化工生產(chǎn)化學(xué)的魅力與化學(xué)家責(zé)任

1、化學(xué)的魅力與化學(xué)家的責(zé)任化學(xué)的魅力化學(xué)是一門中心的、實(shí)用的、創(chuàng)造性的學(xué)科化學(xué)是一門滿足社會需要的中心科學(xué) 原美國科學(xué)顧問皮門答爾（G.C.Pimentel)計算機(jī)科學(xué)數(shù)學(xué)能源科學(xué)材料科學(xué)物理學(xué)生命科學(xué)化學(xué) 世博會是人類文明的盛會世博會是各國展示科學(xué)精神、科學(xué)理念、科技成就、科技實(shí)力與智慧成果的盛會。上海世博演藝中心世博會是各國展示科學(xué)精神、科學(xué)理念、科技成就、科技實(shí)力與智慧成果的盛會。上海世博演藝中心候氏聯(lián)合制堿法 侯德榜先生 中國早期的永利制堿廠1926年費(fèi)城萬國博覽會侯氏制堿法的兩大革新在侯德榜生產(chǎn)純堿的過程中，能清楚地看到大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性，利用一個廠的廢料，作為另一個廠主要原料。這

2、樣不僅在生產(chǎn)上便于管理，而且降低了產(chǎn)品純堿和氮肥的成本。由于母液的循環(huán)使用，大大提高了食鹽的利用率，應(yīng)用同量的食鹽，能比氨堿法生產(chǎn)出更多量的純堿。幾乎不產(chǎn)生廢棄物，對環(huán)境十分友好 評價一種化工產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過程，關(guān)鍵是要看能否利用廉價、易得的自然資源和基礎(chǔ)化工原料來最大限度地獲取目標(biāo)產(chǎn)物，并從反應(yīng)體系中提取有用的副產(chǎn)品或讓部分未轉(zhuǎn)化的原材料循環(huán)使用，盡量做到物盡其用，聯(lián)合制堿法為此提供了一個典型的范例。 化工生產(chǎn)的基本原則充分利用原料考慮物料平衡充分利用能量 保護(hù)環(huán)境遵循綠色化學(xué)的理念和原則化工生產(chǎn)的基本原則 綠色化學(xué)簡介綠色化學(xué)又稱:環(huán)境無害化學(xué) (EnvironmentallyBenign

3、Chemistry)、環(huán)境友好化學(xué) (EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清潔化學(xué) (CleanChemistry) 綠色化學(xué)是新世紀(jì)人們追求健康，環(huán)保，生態(tài)平衡的趨勢。其理想是使污染消除在生產(chǎn)的源頭，使整個合成過程和生產(chǎn)過程對環(huán)境友好，從根本上消除污染。 綠色化學(xué)的主要內(nèi)容無毒無害原料可再生資源環(huán)境友好產(chǎn)品 回歸自然廢物回收利用無毒無害催化劑 無毒無害溶劑原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng) 具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，即反應(yīng)具有高選擇性，極少副產(chǎn)品，甚至實(shí)現(xiàn)零排放； Barry Trost：原子經(jīng)濟(jì)性(Atom Economy)概念 A B C D A B C 綠色有機(jī)合成應(yīng)該是原子經(jīng)濟(jì)性

4、的，即原料的原子100%轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，不產(chǎn)生廢棄物。 產(chǎn)物廢物或副產(chǎn)物廢物為零典型的化工生產(chǎn)模式一個典型的化工生產(chǎn)過程大致由三個部分組成，原料的預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)物的分離和精制，很顯然，化學(xué)反應(yīng)過程是化工生產(chǎn)過程的核心原料產(chǎn)品廢料預(yù)處理化學(xué)反應(yīng)循環(huán)分離與提純 化工生產(chǎn)的一般解題思路從題中你獲得了那些信息？了解題中所求并解題需要的化學(xué)原理的知識需要化學(xué)實(shí)驗的知識需要的化工生產(chǎn)工藝的知識仔細(xì)復(fù)核和檢查你的答案是否準(zhǔn)確合理？應(yīng)對生產(chǎn)流程問題，還是堅持用實(shí)驗原理、裝置原料和操作原理三結(jié)合的原則，細(xì)心解讀，有針對性地作答。特別注意：原料及中間物、產(chǎn)物的流向思考裝置及操作的作用物質(zhì)間的分離、提純方法、鑒別

