高三化学5.3化工生产-李芸

5.3化工生产曲阳李芸知识点讲解一、氯碱工业1、电解饱和食盐水原理（包括电子流动、电极反应式、物质检验、总方程式、电解、与电解池比较）工业生产中，为了避免产物氢气与氯气混合反应，需要使用特殊的电解槽——立式隔膜电解槽2、氯碱工业装置——立式隔膜电解槽电解原理示意图氯碱工业主要产品——烧碱、氢气、氯气、盐酸主要设备——阳离子交换膜电解槽。优点：阳极（金属钛）氯气不易腐蚀；阳离子交换膜隔成阴极室和阳极室，防止氢气氯气混合，防止氯气与氢氧化钠作用影响烧碱质量3、生产工艺流程4、饱和食盐水的精制讨论：如何从食盐水中除去Mg2+、Ca2+、SO42-等杂质饱和食盐水的精制，除去食盐中的Mg2+、Ca2+、SO42-——NaOH、Na2CO3、HCl5、氯碱工业的特点氯碱工业的特点除原料易得、生产流程较短外，主要还有两个突出问题：（l）能源消耗大:每生产1吨100％烧碱需耗电2580度，耗汽5吨，总能耗折标准煤10%NaOH16%NaCl溶液NaOHNa2CO3沉渣H2Cl250%NaOH溶液NaCl晶体脱盐精制电解化盐粗盐H2O为1.815吨。（3）腐蚀和污染氯碱产品如烧碱、盐酸等均具有强腐蚀性，在生产过程中使用的原料如石棉、汞和所产生的含氯废气都可能对环境造成污染，因此防止腐蚀和三废处理也一直是氯碱工业的努力方向。二、联合制碱工业纯碱是一种基本化工原料，自然界提供廉价的石灰石和氯化钠（海水），怎样转化为碳酸钠呢。1、索尔维法——氨碱法原料：食盐、氨、二氧化碳化学方程式：NH3＋CO2＋H2ONH4HCO3NH4HCO3＋NaClNaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3Na2CO3↓＋CO2↑＋H2O石灰石的作用：（1）提供二氧化碳，产生可循使用的氨气。CaCO3CaO＋CO2↑CaO＋H2OCa(OH)22NH4CI＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O2、候氏制碱法——联合制碱法人物介绍——我国化学家侯德榜原理：同索尔维法原料不同：焦炭、空气、水和食盐改进工艺：滤液不再加Ca(OH)2回收NH3，而是加固体食盐，使NH4CI析出，除去NH4CI后的母液循环使用制Na2CO3。不但使原料食盐得到充分利用，还生产出了化肥。3、归纳：氨碱法和联合制碱法比较化工生产基本原理氨碱法（索氏）联合制碱法（候氏）（1）充分利用原料食盐利用率低72%—74%，大量氯化钙作为废液排出原料利用率高98%，母液循环使用，同时生产碳酸钠和氯化铵两产品（2）充分利用能量有石灰窑、蒸氨塔等耗能设备，需燃料加热利用合成氨放出热量，降低了耗能。节省石灰窑、蒸氨塔等设备，提高生产效率（3）保护环境大量氯化钙作为废液排出，产生污染避免产生大量含氯化钙废液污染优点原料低廉，成本降低，氨循环原料利用率高，充分利用能加热高温利用产品纯度高，制造步骤简单量，几乎无污染，生产碳酸钠和氯化铵两产品，降低了生产成本缺点氯化钠未能，耗能大，产生氯化钙废弃物等污染不同之处析出碳酸钠后母液中继续加入食盐，通入氨气，使氯化铵析出，得到碳酸钠和氯化铵两种产品不同之处①联合制碱法将氯化铵作为一种化工产品，不再生产氨循环使用；②对分离出碳酸氢钠和氯化铵后含氯化钠的溶液循环使用。三、化工生产的一些基本原理1.充分利用原料2充分利用能量3.保护环境习题1、用石墨和铁作电极，电解饱和食盐水时，铁是（）A、正极B、负极C、阴极D、阳极2、下列生产步骤，不是为提高原料转化率的是（）A、合成氨生产时，在平衡混合气体中分离出氨气后，剩余气体循环使用B、接触法制硫酸时，在灼烧硫铁矿时通入过量的空气C、氨氧化制硝酸时，用过量的空气与氨气进行催化氧化D、生产盐酸时，使氯气被包围在稍过量的氢气中燃烧3、取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圆呈浅红色。则下列说法错误的是A、b电极是阴极B、a电极与电源的正极相连接C、电解过程中，水是氧化剂D、b电极附近溶液的pH变小4、氯碱工业的原料食盐一般来自，粗盐中含有SO42-、Mg2+和Ca2+等杂质离子，为保护电解槽在生产时不受损，必须除去后才能使用。选用的试剂为、、和盐酸，为除净杂质离子，加入的试剂应稍过量，这又不可避免地引入过量试剂的杂质离子。这就依靠人们设计出合理的添加试剂的顺序，使过量试剂引入的杂质离子逐一地被清除（即前一种过量试剂的杂质离子被后一种试剂清除）。如果设计不合理，就做不到这一点。整个除杂质的过程中发生的离子反应有。5、电解饱和食盐水时，阳极上产生的是，阴极上产生，用石棉隔膜把阳极区与阴极区隔开是为了防止发生（用有关化学方程式表示），。