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第一讲化学与工农业生产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)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。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,如酸碱中和法、重金属离子沉淀法。(3)废渣利用:制砖或制造水泥,提炼贵重有色金属。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2SO2O22SO3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2SO2O22SO3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100%。原料利用率100%。原料转化率原料利用率1原料损失率。产率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,因为炉气中SO2会与杂质反应解析:选B。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:_。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。(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_。解析(1)分析其中的化学反应即可解答,中列出关系式:SO2 CaO1 mol1 molx可求得x mol,m(CaO) mol56 gmol1103kgg150 kg。(2)分析该新方法过程中的化学反应:Na2SO3H2OSO2=2NaHSO3,2NaHSO3Na2SO3H2OSO2,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。答案(1)SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O、CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O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)50(2)Na2SO3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解析:选A。硫酸工业生产过程中,接触室中发生的反应为2SO2O22SO3,所用催化剂为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(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)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_(填“”或“”)196 kJ,理由是_。(5)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2 7%、O2 11%、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_。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100%93.4%。答案:(1)以黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多,处理成本高(2)CD(3)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)(4)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)93.4%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。1温度2压强3催化剂加快反应速率但不影响平衡,能提高单位时间内氨的产量,目前工业上以铁触媒为催化剂。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。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:选B。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。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,
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