化学高考一轮复习课件第4章第7讲化工工艺流程非金属矿物加工及环境保护高中化学课件

无机化工原理在考查方面的另外一个着力点是以全新的信息考查化学反应原理在合成氨、工业制H2SO4、氯碱工业上及无机非金属材料方面的应用。中学化学需要掌握的重要的化工生产原理如下：化学工业合成氨工业主要原料：空气、化石燃料、水反应原理C＋H2O(g)CO＋H2H2O(g)＋COCO2＋H2N2＋3H22NH3主要设备：合成塔主要生产过程：原料气制备净化压缩合成分离第7讲化工工艺流程——非金属矿物加工及环境保护第四章常见的非金属及其化合物化学工业硫酸工业主要原料：空气、黄铁矿(硫铁矿)或硫黄、水反应原理与设备4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2——沸腾炉——接触室2SO2＋O22SO3SO3＋H2O===H2SO4——吸收塔生产过程：SO2的制取SO2的净化SO2的氧化SO3的吸收化学工业氯碱工业主要原料：饱和食盐水反应原理电极反应阴极：2H＋＋2e－==H2↑阳极：2Cl－-2e－==Cl2↑总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑主要设备：离子交换膜电解槽生产过程：粗盐水精制电解化学工业玻璃工业主要原料：石灰石、石英、纯碱反应原理CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑主要成分：Na2O·CaO·6SiO2解题策略解此类型题目的基本步骤是：①从题干中获取有用信息，了解生产的产品。②分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：A.反应物是什么，B.发生了什么反应，C.该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为了获得产品。③从问题中获取信息，帮助解题，了解流程后着手答题。对反应条件的分析可从以下几个方面着手：对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如可以从原料成本是否廉价，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护等方面考虑)。热点1含氯化合物的加工技术例1亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：已知：①NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO2·3H2O；②纯ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下较安全；③HClO2可看成是强酸。(1)160g/LNaOH溶液的物质的量浓度为，若要计算该溶液溶质的质量分数，还需要的一个条件是。(2)在发生器中鼓入空气的作用可能是(填序号)。A.将SO2氧化成SO3，增强酸性B.稀释ClO2以防止爆炸C.将NaClO3氧化成ClO2(3)吸收塔内的反应的化学方程式为，吸收塔的温度不能超过20℃，其目的是防止H2O2分解，写出H2O2分解的化学方程式：。(4)在碱性溶液中NaClO2比较稳定，所以吸收塔中应维持NaOH稍过量，判断NaOH是否过量的简单的实验方法是。(5)吸收塔中为防止NaClO2被还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。除H2O2外，还可以选择的还原剂是(填序号)。A.Na2O2B.Na2SC.FeCl2D.PbO(悬浊液)(6)从滤液中得到NaClO2·3H2O粗晶体的实验操作依次是(填序号)。A.蒸馏B.蒸发C.灼烧D.过滤E.冷却结晶要得到更纯的NaClO2·3H2O晶体必须进行的操作是(填操作名称)。解析(1)160g/LNaOH溶液表示的是1L溶液中含有NaOH的质量是160g，NaOH的物质的量是4mol，所以此溶液的物质的量浓度是4mol/L，若要计算该溶液溶质的质量分数，需要知道溶液的质量，所以还需要的条件是溶液的密度。(2)根据题给信息，纯ClO2易分解爆炸，由此可判断发生器中鼓入空气的作用是稀释ClO2以防止爆炸。(3)通过吸收塔内的反应制备NaClO2，ClO2是氧化剂，H2O2是还原剂，相应的氧化产物应是氧气，同时参加反应的还有NaOH，此反应的化学方程式应为：2NaOH＋2ClO2＋H2O2===2NaClO2＋2H2O＋O2；H2O2分解的化学方程式为2H2O2=====△2H2O＋O2↑。(4)判断NaOH是否过量可以采用测定溶液pH的方法。(5)本实验的目的是制备纯净的亚氯酸钠(NaClO2)，制备过程中选取的还原剂不能引入杂质，H2O2相应的产物是H2O和氧气，没有引入杂质。分析选项，Na2O2相应的产物是NaOH和氧气，不会引入杂质，PbO(悬浊液)相应的产物是PbO2固体，过滤可以除去。B、C都会引入杂质。(6)从滤液中得到粗晶体的步骤是蒸发、冷却结晶和过滤，或者直接冷却结晶、过滤。由粗晶体制得纯的晶体，则需要重结晶。答案(1)4mol/L该溶液的密度(2)B(3)2NaOH＋2ClO2＋H2O2===2NaClO2＋2H2O＋O22H2O2=====△2H2O＋O2↑(4)连续测定吸收塔内溶液的pH(5)AD(6)BED或ED重结晶方法技巧交叉分析法有些化工生产选用多组原材料，事先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题，为了便于分析掌握生产流程的原理，方便解题，最简单的方法，就是将提供的工艺流程示意图画分成几条生产流水线，上下交叉分析。构成交叉分析的题型，提供的工艺流程中至少有三个因素(多组原材料；中间产品；多种产品)和两条或多条生产流水线的化工生产工艺。利用交叉分析法解工艺流程题的关键，在于找准中间产品(因为有时会出现多种中间产品)和流水生产的分线，在分析过程中，抓住中间物质的有关联系，逐一破解。迁移应用1下图所示是以海水为原料，获得某产物的工艺流程图。已知在吸收塔中，溶液的pH显著减小。试回答下列问题：(1)图中两次氯化的作用是否相同？(选填“是”或“否”)。(2)吸收塔中反应的化学方程式为____________，第2次氯化的离子方程式为________________。(3)资料证实，在酸性介质中，第1次氯化过程中可用O2或空气替代。但在实际工业生产中为什么不用更廉价的空气替代Cl2？