所以总体来说，氨的产率很高C合成氨工业的反应温度控制在 500，目的是使化学平衡向正反应方向移动D我国合成氨厂采用的压强是 1030 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大解析：在氨的实际生产中 N2、H2 要循环使用，且氨易液化分离，故产率很高。B 名师点拨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
15、考虑的。(2014高考天津卷)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)H924 kJmol1一种工业合成氨的简易流程图如下：(1)步骤中制氢气原理如下：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H206.4 kJmol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H412 kJmol1对于反应，一定可以提高平衡体系中 H2 百分含量，又能加快反应速率的措施是_。a升高温度 b增大水蒸气浓度c加入催化剂d降低压强a 利用反应，将 CO 进一步转化，可提高 H2产量。若 1 mol CO和 H2 的混合气体(CO 的体积分数为 20%)与 H2O
16、反应，得到118 mol CO、CO2 和 H2 的混合气体，则 CO 转化率为_。(2)下图表示 500、60.0 MPa 条件下，原料气投料比与平衡时 NH3 体积分数的关系。根据图中 a 点数据计算 N2 的平衡体积分数：_。90%14.5%(3)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)_。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_。对原料气加压；分离液氨后，未反应的 N2、H2 循环使用解析(1)反应是一个吸热反应，升高温度平衡正向移动，将会增加 H2 的百分含量，同时提高反应速率；增大水蒸气的浓度，会提高反应速率，但 H2 的百分含量会降低；加入催化剂，不
17、会引起 H2 百分含量的改变；降低压强，反应速率减小；故 a 正确。设 CO 反应掉 n mol。CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)投入量/mol 0.2 0 0.8变化量/mol nnn最终量/mol 0.2nn0.8n则：0.2nn0.8n118 解得：n0.18CO 的转化率为0.18 mol0.2 mol 100%90%。(2)a 点时，H2、N2 物质的量之比为 31，设投入 N2 和 H2的物质的量分别是 1 mol、3 mol，平衡时 N2 反应掉 m mol。N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始量/mol 1 3 0变化量/mol m3m2m平衡量/mol 1m3
18、3m2m根据题意：2m42m100%42%，解得 m0.59，所以平衡时 N2 的体积分数为 10.59 mol420.59 mol100%14.5%。(3)从流程图看，反应放出的能量得到充分利用是在热交换器中。提高合成氨原料转化率的方法是分离液氨后将未反应的原料重新送回反应器中循环使用、对原料气加压。题组 工业合成氨(2016中山高三检测)将 N2 和 H2 在一定条件下反应，通过一定方法制得纯净的 NH3，将所得 NH3 和足量的 O2 通过装置中的催化剂，发生氨的催化氧化反应。请根据你已学知识，回答下列问题：(1)工业合成 NH3 时，在有催化剂的条件下，选用了 1030 MPa、500
19、 这一条件，选用 500 的原因是_，该温度下,原料转化率较高,且催化剂活性最强,反应速率快 增大压强有利于 N23H2高温、高压催化剂2NH3 这一反应平衡正向移动，为何不采用更大的压强：_。(2)如图所示是 NH3 和 O2 通入含催化剂的装置发生反应，从A 处导出的气体成分是_。压强越大，对制备装置的要求越高，能耗也越大，会大幅度增加工业成本，因此不采用更大的压强NH3、O2、NO、NO2、N2O4 的混合气体假设该实验制得纯净的 NO 气体，则应_，使 NO 完全转化为HNO3。(3)若该实验结束时，有剩余尾气 NO 和 NO2，为防止污染空气，将其通入 NaOH 溶液，能恰好反应生成
20、 NaNO2，则尾气中 NO 和 NO2 的物质的量之比为_，该反应中氧化剂为_，还原产物为_。将 NO 与足量的 O2 一起通入水中11 NO2 NaNO2解析：(1)选用 500 这一条件要从反应速率和原料的转化率两个角度来考虑，该温度下，原料转化率较高，且催化剂活性最强，反应速率快；虽然增大压强有利于该反应平衡正向移动，但压强越大，对制备装置的要求越高，能耗也越大，会大幅度增加工业成本，因此不采用更大的压强。(2)回答从 A 处导出的气体成分时，容易因考虑不全面，错答为 NH3、O2、NO，这是因为忽视了 NO 和 O2 之间的反应，而漏掉了 NO2 的存在，又因为只要有 NO2，则一定
21、存在 2NO2N2O4，故从 A 处导出的气体是 NH3、O2、NO、NO2、N2O4 的混合气体。若想令 NO 完全转化为 HNO3，则必须通入 足 量 的 O2，在 水 中 使 之 发 生 反 应：4NO 3O2 2H2O=4HNO3。(3)尾气和 NaOH 恰好反应生成 NaNO2，由 NONO22NaOH=2NaNO2H2O 可知，尾气中 NO 和 NO2 物质的量相同，NO2作氧化剂，NaNO2既是氧化产物又是还原产物。氨碱法(索尔维)联合制碱法(侯德榜)原理 NaClNH3CO2H2O=_NH4Cl 2NaHCO3 _ 原料 NaCl、NH3、CaCO3(制备CO2和CaO)NaC
