第1讲化学与工农业生产,一、硫酸的工业合成 1主要原料：硫黄(或黄铁矿)、空气和98.3%浓硫酸 2化学原理与硫酸工业生产流程,3化学原理在化工生产中的应用 (1)三个反应条件的确定 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。 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。 适当过量的空气：目的是提高SO2的转化率。,(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，反应充分进行；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)热交换原理的应用 由于2SO2O2 2SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，使反应后热的气体预热作为接触室的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。 (4)循环操作原理的应用 由于2SO2O2 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。,4“三废”处理和能量综合利用 (1)“三废”处理方法 尾气吸收：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O 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。 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 硫酸生产中的反应热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)。,【温馨提示】 (1)工业上用98.3%的H2SO4吸收SO3，是因为用水吸收会产生酸雾，腐蚀设备。 (2)煅烧黄铁矿制得的炉气中含有三种有害杂质：矿尘，砷、硒的化合物等，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。,工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为：SO2 7%，O2 11%，N2 82%)：,(1)已知SO2的催化氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？ _ _； (2)在400500 时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是_；,(3)选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？_(填“是”或“否”)，是否可以增大该反应所放出的热量？_(填“是”或“否”)； (4)为提高SO3的吸收率，实际生产中用_吸收SO3； (5)已知：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJ/mol，计算每生产一万吨98%硫酸所需要的SO3的质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。,【名师解析】 可逆反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJmol1 分析表格中数据： (1)压强相同时，升高温度，SO2的转化率减小，故升温，上述反应的平衡向逆反应方向移动，则正反应方向为放热反应。 (2)400500 范围内常压下SO2的转化率在97.8%以上，故不需要再采用高压措施。,(3)催化剂只能加快反应速率，提高单位时间内的产量，不能提高SO2的转化率及反应过程中放出的热量。 (4)实际生产中，不是用H2O吸收SO3，而是用98%的浓硫酸吸收，可以避免形成酸雾并提高吸收率。 (5)一万吨98%的H2SO4溶液中含H2SO4的质量：9.8109 g SO3H2SO4H 8098196.60.5 m(SO3)9.8109 gQ m(SO3)8.0109 g8.0103 t， Q9.83109(kJ)。,【答案】 (1)压强一定时，温度升高，SO2的转化率下降，说明升温有利于向逆反应方向进行，所以正反应为放热反应 (2)增大压强对提高SO2的转化率无显著影响，反而会增加成本 (3)否否(4)浓硫酸(5)8.0103 t9.83109 kJ,【归纳点评】 (1)催化剂只能改变可逆反应的化学反应速率，而不会使其平衡发生移动，故不能提高SO2的转化率及反应过程中放出的热量。 (2)对于可逆反应，其热化学方程式中的焓变是指可逆反应进行到底的热效应，计算时根据方程式按比例计算即可。,二、人工固氮技术合成氨 1主要原料：燃料(煤、天然气、石油)、空气和水 2生产原理：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)，该反应特点：可逆、放热、体积减小。 3原料气的制取 (1)N2来源于空气。 (2)H2来源于水与碳的产物或碳氢化合物 碳与H2O：CH2O COH2；COH2O CO2H2 甲烷与H2O：CH4H2O CO3H2；COH2O CO2H2,4适宜条件的选择 (1)理论条件分析,(2)实际生产条件 生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如氮气与氢气的配比为1.073。 