1、高中化学新人教版 选修2系列课件,化学与技术,第一单元 走进化学工业,教学目标,、以硫酸工业为例，了解化工生产中的一些基本问题。 、知道生产硫酸的主要原理、原料、流程和意义。 、能用勒夏特列原理选择二氧化硫催化氧化的合适条件。 、了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。 、认识合成氨反应的特点，学会选择合成氨的适宜条件。 、认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重要意义。 、 掌握氨碱法制取纯碱的原料、原理及工艺流程。 、了解联合制碱法的原理。,第一章 走进化学工业,第一节 化学生产过程中 的基本问题,硫酸的性质,(1)物理性质:硫酸是一种无色,难挥发,易溶于水的油状液体。 浓硫酸溶于
2、水时会放出大量的热。因此,稀释硫酸时应该把_倒到_中,并_. (2)化学性质: 浓硫酸具有酸性,_性,_性和_性.,浓硫酸,水,不断搅拌,吸水,脱水,强氧化,硫酸的用途,思考: (1)自然界中有没有天然的硫酸? (2)工业上如何制取硫酸?,(一)硫酸工业生产的原理,思考:,1,自然界中存在的含硫的物质有哪些?,2.这些物质要经过哪些中间产物才能变成硫酸?,请写出有关的化学方程式!,硫酸生产反应式,(一)硫酸工业生产的原理,第一步：,第二步：,第三步：,以硫磺为原料:,(造气),(催化氧化),(吸收),工业中通常用98%的硫酸溶液代替水来吸收SO3,因此:工业上制硫酸主要分 _个生产过程.,硫酸
3、生产反应式,(二)硫酸工业原料的选择,以FeS2为原料,思考: 为什么不主张用黄铁矿(主要成分FeS2)作为原料生产硫酸?,因此:硫酸生产中的三种原料:硫磺(或黄铁矿), 空气,和水,制取硫酸流程图P5图1-2,H2SO4,SO3,SO2,S,FeS2,H2O,O2,O2,O2,V2O5,概括为：三个阶段，三个方程，三个设备,硫酸生产反应式,想一想:从生产硫酸的原理看,硫酸厂中的生 产设备最少应分几部分?,(三)硫酸工业生产的三个主要设备,沸 腾 炉图片,接 触 室图片,98.3%H2SO4,SO2 O2,SO2O2,SO2 O2,4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2,高温
4、,主要反应：,主要设备：,沸腾炉,1 . 二氧化硫的制取和净化,接 触 法 制 硫 酸,炉 气,SO2 O2 N2,水蒸气,砷和硒的化合物,矿尘,使催化剂中毒,对设备和生产有不良影响,净化措施：,除尘,洗涤,干燥,废渣的利用： 炼铁、制造水泥、制砖、提炼贵重金属,黄铁矿,空气,炉渣,炉气,2 . 二氧化硫氧化成三氧化硫,接触室 （转化器）,400-500 V2O5,主要反应：,主要设备：,二、接 触 法 制 硫 酸,二氧化硫与氧气是在催化剂的表面上 接触时起反应的，接触室和接触法的 名称由此而得。,3 . 三氧化硫的吸收和硫酸的生成,吸收塔,SO3 + H2O = H2SO4,为什么不用水来吸
5、收三氧化硫？,三氧化硫与水化合时，放出大量热。 易形成酸雾，不利于三氧化硫的吸收。 产物叫发烟硫酸,主要反应：,主要设备：,二、接 触 法 制 硫 酸,3 . 三氧化硫的吸收和硫酸的生成,吸收塔,SO3 + H2O = H2SO4,主要反应：,主要设备：,SO3,浓H2SO4,超浓H2SO4,至尾气处理,Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3+H2O,CaSO3+H2SO4=CaSO4+H2O+SO2,循环利用,尾气吸收,注意:工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温度下催化剂的活性.,应选择温度:(1)4005000C,硫酸工业生产的适宜条件:,生产中反应条件的控制,思考： 1、采取哪些