22、l、NH3、_=NaHCO3Na2CO3CO2H2O CO2 考点三 纯碱的生产氨碱法(索尔维)联合制碱法(侯德榜)生产流程 优、缺点 原料便宜，步骤简单，但是产生大量CaCl2，食盐利用率_ 产品纯度高，原料利用率高,同时得到氮肥_ 低NH4Cl碳酸氢铵是一种重要的铵盐。实验室中，将二氧化碳通入氨水可制得碳酸氢铵，用碳酸氢铵和氯化钠可制得纯碱。完成下列填空：(1)二氧化碳通入氨水的过程中，先有_晶体(填写化学式)析出，然后晶体溶解，最后析出 NH4HCO3 晶体。(2)含 0.800 mol NH3 的水溶液质量为 54.0 g，向该溶液通入二氧化碳至反应完全，过滤，得到滤液 312 g，则
23、 NH4HCO3的产率为_%。(NH4)2CO392(3)粗盐(含 Ca2、Mg2)经提纯后，加入碳酸氢铵可制得碳酸钠。实验步骤依次为粗盐溶解；加入试剂至沉淀完全，煮沸；_；加入盐酸调 pH；加入_；过滤；灼烧，冷却，称重。(4)上述步骤中所加入的试剂为_、_。(5)上述步骤中加盐酸调 pH 的目的是_。过滤碳酸氢铵氢氧化钠碳酸钠除去过量的氢氧化钠和碳酸钠名师点拨1向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳的顺序容易答反。应先通氨气再通二氧化碳，因为氨气在水中的溶解度大，先通氨气会吸收更多的二氧化碳，有利于生成较多的碳酸氢钠而析出。2在氨碱法和联合制碱法的过程中，CO2 均可循环利用。根据侯德榜制碱法原
24、理并参考下表的数据，实验室制备纯碱 Na2CO3的主要步骤是将配制好的饱和 NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在 3035，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3 固体，加料完毕后，继续保温 30 分钟，静置、过滤得 NaHCO3 晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧 2 小时，制得 Na2CO3 固体。四种盐在不同温度下的溶解度(g/100 g 水)如下表：温度溶解度 0 10 20 30 40 50 60 100 NaCl35.7 35.836.036.336.637.037.339.8NH4HCO3 11.9 15.8 210 27.0 NaHCO36.98.19.6
25、111 127 14.516.4NH4Cl29.4 33.337.2 414 45.850.455.377.3注：温度35 NH4HCO3 会有分解请回答下列问题：(1)反应温度控制在 3035，是因为若高于 35，则_，若低于 30，则_；为控制此温度范围，采取的加热方法为_。(2)加料完毕后，继续保温 30 分钟，目的是_。静置后只析出 NaHCO3 晶体的原因是_。NH4HCO3 分解反应速率变慢水浴加热使反应充分进行NaHCO3 的溶解度最小用蒸馏水洗涤 NaHCO3 晶体的目的是除去_杂质(以化学式表示)。(3)过滤所得的母液中含有_(以化学式表示)，需加入_，并作进一步处理，使 N
26、aCl溶液循环使用，同时可回收 NH4Cl。解析(1)温度控制在 3035，若高于 35，NH4HCO3会分解，若低于 30，则反应速率变慢，为控制此温度范围可采用水浴加热，温度易于控制、受热均匀。NaCl、NH4Cl、NH4HCO3NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3HCl题组 纯碱的生产(2016云南玉溪一中月考)技术的发展与创新永无止境，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)向沉淀池中通入 CO2 和氨气时，应先通入_(填化学式)，原因是_。(2)沉淀池中发生反应的化学方程式是_。NH3 CO2 溶解度较小，而 NH3 易溶于水，先通入 NH
27、3 使溶液呈碱性有利于 CO2 的吸收NH3CO2NaClH2O=NaHCO3NH4Cl(3)母液中的溶质主要是_。向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通入氨气的作用是_。(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)的循环，物质 X 是_，从沉淀池中提取沉淀的操作是_。NH4Cl增大 NH4 浓度，使 NH4Cl 更多地析出CO2过滤(5)写出煅烧炉中发生反应的化学方程式：_。(6)这样制得的产品碳酸钠中可能含有的杂质是_(填化学式)，为检验该杂质的存在具体操作是_。2NaHCO3=Na2CO3CO2H2ONaCl取少量试样溶解，加
28、 HNO3 酸化的 AgNO3 溶液，若有白色沉淀生成，说明含有 NaCl 杂质解析：(1)向沉淀池中通入 CO2 和氨气时，应先通入 NH3，因为 CO2 溶解度较小，而 NH3 易溶于水，先通入 NH3 使溶液呈碱性有利于 CO2 的吸收。(2)沉淀池中发生反应的化学方程式是 NH3CO2NaClH2O=NaHCO3NH4Cl。(3)根据沉淀池中的反应知，过滤所得母液中的溶质主要是NH4Cl；向母液中通入氨气的作用是增大 NH4 浓度，使 NH4Cl更多地析出。(5)煅 烧NaHCO3 制Na2CO3 反 应 的 化 学 方 程 式 为2NaHCO3=Na2CO3CO2H2O。(6)制得的产品碳酸钠中可能含有的杂质是 NaCl，取少量试样溶解，加 HNO3 酸化的 AgNO3 溶液，若有白色沉淀生成，说明含有 NaCl 杂质。本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放