5、產(chǎn)物、離子的方法用綠色化學(xué)的理念進(jìn)行評價本題考查的主要核心化學(xué)知識（運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡原理對適宜生產(chǎn)條件進(jìn)行解釋，反應(yīng)熱的簡單計算等）生產(chǎn)技術(shù)知識是怎樣的生產(chǎn)工藝技術(shù)意識是認(rèn)識化學(xué)原理對生產(chǎn)技術(shù)的指導(dǎo)作用。（如綠色化學(xué)的層面) 請回顧和分析一下學(xué)過的化工生產(chǎn)中體現(xiàn)化工生產(chǎn)基本原理的環(huán)節(jié)和作用交流與討論原因是化學(xué)，德國人早就對合成硝酸進(jìn)行了研究。1908年，德國化學(xué)家哈伯首先在實(shí)驗室合成了氨氣，產(chǎn)率雖然只有2%，但也是一項重大的突破，后來由化工專家博師提高了產(chǎn)率，完成了工業(yè)化設(shè)計，建立了年產(chǎn)1000噸氨的生產(chǎn)裝置，用氨氧化法可生產(chǎn)3000噸硝酸，利用這些硝酸可制造3500噸烈性炸藥梯恩梯

6、，這項工作在1913年便完成了，這就揭開了第一次世界大戰(zhàn)中的一個謎。 硝酸與第一次世界大戰(zhàn)之謎硝酸的用途 硝酸是一種重要的化工原料，常用來制備氮肥、染料、塑料、炸藥、硝酸鹽等。硝酸的工業(yè)制法有三種第一種是早在17世紀(jì)就使用的硝石法。它是利用鈉硝石跟濃硫酸共熱而得硝酸。 NaNO3+ H2SO4（濃） NaHSO4+HNO3第二種是電弧法。它是利用電弧使空氣中的氮?dú)夂脱鯕庵苯踊隙蒒O。 N2（g）+ O2（g） 2NO（g）即使在3 000，平衡混合物中也僅含有5的一氧化氮。第三種方法是氨氣催化氧化法聯(lián)想、質(zhì)疑: 如何獲得一氧化氮研究發(fā)現(xiàn)、氨氣與氧氣反應(yīng)可以生成多種不同的產(chǎn)物，4NH3 +

7、5O2 4NO + 6H2O 4NH3 + 4O2 2N2 O + 6H2O 4NH3 + 3O2 N2 + 6H2O 這三個反應(yīng)的反應(yīng)速率都很高。如果不控制反應(yīng)條件，一氧化氮的產(chǎn)率會很低，那么怎樣才能解決這個問題呢？為解決氨氧化（ammonia oxidation）遇到的難題，化學(xué)家們把目光集中到催化劑上，催化劑能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率并具有選擇性，如果能找到一種催化劑，它能加快主反應(yīng)的反應(yīng)速率，而對其他副反應(yīng)不起催化作用，這樣就可以只獲得所需要的一氧化氮了。（體現(xiàn)催化劑選擇性高的特點(diǎn)）鉑系催化劑通過大量催化劑篩選實(shí)驗，人們終于找到了可供工業(yè)使用的選擇性良好的催化劑，氨氧化用的鉑系催化劑是含銠和