6、措施能加快反应速率？ 2、采取哪些措施能提高SO2的转化率？ 3、温度升高,SO2的转化率_,降低,低温下催化剂的活性不高，4005000C催化剂活性较高,阅读P6表1-2,思考压强的增大,SO2的转化率_,越高,注意:工业生产中压强的选择 往往还要考虑成本和能量消耗等问题,思考:是否压强越高越好 ?,硫酸工业生产的三个适宜条件:,应选择压强:(2)常压,生产中反应条件的控制,阅读P6表1-1,思考温度较_时,越有利于SO2转化为SO3?,注意:工业生产中反应温度的选择 往往还要考虑该温度下催化剂的活性.,思考:是否温度越低越有利于SO2 转化为SO3 ?,硫酸工业生产的三个适宜条件:,低,应
7、选择温度:(1)低温(4005000C),(1)4005000C (2)常压 (3)适当过量的空气,生产中反应条件的控制,硫酸工业生产的适宜条件:,1、如何处理尾气中的SO2?,2、,如何处理废水中的酸性物质?,3,如何利用废渣和生产过程中的产生的大量热能?,工业：,实验室：,aa,用石灰浆(Ca(OH)2或石灰石粉中和.,废渣:分离后循环利用,剩下的作铺路用的 沥青或用于制砖,生产中的三废处理,能量的充分利用,硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能(工厂里把它们叫做“废热”)以降低生产成本。,在沸腾炉旁设置“废热”锅炉，产生蒸汽来发电；在接触室中设热交换装置
8、。据测算，生产1t硫酸约需消耗100kWh的电能，而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相当于200kWh的电能。,化工生产过程:,(1)确定化学反应原理 (2)选择原料 (3)选择设备和工艺流程 (4)三废处理(环境保护) (5)能源的利用(综合经济利益) (6)其它问题(如厂址，成本，反应条件等问题）,小结:(本节课重点),1,工业上接触法制硫酸概括为“五个三” : 三种原料: 三个反应: 三个生产过程: 三个主要设备: 硫酸工业生产的三个适宜条件:2,硫酸生产中的废气及废液的处理方法.,硫磺(或黄铁矿),空气,和水,造气,催化氧化,吸收,沸 腾 炉,接 触 室,吸收塔,(1)低温(400
9、5000C) (2)常压 (3)适当过量的空气,P21 3、4、8,作业：,实践活动,通过查阅资料、上网、参观访问等方式进行调查，了解一些化工厂是如何利用废热的。,第一章 走进化学工业,第二节 人工固氮技术合成氨,1.在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。请解释原因。,N2 + O2 = 2NO,放电或高温,2NO + O2 = 2NO2,3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,雷雨发庄稼,神秘的魔鬼谷,氮的固定,将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定,(一)合成氨的反应原理,由氮气与氢气直接合成氨
10、的化学原理为:,(二)工业合成氨的原料的选择:,N2主要来源于_,氢气主要来源于_,空气,水和碳氢化合物,(如何从空气中分离出氮气？),(试写出C与水制取氢气的化学方程式),制取原料气的过程中常混有的气体杂质有_,CO,CO2 和H2S,(如何净化),(2)用稀氨水吸收H2S杂质： NH3H2OH2S=NH4HSH2O。 (3)使CO变成CO2：_。 (4)除去CO2(用K2CO3吸收)： _。,COH2O=CO2H2,K2CO3CO2H2O=2KHCO3,2、净化 (1)原料气净化的原因是有些杂质可使催化剂“中毒”。,3、将原料气合成氨与分离 从合成塔出来的混合气体，氨气占总体积的_，要把混
11、合气体通过冷凝器、_，再导入液氨贮灌。剩余气体再送回合成塔，循环利用(合成氨转化率较低，要采用循环操作）。,15%,分离器,(三)工业合成氨的基本生产过程:,1、造气：制备合成氨的原料气,2、净化：原料气的净化处理,3、合成：使原料气进行化学反应合成氨,二、合成氨反应条件的选择1、合成氨反应的特点：a、可逆反应b、正反应放热c、正反应是气体体积减小的反应。,高 温,高 压,高 压,低 温,使 用,不 影 响,问题3：请同学们分析下表。分别从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。 填 表,有利于增大化学反应速率,有利于提高平衡混合物中氨的含量,压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力