压强 增大压强 1030 MPa 温度 升高温度 400500 ,【温馨提示】 (1)电解食盐水也可提供原料气：氢气。 (2)选择生产条件时要考虑实际生产中的原料来源、动力、材料、设备等因素，以取得最佳经济效益。,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。 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。,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 0.9n 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)整个流程有三处循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3(aq)循环，请在上述流程图中标出第三处循环(循环方向、循环物质)。,【名师解析】 (1)流程图中已给出反应物是H2S和Fe(OH)3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4没有参与反应，写出方程式再配平即可。 (2)写出此反应的方程式：CH4H2O=CO3H2，就很容易地看出产生H2应为30.9n mol2.7n mol。 (3)CO2为气体，加压有利于平衡右移，利用的是勒夏特列原理。 (4)此题考查了考生对CO2用途的记忆，写出任一种用途即可。 (5)合成氨反应是一可逆反应，H2和N2的转化率低，必须循环利用。,【答案】 (1)3H2S2Fe(OH)3=Fe2S36H2O (2)2.7n(3)B (4)生产纯碱(或作制冷剂等，其他合理答案也可以),(5),三、纯碱的生产,比利时人索尔维以NaCl、CO2、H2O为原料生产Na2CO3，叫做索尔维法。其主要步骤是：在NH3饱和的NaCl溶液中通入CO2制得NaHCO3再将NaHCO3焙烧制得纯碱，CO2循环使用析出小苏打的母液中加入生石灰，NH3循环使用 我国著名化学家侯德榜对索尔维法做了改进，用NaCl固体代替生石灰，加入母液中使NH4Cl晶体析出，生产出纯碱和氯化铵，这便是举世闻名的“侯氏制碱法”。试回答：,(1)向母液中通入氨气的作用和目的是_。 (2)在NH3饱和的NaCl溶液中通入CO2的化学反应方程式为 _。 (3)不能在NaCl溶液中通入CO2制取NaHCO3的原因是 _ _。,【名师解析】 因为碳酸的酸性比盐酸弱(CO2与NaCl不反应)且CO2的溶解度也小，所以应向饱和氯化钠溶液中首先通入氨气，然后再通入二氧化碳气体，从而产生碳酸氢钠沉淀。侯氏制碱法优点在于可作为化肥的NH4Cl析出，减少无用的CaCl2，保证原料NaCl充分利用，没有废渣，减少污染。,(4)析出小苏打的母液中加入生石灰的反应方程式是 _。 (5)侯氏制碱法与索尔维法相比其优点是_。,【答案】 (1)向母液中通入氨气，利用氨在水中极易溶解的性质，增加溶液吸收CO2的量，最终生成较大浓度的HCO3 (2)NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl (3)碳酸的酸性比盐酸弱，CO2与NaCl不反应，CO2的溶解度也小 (4)2NH4ClCaOH2O=2NH3H2OCaCl2 (5)可作为化肥的NH4Cl析出，减少无用的CaCl2，原料NaCl充分利用，没有废渣，减少污染,四、化肥、农药和表面活性剂 1常见化肥 (1)农业生产常用肥料：农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和钾肥，目前使用最广的磷肥是过磷酸钙，简称普钙，主要成分是Ca(H2PO4)2H2O和CaSO4；农业上常用的钾肥有草木灰、氯化钾、硫酸钾和硝酸钾等。 (2)常见化肥的制造原理：尿素的生产原理是将氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。涉及的反应有：2NH3CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4H2NCONH2H2O；硝酸铵的生产原理是利用氨催化氧化得到的硝酸，再跟氨反应生成硝酸铵。涉及的反应有：4NH35O2催化剂高温4NO6H2O、2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NO、NH3HNO3=NH4NO3。,2化肥、农药带来的环境问题及应对措施 (1)化肥对土壤和环境造成的不良影响：如在同一块地上长期单施氮肥如硫酸铵，往往造成土壤板结，肥力下降；在酸性土壤中连续施用生理酸性肥料，会使土壤酸性加重，影响作物正常生长；过量施用氮肥还会造成环境污染等。 应对措施：合理施用化肥也可以避免土壤结构的破坏和环境的污染。 (2)农药对土壤和环境造成的不良影响：一是有毒有害物质对农产品造成污染，造成食品安全问题；二是农药生产对自然环境造成污染，带来了严重的环境问题；三是农药对生物群落的影响广泛而复杂。 应对措施：研发环境友好的绿色农药。,3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