届高考化学一轮复习化学与工农业生产Word格式文档下载.docx
- 文档编号:22455422
- 上传时间:2023-02-04
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:266.66KB
届高考化学一轮复习化学与工农业生产Word格式文档下载.docx
《届高考化学一轮复习化学与工农业生产Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《届高考化学一轮复习化学与工农业生产Word格式文档下载.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
炼铁等
2.氨的工业合成
(1)生产原理:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
ΔH(298K)=-92.2kJ·
mol-1,该反应是气体体积减小(填“增大”或“减小”)、放热(填“放热”或“吸热”)的可逆反应。
(2)合成氨适宜条件的选择
在实际生产中,需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量与设备等多方面情况,以确定最佳的生产条件。
①温度:
400~500_℃;
压强:
10~30_MPa;
催化剂:
以铁触媒为主的催化剂。
②合成氨的转化率较低,要采用循环操作。
氨液化分离后,没有完全反应的N2和H2经过循环压缩机再送入合成塔被充分利用。
(3)基本生产过程
3.纯碱工业
比较氨碱法与联合制碱法的相同点和不同点
氨碱法(索尔维)
联合制碱法(侯德榜)
原理
NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O↑
原料
NaCl、NH3、CaCO3(制备CO2和CaO)
NaCl、NH3、CO2
生产
流程
优、缺点
原料便宜,步骤简单,但是产生大量CaCl2,食盐利用率低
产品纯度高,原料利用率高,同时得到氮肥NH4Cl,但加重设备的腐蚀
深度思考
1.在硫酸工业生产中为增大反应速率,采取了哪些措施?
答案 ①升高温度;
②使用催化剂;
③在沸腾炉中燃料燃烧前,将原料粉碎,增大与空气的接触面积。
2.硫酸工业的适宜条件为400~500℃、常压、催化剂(V2O5)、通过量O2,请思考选择温度和压强的理由有哪些?
答案 ①温度:
依据平衡移动原理,降低温度有利于提高SO2的转化率。
但是,温度较低时催化剂活性不高,反应速率低。
在实际生产中,选定400~500℃,这时反应速率和SO2的转化率都比较理想。
②压强:
依据平衡移动原理,增大压强有利于提高SO2的转化率。
但是,在常压、400~500℃时,SO2的转化率已经很高,加压对设备要求高,增大投资和能量消耗,故在实际生产中采用常压操作,并不加压。
3.工业合成氨的原料气是N2、H2,请思考回答下列问题:
(1)简述原料气(N2、H2)的获取方法。
(2)简述原料气必须净化后才能送入合成塔的原因及净化方法。
答案
(1)造气
②H2:
主要来源于H2O和碳氢化合物,相关化学反应如下:
C+H2O
CO+H2
CO+H2O
CO2+H2
CH4+H2O
CO+3H2
CH4+2H2O
CO2+4H2
(2)原料气中的主要杂质有H2S、CO、CO2、O2等,其中H2S、CO等会导致催化剂“中毒”。
净化方法
a.用稀氨水吸收H2S:
NH3·
H2O+H2S===NH4HS+H2O
b.CO转化为CO2:
c.用K2CO3溶液吸收CO2:
K2CO3+CO2+H2O===2KHCO3
d.用醋酸、铜和氨配制成的溶液精制处理
题组一 硫酸工业生产的原理和工艺流程
1.硫酸是一种重要的化工产品,接触法制硫酸的简要流程如下图所示:
请回答下列问题:
(1)上图中的造气和催化反应分别在甲、乙设备中进行,请写出设备名称:
甲为________,乙为________。
(2)将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整:
4________+11O2高温,2Fe2O3+8SO2。
(3)下列有关操作目的的说明中,不正确的是________(填字母序号)。
a.黄铁矿燃烧前需粉碎,是为了使其燃烧快而充分
b.从甲设备出来的炉气需净化,是为了防止混合气体污染空气
c.乙设备中使用催化剂,是为了提高反应速率和SO2的转化率
d.吸收塔中装有大量瓷环,是为了增大SO3与98.3%浓硫酸的接触面积
(4)简述在乙设备中设置热交换器的目的:
___________________________________。
(5)工业生产中常用氨—硫酸法进行尾气脱硫,以达到消除污染、废物利用的目的,用两个化学方程式表示其反应原理:
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
答案
(1)沸腾炉 接触室
(2)FeS2 (3)bc
(4)利用SO2氧化为SO3时放出的热量来预热即将参加反应的SO2和O2,提高SO2的转化率,使能量循环利用等
(5)SO2+NH3+H2O===NH4HSO3
2NH4HSO3+H2SO4===(NH4)2SO4+2SO2↑+2H2O
(或SO2+2NH3+H2O===(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2SO4===(NH4)2SO4+SO2↑+H2O)
题组二 合成氨工业生产的原理及流程
2.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。
哈伯法合成氨需要在17.5~20MPa的高压和500℃左右的高温下,并用锇作为催化剂,氨在平衡混合物中的含量仍较少。
最近英国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为trans——Fe(DMeOPrPE)2的新催化剂,在常温下合成氨,反应方程式可表示为N2+3H2
2NH3,有关说法正确的是( )
①哈伯法合成氨是吸热反应,新法合成氨是放热反应 ②新法合成氨不需要在高温条件下,可节约大量能源,具有发展前景 ③新法合成氨能在常温下进行是因为不需要断裂化学键 ④新催化剂降低了反应所需要的能量,提高了活化分子百分数
A.①③B.②④
C.①②③D.②
答案 B
解析 化学反应放热还是吸热与反应途径无关,只与反应体系的始、终态有关,故①错;
新催化剂只是降低了反应所需要的能量,仍需要断开化学键,故③错。
3.(2012·
海南,20—Ⅱ)合成氨的流程示意图如下:
回答下列问题:
(1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。
氮气是从空气中分离出来的,通常使用的两种分离方法是__________,________;
氢气的来源是水和碳氢化合物,写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式________________,______________;
(2)设备A中含有电加热器,触媒和热交换器,设备A的名称是________,其中发生的化学反应方程式为______________________________________________________;
(3)设备B的名称是__________,其中m和n是两个通水口,入水口是________(填“m”或“n”)。
不宜从相反方向通水的原因是__________________________________;
(4)设备C的作用是____________;
(5)在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用,欲除去原料气中的CO,可通过如下反应来实现:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627,若要使CO的转化率超过90%,则起始物中c(H2O)∶c(CO)不低于__________。
答案
(1)液化、分馏 与碳反应后除去CO2 C+H2O
CO+H2 CH4+H2O
(2)合成(氨)塔 N2(g)+3H2(g)
(3)冷凝器(或冷却塔) n 高温气体由冷却塔的上端进入,冷却水从下端进入,逆向冷却效果好
(4)将液氨与未反应的原料气分离
(5)13.8
解析
(2)合成氨设备合成塔;
(3)冷凝分离产品设备为冷凝器,入水口应该在下面,因逆向冷凝效果好;
(4)分离器是气—液分离用设备;
(5)以转化率为90%为基准做计算,用平衡常数求水与一氧化碳浓度比。
设CO、H2O起始浓度分别为x、ymol·
L-1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
c起xy00
c变0.9x0.9x0.9x0.9x
c平0.1xy-0.9x0.9x0.9x
K=
=0.627
y∶x≈13.8。
题组三 纯碱工业生产的原理及流程
4.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”产生大量的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?