12、大，对材料、设备等要求高，因此，工业上一般采用1030 MPa的压强,有利于增大化学反应速率,有利于增大化学反应速率,不利于提高平衡混合物中氨的含量,温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中氨的含量，因此合成氨时温度要适宜。工业上一般采用500 左右的温度并且在这个温度时，催化剂的活性最大,没有影响,工业上一般采用铁触媒，使反应能在较低的温度下较快的反应,工业上合成氨的合适条件到底怎样？,使用催化剂：铁触媒（以Fe为主体的多成分催化剂）这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择合适的温度：450左右，该温度是为合成氨催化剂的活性温度； 选择合适的压强：10
13、MPa30MPa，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。,合成氨的适宜条件,哈伯和哈伯法合成氨,(四)工业合成氨的工业流程:,用图式表示合成氨的流程：,原料气的制取,净化,合成,分离,液氨,(四)工业合成氨的工业流程:,合成氨的实地照片,五、合成氨工业的发展 1原料及原料气的净化 原料气之一的氮气来自_，目前氢气主要通过不同的_态(煤和焦炭)、_态(石油中提炼的石脑油、重油)、_态(天然气、焦炉气)可燃物为原料制取。 2催化剂的改进 多年来一直用_作催化剂，目前有采用_为基础活性物质的新型催化剂。,空气,固,液,气,磁铁矿,钌,3环境保护 (1)废渣：主要是煤渣和炭黑，可用作肥料的
14、原料和建筑材料 (2)废气：主要是_和 _等有害气体，对H2S的处理，可用_法(选择性催化氧化)、_法(用溶剂吸收浓缩)，CO2可用来生产尿素和碳铵等。 (3)废液：主要是含_和含氨的污水，处理含氰化物污水主要有_、加压水解、氧化分解、_沉淀、反吹回炉等方法。处理含氨废水可用蒸馏的方法回收，也可用_治理。,H2S,CO2,直接氧化,循环,氰化物,生化,化学,离子交换法,练习：,合成氨所需的 可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为： （正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（ ） A增大压强 B降低温度 C增大水蒸气浓度 D加催化剂合成氨工业有下列流程：原料气制备；氨的合成；原料气净
15、化和压缩；氨的分离。其先后顺序为（ ）A B C D,科学史话,合成氨与诺贝尔奖,1918年，德国化学家哈伯由于实现合成氨的工业化生产及合成氨研究对化学理论发展的推动，获得诺贝尔化学奖。,利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，大约经历了150 年的时间。,1931年，德国化学家卡尔博施因为改进合成氨的工业方法而获诺贝尔化学奖。,2007年，德国化学家格哈德埃特尔因发现“哈伯波施法”的作用机理并推动表面化学动力学的研究而获诺贝尔化学奖。,小结：,工业合成氨: (1)原理与过程: (2)原料： (3)合成条件: (4)三废处理:,三、合成氨的生产工艺
16、,原料：,空气、水、燃料,原料气的制备,净化,压缩,(防止催化剂中毒),合成,分离,液氨,N2、H2,中学化学资料网 http:/www.e- 他是中国化学工业史上一位杰出的科学家,2 他所著的纯碱制造被世界各国化工界公认为制碱工业的权威专著,3 他创立了中国人自己的制碱工艺侯氏制碱法,猜猜看,第一章 走进化学工业,第三节 纯碱的生产,纯碱的化学名称:Na2CO3,俗名：纯碱、苏打,你,知道纯碱的用途吗？,关于纯碱的一些常识,碳酸钠的用途：发酵粉、洗碗、制肥皂、制药、制松花蛋、纺织 、玻璃、造纸、漂染，还可以用 于其他含钠化合物的制备。,想一想,自然界中哪些地方存在纯碱？,寸草不生的盐碱地,自
