創(chuàng)新設計2014 2015學年高學第一單元走進化學工業(yè)課件人教版選修

單元歸納整合專題一|

以硫酸工業(yè)為例分析廠址選擇和綜合效益1．整體思路由于硫酸是腐蝕性液體，不便貯存和運輸，因此要求把硫酸廠建在靠近硫酸消費中心的地區(qū)。工廠規(guī)模的大小，主要由硫酸用量的多少來決定。硫酸廠選址應避開人口稠密的居民區(qū)和環(huán)境保護要求高的地區(qū)。2．概括整合

磷肥、曬鹽、脫硫等行業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的石膏，不僅污染水源，還占用了大量土地，利用它可以生產(chǎn)硫酸。在高溫條件下，用碳作還原劑，將硫酸鈣中的硫還原，再利用其還原產(chǎn)物制硫酸，由于這一過程需要消耗大量的能量，因而一般是聯(lián)產(chǎn)水泥，用石膏代替石灰石，在回轉(zhuǎn)窯中與焦炭、輔料一起煅燒，CaSO4被還原得到CaO和SO2，CaO與輔料反應制得水泥熟料，SO2隨窯氣排出，經(jīng)除塵、凈化、干燥、轉(zhuǎn)化、吸收等過程即可制得硫酸。(1)寫出在回轉(zhuǎn)窯中得到SO2的化學方程式______________________________，寫出CaO在回轉(zhuǎn)窯中與SiO2發(fā)生反應的化學方程式____________________?！镜淅?】?(2)下圖是硫酸工業(yè)中用到的設備之一，其名稱是________。在生產(chǎn)過程中，沒有采用加壓措施的原因是________________________。它有A、B、C、D四個氣體的進出口，已知經(jīng)除塵、凈化、干燥的氣體主要成分為N2、O2、SO2，填寫下表：序號進或出氣體的主要成分ABCD解析根據(jù)題給信息知，在焦炭的作用下，CaSO4被還原得到CaO和SO2，碳是還原劑，硫的化合價降低了，硫酸鈣是氧化劑，由此可得到回轉(zhuǎn)窯中發(fā)生的化學反應。結(jié)合硫酸工業(yè)的相關知識，這一過程實際上相當于硫酸工業(yè)的第一步：造氣。接下來氣體進入接觸室，進行接觸轉(zhuǎn)化，再進一步被吸收。(2)接觸室常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高了，加壓會增加生產(chǎn)成本(3)80%序號進或出氣體的主要成分A進N2

O2

SO2B出N2

O2

SO2

SO3C出N2

O2

SO2D進N2

O2

SO2專題二|

純堿的生產(chǎn)氨堿法聯(lián)合制堿法原料食鹽、氨氣、石灰石(經(jīng)煅燒后生成CO2和CaO)食鹽、氨氣、二氧化碳原理NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl+CO2↑＋H2O↑NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl+CO2↑＋H2O↑生產(chǎn)過程①制備氨鹽水②通CO2析出NaHCO3晶體并煅燒NaHCO3得到Na2CO3③向濾液(含NaCl、NH4Cl)中通入CO2后，與石灰乳混合，回收氨氣2NH4Cl＋Ca(OH)2

CaCl2＋2NH3↑＋2H2O制備氨鹽水②通CO2析出NaHCO3晶體并煅燒NaHCO3得到Na2CO3向濾液(含NaCl、NH4Cl)中加入NaCl粉末并通入氨氣析出NH4Cl，回收飽和食鹽水優(yōu)點原料便宜，步驟簡單原料利用率高，同時得到氮肥NH4Cl缺點產(chǎn)生大量CaCl2，食鹽利用率低△

工業(yè)制純堿時，第一步是通過飽和食鹽水、氨和二氧化碳反應，獲得碳酸氫鈉結(jié)晶，它的反應原理可以用下面的化學方程式表示：NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3NH4HCO3＋NaCl(飽和)===NaHCO3↓＋NH4Cl以上反應的總結(jié)果是放熱反應。請設計一個實驗，用最簡單的實驗裝置模擬實現(xiàn)這一過程，獲得NaHCO3結(jié)晶?？晒┻x擇的實驗用品有6mol·L－1鹽酸、6mol·L－1硫酸、濃氨水、氫氧化鈉、石灰石、氯化銨、食鹽、蒸餾水、冰，以及中學化學常用儀器?！镜淅?】?(1)畫出實驗裝置示意圖(包括反應時容器中的物質(zhì))，并在圖中玻璃容器旁自左至右分別用A、B、C…符號說明。(說明：①本題裝置示意圖中的儀器可以用下面的方法表示。②鐵架臺、石棉網(wǎng)、酒精燈、玻璃導管之間的連接膠管等，在示意圖中不必畫出。如需加熱，在加熱的儀器下方用“△”表示。)(2)請寫出圖中A、B、C…各玻璃容器中盛放物質(zhì)的化學式或名稱。A．__________；B.__________；C.__________；D.__________。(3)如何利用本題所提供的實驗用品，判斷所得到的產(chǎn)品是碳酸氫鈉的結(jié)晶，而不是碳酸氫銨或食鹽結(jié)晶？解析（2）分析反應原理，制NaHCO3需濃氨水、飽和NaCl溶液和CO2，由已知反應物首先應制備CO2并凈化。制NaHCO3是利用NaHCO3溶解度不大的原理，但整個反應過程是放熱的，根據(jù)影響固體溶解度的因素應降溫。由于濃氨水揮發(fā)出NH3，所以應作尾氣處理。答案