8、鈀的鉑合金。工業(yè)上把鉑合金拉成細(xì)絲織成網(wǎng)狀，以利于增大接觸面積，使反應(yīng)氣體快速、充分地與催化劑接觸，因此又把它稱為鉑網(wǎng)。二：選擇吸收二氧化氮的條件交流、研討二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮的反應(yīng)，實(shí)際上是一個可以反應(yīng)，其正反應(yīng)是放熱，氣體總體積縮小的反應(yīng)。在學(xué)習(xí)合成氨時，已經(jīng)討論過合成氨條件的選擇，請采用類似的方法分析吸收二氧化氮的適宜條件。從反應(yīng)可知，在生成硝酸的同時又有一部分一氧化氮生成，在生產(chǎn)中應(yīng)該如何充分利用一氧化氮？由于因此降低溫度、增大壓強(qiáng)、有利于化學(xué)平衡向生成硝酸的方向移動。在二氧化氮吸收的設(shè)備中不斷補(bǔ)充空氣，將生成的一氧化氮再次進(jìn)行氧化、吸收三：如何制造濃硝酸？稀硝酸濃縮脫水

9、制濃硝酸以硝酸鎂或濃硫酸作脫水劑。將濃硝酸鎂溶液與稀硝酸按一定比例混合進(jìn)行蒸餾，由于硝酸鎂具有脫水作用，因此可以蒸出濃度較高的硝酸蒸汽將硝酸蒸氣再進(jìn)行精餾，即可得到含量在98%以上的硝酸蒸汽，冷凝后成濃硝酸。 探索尾氣凈化的途徑交流、研討硝酸廠的尾氣含有一氧化氮和二氧化氮等污染物，排放到大氣中會形成一股濃濃的黃煙，人們稱之黃龍尾氣及吸收 尾氣含 NO 、NO2 、N2等。用堿液吸收：2NaOH + NO+ NO2 2 NaNO2 +H2O 2NO2 + 2NaOH NaNO2 + NaNO3 + H2O 硝酸工業(yè)生產(chǎn)中的尾氣可用純堿溶液吸收，有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)為：2NO2 + Na2CO3 NaN

10、O3 + NaNO2 + CO2 NO + NO2 + Na2CO3 2NaNO2 + CO2 NH3空氣催化冷卻氨的催化氧化工藝流程96%HNO3NONO和50% HNO3NO2排放NaOH溶液補(bǔ)空氣水循環(huán)濃硫酸或 硝酸鎂蒸餾氧化爐吸收塔歸納總結(jié)2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO吸收塔硝酸的生成4NH3+5O2 4NO+6H2O氧化爐氨的氧化三方程兩設(shè)備兩階段計算式：NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O總結(jié)：工業(yè)制法(氨的催化氧化)原料：設(shè)備：氧化爐、吸收塔2NO+O2=2NO2原理：3NO2+H2O=2HNO3+NO(循環(huán)使用）（吸收塔）尾氣處理：有害氣體為N

11、O、NO2，用 吸收。反應(yīng)化學(xué)方程式：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O計算關(guān)系: NH3HNO3 NH3、空氣、水Pt4NH3+5O2 4NO+6H2O (氧化爐)NaOH溶液某化工廠為了綜合利用生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品CaSO4，與相鄰的合成氨廠聯(lián)合設(shè)計了以下制備(NH4)2SO4的工藝流程：請回答以下問題：（1）合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ，該反應(yīng)在 （填設(shè)備名）中發(fā)生。沉淀池中發(fā)生的主要反應(yīng)方程式 ，該反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是 。（2）在上述流程的沉淀池中通入足量氨氣的目的是 ，可以循環(huán)使用的X是 。（3）該生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品是 。從綠色化學(xué)和資源綜合利用的角度說明上述流程的主要優(yōu)點(diǎn)是 ；從物質(zhì)的性質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的角度考慮該流程的主要缺陷是 。 綠色化學(xué)永恒的主題設(shè)計、生產(chǎn)和使用環(huán)境友好產(chǎn)品環(huán)境友好在加工和應(yīng)用過程中及功能消失之后均不會對人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害 愛因斯坦的告