_________________。(4)本工艺的处理方法可简单概括为“空气吹出、X气体吸收、氯化”。某同学认为在工业生产过程中对第1次氯化液直接蒸馏也可得到产物，不必进行上述过程，请对该同学的说法作出正确的评价：________________________________________________________________________。解析本工艺流程是海水中Br－被Cl2氧化，然后用热空气吹出，根据题中信息，吸收塔内溶液pH显著减小，可确定气体X是SO2，吸收塔内反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，生成的Br－再被Cl2氧化，生成的Br2用蒸气蒸出，再冷凝得到液态溴。答案(1)是(2)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－(3)若用廉价的空气替代Cl2进行第1次氯化，反应的离子方程式为4Br－＋O2＋4H＋===2Br2＋2H2O，则反应时需要将大量的盐卤(浓度不大)酸化，反应后又要将废液中和才能排放，在经济上没有吸引力(4)氯化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏原料，产品成本高，“空气吹出、SO2吸收、氯化”的过程实际上是一个溴的富集过程，以提高其浓度，减少能源的消耗热点2含氮化合物的加工技术例2某一化工厂的生产流程如下图：(1)L、M的名称分别是、。(2)G―→H过程中为什么通入过量空气：____。(3)用电子式表示J：______________________。(4)写出饱和食盐水、E、F生成J和K(此条件下K为沉淀)的化学方程式：，要实现该反应，你认为应该如何操作：。解析根据流程示意图分析可知，用空气、焦炭和水为原材料，最终生产L、J和M的产品，首先必须生产中间产品E。这样，主要生产流水线至少有两条[液态空气(＋焦炭)—E—M；焦炭(＋液态空气)—E—L]。为了弄清该化工生产的生产工艺，须将这两条生产流水线交叉综合分析，最终解答题设的有关问题。答案(1)硝酸铵碳酸钠(2)提高NO的转化率(4)NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl向饱和的食盐水中先通入足量的NH3，再通入足量的CO2（3）迁移应用2工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：(1)简述原料气N2、H2的来源：______________。(2)下列可以代替硝酸镁加入到蒸馏塔中的是：________________________________________________________________________。A.浓硫酸B.氯化钙C.氯化镁D.生石灰(3)氨气和氧气145℃就开始反应，在不同温度和催化剂条件下生成不同产物(如图所示)：4NH3＋5O24NO＋6H2OK1＝1×1053(900℃)4NH3＋3O22＋6H2OK2＝1×1067(900℃)温度较低时以生成为主，温度高于900℃时，NO产率下降的原因：。吸收塔中需要补充空气的原因：______________________________________________。(4)尾气处理时，小型化工厂常用尿素作为氮氧化物的吸收剂，此法运行费用低，吸收效果好，不产生二次污染，吸收后尾气中NO和NO2的去除率高达99.95%。其主要的反应为氮氧化物混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素[CO(NH2)2]反应生成CO2和N2，请写出有关反应的化学方程式：，。解析硝酸镁是吸水剂，四个选项中各物质都具有吸水性，但只有浓硫酸对产物没有影响，生石灰可与硝酸反应，氯化钙、氯化镁中的Cl－会与H＋结合生成HCl，在加热时混在硝酸中。答案(1)N2来源于空气，H2来源于焦炭与水蒸气的反应(2)A(3)N2生成NO的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO的产率下降提高氨气的转化率，进一步与NO反应，尽可能多的生成所需产品(4)NO＋NO2＋H2O===2HNO2CO(NH2)2＋2HNO2===CO2↑＋2N2↑＋3H2O热点3含硫矿物的加工例3“低碳”既是时尚，也是环保要求。“低碳”在工业生产中意义重大，充分利用原材料，不排放或减少排放“三废”，不同工厂今后联合生产等都是很好的“低碳”生产方式。下面是几个工厂利用废气、废渣(液)联合生产化肥硫酸铵的工艺：请回答下列问题：(1)工艺操作①、②分别为、。(2)工业合成氨的化学方程式为：_______________。(3)写出生成“产品”的离子方程式：___________________________________________________________。(4)在实验室中检验合成氨厂排出的废气中是否含有氨气的方法是__________________________。(5)副产品的化学式为。该联合生产工艺中可以循环使用的物质是。解析(1)合成氨的原料之一氮气来源于空气，分离方法是将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气。(2)工业合成氨的条件是高温、高压和催化剂。(3)“产品”是硫酸铵，反应物是硫酸钙悬浊液、二氧化碳、氨气等，产物除产品硫酸铵外，还有碳酸钙沉淀。(4)氨气溶于水显碱性，实验室中可以用湿润的红色石蕊试纸检验，或利用氨气与氯化氢化合为氯化铵的反应进行检验等。(5)分析框图中各物质的关系可知“副产品”为氧化钙，能够循环使用的物质是二氧化碳。答案(1)将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气过滤(2)N2＋3H22NH3(3)CaSO4＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋2NH＋4＋SO2－4(4)用湿润的红色石蕊试纸放在导气管口，若试纸变蓝，则证明有NH3(或其他可行的方法)(5)CaOCO2方法技巧截段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工艺流程题，用截段分析法更容易找到解题的切入点。用截段分析法解工艺流程题是一种主流解题方法。因为当前化工生产为了降低成本、减少污染、增加效益，大