(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。
根据“联合制碱法”的总反应,列出计算原子利用率的表达式:
原子利用率(%)=________________。
答案
(1)2NH4Cl+Ca(OH)2
2NH3↑+CaCl2+2H2O
(2)NH3+CO2+H2O+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl 2NaHCO3
(3)“氨碱法”的CO2来源于石灰石的煅烧,“联合制碱法”的CO2来源于合成氨工业的废气
(4)
×
100%
解析
(1)氨碱法中产生CaCl2的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O;
(4)联合制碱法的反应式为NH3+CO2+H2O+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3
Na2CO3+H2O↑+CO2↑,总反应可看作是:
2NH3+2NaCl+CO2+H2O===Na2CO3+2NH4Cl,所以:
原子利用率(%)=
100%=
100%。
5.纯碱是工业生产的重要原料,很长一段时间纯碱的制法都被欧美国家所垄断。
上个世纪初,我国著名的工业化学家侯德榜先生经过数年的反复研究,终于发明了优于欧美制碱技术的联合制碱法(又称侯氏制碱法),并在天津建造了我国独立研发的第一家制碱厂。
其制碱原理的流程如下:
(1)侯德榜选择天津作为制碱厂的厂址有何便利条件(举两例说明)________、________。
(2)合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体,它们分别是________、________(填化学式)。
这两种气体在使用过程中是否需要考虑添加的顺序:
________(填“是”或“否”),原因是:
________________________________________________________________。
(3)在沉淀池中发生反应的化学方程式是:
____________________________________。
(4)使原料水中溶质的利用率从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。
从母液中可以提取的副产品的应用是________(举一例)。
答案
(1)原料丰富 运输便利
(2)CO2 NH3 是 氨气在水中溶解度大,先通氨气后通CO2产生碳酸氢铵多,有利于碳酸氢钠析出
(3)NaCl+CO2+NH3+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl
(4)循环Ⅰ 作化肥(其它合理答案均可)
解析
(1)侯氏制碱法是以NH3、食盐水、CO2为原料制纯碱,天津属沿海城市,原料丰富,交通便利。
(2)由制碱工业的原料可知需要的气体为NH3和CO2;
制碱时应先向饱和食盐水中通入溶解度大的NH3,再通入足量CO2,相当于用NH3·
H2O吸收CO2,这样反应更充分,吸收CO2效果更好,有利于产生大量NH4HCO3。
(3)沉淀池中发生反应:
NH3+NaCl+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl,NaHCO3溶解度小,以沉淀形式析出。
(4)母液中有大量NH4Cl,原料水中溶质为NaCl,设计循环Ⅰ可提高Na+的利用率;
母液中NH4Cl提取后可制氮肥。
题组四 化工生产中的定量分析
6.以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下(框图中某些转化步骤及生成物未列出):
当甲烷合成氨的转化率为75%时,以5.60×
107L甲烷为原料能够合成________________L氨。
(假设体积均在标准状况下测定)
答案 1.12×
108
解析 由反应方程式:
CO+3H2,CO+H2O
CO2+H2可知CH4→4H2,由氢元素守恒可知3H2→2NH3,所以可知CH4→
NH3,所以NH3为5.60×
107L×
75%×
=1.12×
108L。
7.目前,我国采用“接触法”制硫酸。
有关接触法制硫酸过程中定量分析,回答下列问题:
(1)由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与SO3在沸腾炉中化合而成),其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(见下表)。
沸腾炉温度/℃
600
620
640
660
矿渣中CuSO4
的质量分数/%
9.3
9.2
9.0
8.4
已知CuSO4在低于660℃时不会分解,请简要分析上表中CuSO4的质量分数随温度升高而降低的原因__________________________________________________________。
(2)制硫酸时,混合气体的组成是SO27%、O211%、N282%,100体积混合气体进入接触室反应后,将导出的气体恢复到原温度和压强时变为96.7体积,
①反应后混合气体中N2和O2的体积比为________;
②SO2的转化率是________。
(3)据测算,接触法制硫酸过程中,若反应热都未被利用,则每生产1t98%的硫酸需消耗3.6×
105kJ的热量。
请通过计算判断,若只有反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3 ΔH=-197kJ·
mol-1放出的热量能在生产过程中得到充分利用,则每生产1t98%的硫酸只需外界提供(或可向外界输出)热量为________kJ(H2SO4的摩尔质量为98g·
mol-1)。
答案
(1)SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应,随温度升高,平衡逆向移动,SO2的转化率减小,SO3物质的量减少,所以CuSO4的量减少
(2)①82∶7.7 ②94.3%
(3)6.25×
105
解析
(2)差量法:
2SO2+O22SO3,体积差量
2 1 2 1
y x 100-96.7=3.3
所以反应的SO2:
y=6.6体积,反应的O2:
x=3.3体积。
①氮气在反应中不变,故体积比为82∶(11-3.3)=82∶7.7
②SO2的转化率为
100%=94.3%
(3)根据原子守恒,得出关系式
SO2~SO3~H2SO4~放出热量98.5kJ
98g 98.5kJ
1×
106g×
98% Q
=
解得Q=9.85×
105kJ
可向外界输出的能量:
9.85×
105kJ-3.6×
105kJ=6.25×
105kJ。
8.工业上主要采用氨氧化法生产硝酸,如图是氨氧化率与氨—空气混合气中氧氨比的关系。
其中直线表示反应的理论值,曲线表示生产实际情况。
当氨氧化率达到100%,理论上γ=________,实际生产要将γ值维持在1.7~2.2之间,原因是__________________。
答案 1.25 增加氧气的浓度可加快化学反应速率,有利于NH3的转化,γ值为1.7~2.2时,氨氧化率接近100%
解析 依据氨氧化的方程式4NH3+5O2
4NO+6H2O可计算出恰好完全反应时氧氨比为
=1.25。
当接近完全反应时,O2和NH3的浓度都很小,反应速率很小,不利于氨的氧化。
规律方法
1.常见的工业生产流程的主线和核心
规律:
主线主产品、分支副产品、回头为循环。
核心考点:
物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、三废处理及能量的综合利用等。
2.解题思路
明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步发生的反应及得到的产物→结合基础理论与实际问题思考→注意答题模式与要点。
3.化工生产中常涉及计算的几种方法
(1)关系式法
①关系式法的涵义
实验、化工生产中及化学工作者进行科学研究时,往往涉及多步反应,通过找出起始物质和最终物质的量的关系,并据此列出比例式进行计算。
这种求解的方法,称为“关系式”法。
②建立关系式的常用方法
a.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(~2SO2~2SO3)~2H2SO4
硫黄制硫酸:
S(~SO2~SO3)~H2SO4
氨氧化法制硝酸:
NH3(~NO~NO2)~HNO3
磁铁矿炼铁:
Fe3O4~3Fe
b.化学方程式加合法
例如:
CO+H2(Ⅰ),CO+H2O
CO2+H2(Ⅱ),将(Ⅰ)式和(Ⅱ)式加合消去CO,得C+2H2O