6、工业制纯碱涉及到的部分反应如下：NaCl＋NH3＋CO2＋H2ONaHCO3↓＋NH4Cl①CaCO3CaO＋CO2↑②N2＋3H22NH3③CaO+2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋H2O④2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑⑤（1）氨碱法和联合制碱法共同使用的反应原理有，属于氨碱法单独使用的反应原理有，属于联合制碱法单独使用的反应原理有。（2）碳酸氢钠分解产生的二氧化碳可循环使用，但必须要补充，补充的主要原因是，但实际生产中补充量超过理论上反应耗用量，可能的原因是。（3）氨碱法需补充的二氧化碳一定来自，那么联合制碱需补充的二氧化碳可能来自。（4）侯德榜法在虑去碳酸氢钠的母液中加入氯化钠并通氨气时，会析出氯化铵的原因是，比起氨碱法采用氨循环，联合制碱法的两个突出优点是，。7、仿照例子填写下表工业生产方法或装置作用发电粉碎煤炭、鼓入高压空气使煤炭充分燃烧，充分利用能源热交换器原料气循环使用尾气吸收8、利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：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）nmolCH4经一次转化后产生CO0.9nmol、产生H2mol（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（多选扣分）（a）相似相溶原理（b）勒沙特列原理（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）。煅烧高温高压催化剂加热9、将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaSO4·2H2O)转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。蒸氨过滤Ⅱ转化Ⅱ转化Ⅰ过滤Ⅰ吸收(NH4)2CO3NH3NH4ClCO2H2OCaOK2SO4H2OCaCO3(NH4)2SO4KClCaCl2·6H2OCaSO4·2H2O(1)本工艺中所用的原料除CaSO4·2H2O、KCl外，还需要等原料。(2)写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：________________。(3)过滤I操作所得固体中，除CaCO3外还含有(填化学式)等物质，该固体可用作生产水泥的原料。(4)过滤I操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32－的方法是：(5)已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：温度(℃)02060K2SO4溶解的量(g)7.411.118.260℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃，可析出K2SO4晶体g。(6)氯化钙结晶水合物(CaCl2·6H2O)是目前常用的无机储热材料，选择的依据是a．熔点较低(29℃熔化)b．能导电c．能制冷d．无毒(7)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是：_______________________________________________、____________________________________答案1、C2、D3、D4、海水，氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠，方程式略5、氯气，氢气和氢氧化钠，方程式略6、（1）①⑤，②④，③.（2）生产过程中CO2有一半转化成碳酸根被产品碳酸钠所带走（碳酸根来自CO2），所以要补充。在生产过程中还有损耗。（3）碳酸钙的分解；合成氨生产中用水煤气法制原料氢气时的付产品。（4）加入氯离子并使NH4+浓度增大，使溶解平衡移动；氯化钠的利用率大为提高，获取了有用产品氯化铵。7、硫酸生产或合成氨充分利用了反应中产生的能量合成氨充分利用可逆反应中未反应的原料气硫酸或硝酸生产防止污染环境8、（1）3H2S＋2Fe(OH)3→Fe2S3＋6H2O、（2）27n（3）b（3分）（4）生产纯碱（5）9、(1)CaCO3；NH3；H2O。(2)CaSO4＋CO32－=CaCO3↓＋SO42－。(3)CaSO4。(4)滤液中滴加盐酸产生气泡。(5)54g。(6)a；d。(7)碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙，氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙，氨在工艺中循环使用等(原子利用率高，没有有害物质排放到环境中)