17、然界中有纯碱吗？,内蒙古鄂尔多斯碱湖,鄂尔多斯天然碱厂,如何获得自然界中的纯碱？,获得天然纯碱的方法：（1）一些生长在一些生长在盐碱地和海岸附近的植物中含有碳酸钠，可以从植物的灰烬中提取。（2）当冬季来临时，碱湖中所含的碳酸钠结晶析出，经过简单的加工就可以使用。,思考与交流,1.从天然碱的形成推测碳酸钠在水中 结晶析出主要受到哪些因素的影响？,改变温度、结晶水合物的组成以及溶剂水的质量等因素，可以改变碳酸钠在水中的溶解情况，提高结晶析出的速率和质量（纯度）。,2.根据天然碱的存在及其主要化学成分，请设想工业生产碳酸钠的主要原料是什么？,碳酸钠中含有钠离子和碳酸根离子。自然界中存在的含钠离子的化
18、合物很多，大量存在的、最常见的是氯化钠；因此，氯化钠是比较理想的生产原料之一。碳酸根可以有碳酸盐直接提供，也可有由二氧化碳制取，较为理想的原料是碳酸钙。,纯碱生产车间,纯碱的生产,思考与交流,根据天然碱的存在及其主要化学成分，请你设想工业生产碳酸钠的主要原料是什么？为什么？,Na2CO3,CaCO3,NaCl,两种著名的制碱技术,(1)氨碱法制纯碱(索尔维制碱法)(2)联合制碱法(侯氏制碱法),一、氨碱法生产纯碱,CaCO3=CO2+CaO,NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl,2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O,CaO+H2O=Ca(OH)2,2NH4Cl+C
19、a(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O,产品,副产品,优点：,不足：,原料便宜,成品纯度高,氯化钠利用率低,氨和部分二氧化碳可循环使用,制作步骤简单,产生了当时认为无用的氯化钙,请分析氨碱法的优点？ 有不足之处吗？,侯得榜,联合制碱法(侯氏制碱法),二、联合制碱法,（侯氏制碱法）,NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl,2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O,原料,NH3,CO2,（原料，来自合成氨）,（副产品）,根据联合制碱法生产原理示意图，分析比较它与氨碱法的有哪些异同？优点是什么？,所谓联合，就是将氨减法与合成氨工艺进行联合的改进工艺，在合成氨生产中有CO
20、生成，我们是将其转化为CO2,在进行排放等处理，但是排空的CO2使原料利用不尽合理，而且对空气也有一定的污染，在联合制碱法中我们综合利用了合成氨的原料CO2和NH3，用来生产纯碱，既充分利用了合成氨的原料，也减少环境污染。,侯氏制碱法对氨碱法加以改进：将析出NaHCO3 的母液选在510时加入食盐粉末是不易结晶的NH4Cl 结晶析出，这不仅使原料NaCl 充分利用，又获得大量化肥，也使氨碱法中CaCl2 的处理问题得到解决。侯德榜为制碱做出的卓越贡献是值得我们骄傲和敬佩的！,总原理相同:,两种著名的制碱技术,原料来源和副产物不同,纯碱的工业的生产有三种方法：,1、路布兰法由于路布兰法有这么多缺
21、点：原料利用不充分、成本较高、设备腐蚀严重等，正是因为如此，促使人们研究新的制碱方法，直到19世纪60年代后逐渐被氨碱法所取代。（了解）, 2、氨碱法,本节课要掌握氨碱法的原料、原理和优缺点原料:CaCO3、NaCl 、NH3 （炼焦）原理：优点：原料便宜易得，氨和部分二氧化碳可循环利用，产品纯度高，步骤简单 。缺点：副产物氯化钙的处理问题及氯化钠的利用率低 （70）。 在氨碱法中，虽然它的优点很多，但是它的缺点也是一个问题，尽而有了第三种方法, 3、联合制碱法,联合制碱法也是本节课的重点，也要掌握。 掌握联合制碱法的原料、原理和优点：原料： NaCl、合成氨（ NH3、 CO2） 原理：优点：综合利用了合成氨的原料，提高了氯化钠的利用率减少了环境污染 。,上网查阅资料：,1、我国纯碱生产现状。,2、现阶段氯化钙的新用途。,作业：,再见,
