天津大学-化工导论-课件-第二章-无机化工

化工导论第二章无机化工无机化学工业是相对于有机化学工业而言的庞大工业部门，它是发展最早的化工部门，在推动化工技术的发展上作出过重要的贡献。例如在过去，曾以硫酸产量的多少为标志，来衡量一个国家化学工业的发达程度，但现在已让位给乙烯了。无机化工的特点1、无机化工发展历史长，对人类生存和科技发展具有积极的推动作用和影响。2、无机化工产品是重要的基本化工原料，产量大，通用性强。3、与有机化工产品相比，品种相对较少，生产过程相对简单。4、新型无机化工产品不断出现，有些是高科技产品，如锂离子电池材料等。无机化工原料无机化学工业的原料来源很广，大致可分五大类：空气、水、化学矿物、化石燃料（煤、石油、天然气等）及生物质资源。一、酸、碱（三酸、两碱）二、化肥（氮肥、磷肥、钾肥）三、无机盐产品（电池原料、水处理剂等）四、无机非金属材料（先进陶瓷、炭材料、人造金刚石等）主要无机化工产品和用途一、酸和碱1、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)；2、烧碱(氢氧化钠，NaOH)、纯碱(碳酸钠，Na2CO3)；3、无机盐(由金属离子或铵离子与酸根离子组成的物质）二、化肥1、氮肥（尿素、硝酸铵、氯化铵、硫酸铵等）；2、磷肥、钾肥和复合肥（偏磷酸钾、磷酸铵等）无机盐产品1、电池工业原料锌-锰电池-----用氯化锌和氯化铵作电解质，氯化汞作缓蚀剂；锂离子二次电池-----用钴酸锂、锰酸锂作正极材料；六氟磷酸锂、高氯酸锂作电解质。二次锂离子电池R6-----普通锌-锰电池（5号）R20-----普通锌-锰电池（1号）LR6-----碱性锌-锰电池（5号）无汞-----不含HgCl2缓蚀剂Li-MnO2-----锂（一次）电池Ni-Cd-----镍-镉（二次）电池Ni-MH-----镍-氢（二次）电池Li-ion-----锂离子（二次）电池水处理剂杀菌剂（抑制水中菌藻和微生物的滋长）----次氯酸钠、漂白粉等；絮凝剂（加快水中悬浮物和污泥的沉降）----硫酸铝、聚氯化铝、氯化铁等。无机非金属材料1、先进陶瓷（精细陶瓷或特种陶瓷）结构陶瓷----利用其热、机械、化学功能，具有耐热、耐磨损、高强度、高硬度、耐冲击、隔热性能的一大类陶瓷材料。功能陶瓷----利用其电、磁、声、光、催化、生物化学等功能，主要是作为绝缘材料、压电材料、磁性材料、电子材料、生物医用材料、抗菌陶瓷材料等。2、新型炭材料碳纤维----碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、热膨胀系数小等一系列优异性能。它们既作为结构材料承载负荷，又作为功能材料发挥作用。石墨的理想层面结构热处理过程中炭前躯体的结构变化圆形碳纤维碳纤维增强机翼螺旋状炭纤维人造金刚石----通常以纯石墨为原料，铁、铬等为催化剂，在高温高压下合成人造金刚石。近年出现新的低压合成方法：热丝化学气相沉积法（CVD法）、等离子体气相沉积法等。用于磨料、切削工具、电子器件涂膜等。C60家族碳纳米管----由碳原子组成的管状大分子，单壁纳米管的直径在0.4至1.8纳米。其抗张强度是高强合金钢的20倍；具有优异的场致发射功能。可用于纳米电路、更薄更省电的平面显示器、扫描电镜的探针、氢气储存等用途。碳纳米管用导电大分子碳制作的超细导线典型产品生产工艺接触法生产硫酸工艺（1）二氧化硫的制备（2）含二氧化硫原料气的净化（3）二氧化硫氧化为三氧化硫（4）三氧化硫的吸收接触法生产硫酸工艺硫铁矿二氧化硫制备原料气的净化三氧化硫制备二氧化硫吸收SO2+0.5O2SO3+QSO3+H2OH2SO4+Q4FeS+7O22Fe2O3+4SO2+Q稀硫酸洗涤,除去氧化砷等合成氨生产工艺1、原料气的制备造气过程以水蒸气作为气化剂，将原料煤或焦炭气化，得到的混合气叫水煤气；2、脱硫脱除对合成氨催化剂有害的硫化氢、二硫化碳、硫醇、硫醚、噻吩等。3、CO变换通过变换工序使得原料气中的一氧化碳与水蒸气作用变为氢和二氧化碳；4、脱CO2采用物理吸收和化学吸收方法，脱除原料气中的二氧化碳；5、氨的合成在高温（400oC）、高压（30MPa）和催化剂（Fe等）作用下，进行合成反应。合成氨生产工艺煤、焦炭水蒸气造气脱硫CO变换脱CO2CO+H2OCO2+H2N2+H2NH3C+H2OCO+H2合成无机化工的发展举例：（1）非晶硅太阳能电池材料（2）锂离子电池材料（3）高纯纳米碳酸钙第二章习题简答题1、无机化工包括哪些类产品？2、无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种？3、烧碱是用什么方法生产的？4、三酸两碱都包括那些酸和碱？5、最重要的氮肥是什么？其氮含量大约是多少？论述题1、简述硫酸生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。2、简述合成氨生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出主要反应方程式。