(1)示意圖見下圖。(2)CaCO3，并由漏斗加入6mol·L－1鹽酸蒸餾水冰水(或冷水)飽和氯化鈉的濃氨水溶液30%硫酸(3)取少量產(chǎn)品放在試管中，在酒精燈下加熱至不再有氣體放出時，停止加熱。試管中如有白色剩余物質(zhì)，則得到的產(chǎn)品不是碳酸氫銨。試管冷卻后，向其中加入適量鹽酸，產(chǎn)生大量氣泡，最后剩余物全部溶解，說明得到的結(jié)晶是碳酸氫鈉。如果加入鹽酸后，晶體全部溶解，但沒有氣泡產(chǎn)生，則得到的結(jié)晶是食鹽。接觸法制硫酸時涉及三個連續(xù)反應，所以在關于工業(yè)制硫酸的計算性題目中往往涉及這幾步連續(xù)反應的計算。而對于連續(xù)多步反應的計算通常使用關系式法，這樣就避免了對中間產(chǎn)物的繁瑣計算，節(jié)約了時間，提高了計算結(jié)果的準確性。關系式法解題需要找準關系式，找關系式的一般方法是根據(jù)涉及的多步反應的化學方程式，依照原子質(zhì)量守恒或電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒的原則找出連續(xù)多步反應中原子的轉(zhuǎn)化關系，如在用硫鐵礦制硫酸時，根據(jù)轉(zhuǎn)化過程中硫原子守恒的原則可以找到這樣的關系式：專題三|

硫酸工業(yè)中連續(xù)多步反應的計算FeS2——2SO2——2SO3——2H2SO4；或S——SO2——SO3——H2SO4在硫酸工業(yè)制硫酸的有關計算中通常就利用以上兩關系式解題。另外，在有關計算中往往還涉及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率和損失率的問題，這在連續(xù)多步反應的有關計算中也是一個難點問題。對于這一類的問題，需要我們掌握這樣幾個原則：(1)一種化合物中，一種元素的轉(zhuǎn)化率等于該化合物的轉(zhuǎn)化率，例如在FeS2向SO2轉(zhuǎn)化的過程中，若硫元素的轉(zhuǎn)化率為99%，則FeS2的轉(zhuǎn)化率也為99%。(2)在同一個化學反應或多個相關聯(lián)的化學反應中，具有個別元素質(zhì)量守恒關系的反應物和生成物，反應物的轉(zhuǎn)化率等于生成物的產(chǎn)率，例如在FeS2向SO2轉(zhuǎn)化的過程中，F(xiàn)eS2的轉(zhuǎn)化率必等于SO2的產(chǎn)率，在FeS2向H2SO4轉(zhuǎn)化的過程中，F(xiàn)eS2的轉(zhuǎn)化率等于H2SO4的產(chǎn)率。

黃鐵礦主要成分是FeS2。某硫酸廠在進行黃鐵礦成分測定時，取0.1000g樣品在空氣中充分灼燒，將生成的SO2氣體與足量Fe2(SO4)3溶液完全反應后，用濃度為0.02000mol·L－1的K2Cr2O7標準溶液滴定至終點，消耗K2Cr2O7標準溶液25.00mL。已知：SO2＋2Fe3＋＋2H2O===SO42－＋2Fe2＋＋4H＋Cr2O72－＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O(1)樣品中FeS2的質(zhì)量分數(shù)是(假設雜質(zhì)不參加反應)______。(2)若灼燒6gFeS2產(chǎn)生的SO2全部轉(zhuǎn)化為SO3氣體時放出9.83kJ熱量，產(chǎn)生的SO3與水全部化合生成H2SO4，放出13.03kJ熱量，寫出SO3氣體轉(zhuǎn)化為H2SO4的熱化學方程式