CO2+2H2(Ⅲ);
再与N2+3H2
2NH3(Ⅳ)加合消去H2,得3C+6H2O+2N2===3CO2+4NH3,即C与NH3之间的理论关系式为3C~4NH3。
c.电子守恒法
如CN-
CNO-
CO2+N2,将CN-氧化为CO2和N2,失去5e-,而Cl2―→2Cl-得2e-,故关系式为2CN-~5Cl2。
(2)物质纯度、转化率、产率的计算
①矿物的纯度=
②原料利用率=
③原料转化率=原料利用率=1-原料损失率
④多步反应的总转化率=各步反应转化率的乘积
⑤产率(%)=
考点二 精细化工与农药、化肥、合成洗涤剂
1.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
①多品种、小批量、产值高;
②生产流程和设备复杂、综合性和功能性强;
③技术密集、附加值高。
2.化肥、农药在农业生产中的作用
(1)常见化肥的种类、生产原理、特点和用途
化学肥料
实例
生产原理
特点和用途
氮肥(含有氮元素的化肥)
CO(NH2)2(尿素)
NH4NO3
NH4HCO3
(NH4)2SO4
H2O等
CO2+2NH3
CO(NH2)2+H2O
NH3+HNO3===NH4NO3
NH3+CO2+H2O
氮是形成蛋白质、核酸、叶绿素的重要元素;
氮肥是速效肥料,使庄稼生长茂盛,与磷肥、钾肥配合,能达到增产的目的
磷肥(含有磷元素的化肥)
重过磷酸钙(重钙),主要成分为Ca(H2PO4)2;
过磷酸钙(普钙),主要成分为Ca(H2PO4)2·
H2O和CaSO4;
钙镁磷肥,主要成分为Ca3(PO4)2和Mg3(PO4)2
氟磷矿石与硫酸、磷酸反应,如2Ca5(PO4)3F+7H2SO4
3Ca(H2PO4)2+7CaSO4+2HF↑
磷肥能促进作物根系发达,增强抗寒、抗旱能力,能促进作物提早成熟,穗粒增多,子粒饱满
钾肥(含有钾元素的化肥)
KCl
K2SO4
K2CO3
(1)从固态钾盐矿、液态钾盐卤以及工农业含钾的副产品和废料中获取;
(2)烧制草木灰获取
易溶于水,易被吸收,能促进作物生长、增强抗病虫害和抗倒伏能力
复合肥料(含有N、P、K中的2种或2种以上营养元素的化肥)
KNO3
(NH4)2HPO4
NH4H2PO4
(1)2NH3+H3PO4===
(NH4)2HPO4;
NH3+H3PO4===NH4H2PO4;
(2)将单一肥料按一定比例配合
能同时均匀地供给作物几种养分,充分发挥营养元素间的相互作用,有效成分高,还能根据实际需要专门加工配制
微量元素肥料
锰肥、硼肥、铜肥、锌肥、铁肥等
选用废玻璃、粉煤灰、炼炉渣和矿石等为原料,将作物所需的微量元素固定在玻璃细粉颗粒中,由于玻璃微溶于水,微量元素就可以从玻璃中缓慢释放出来
不易被雨水冲洗,肥效时间长,不污染环境,充分利用固体废弃物
(2)农药——农作物的保护神
①分类
②农药对土壤和环境造成的不良影响
a.对农产品造成污染,危及食品安全;
b.对环境造成严重污染,危及人类身体健康和生命安全;
c.破坏生物链,影响生态平衡。
3.肥皂与合成洗涤剂
肥皂
合成洗涤剂
有效成分
硬脂酸钠
烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠
油脂(较贵,但可再生)
石油(便宜,但石油资源有限)
(C17H35COO)3C3H5+3NaOH
3C17H35COONa+C3H5(OH)3
去污原理
分子中同时含有亲水基和亲油基,在浸泡、搓洗、漂洗等过程中肥皂(合成洗涤剂)、油污、水之间发生润湿、乳化和起泡三种主要作用而达到去污目的
去污能力
强
更强
与硬水作用
生成高级脂肪酸钙、镁盐沉淀,使肥皂丧失去污能力
生成的钙、镁盐能溶于水,不会丧失去污能力
稳定性
长期储存易变质
不易变质
对环境
的影响
在自然界能被微生物分解,不会积累污染水源
有的很稳定,不能被微生物分解,积累而污染水源;
有的含磷,造成水体富营养化,使水质变坏
题组一 化肥、农药在农业生产中的应用
1.农作物生长不仅需要阳光、空气和水,还需要多种化学元素。
当植物缺乏N元素时,表现为植株生长缓慢、叶色发黄,严重时叶片脱落直至死亡。
而农作物的生长仅靠土壤中的N元素不能满足生长的需要,必须靠施肥
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 届高考化学一轮复习 化学与工农业生产 高考 化学 一轮 复习 工农业生产