高中化学选修2-【化学与技术】知识点总结_2014高考)

高中化学选修2-【化学与技术】知识点总结
第一章 化学与工农业生产
二．知识归纳
工业制硫酸
1．原料：主要有硫铁矿、（或者硫磺）、空气、有色金属冶炼的烟气、石膏等。

2．生产流程
(1)SO 2的制取 (设备：沸腾炉)
①硫黄S ＋O 2 =====点燃SO 2 ②原料为硫铁矿4FeS ＋11O 2=====高温
8SO 2＋2Fe 2O 3。

(2)SO 2的催化氧化 (设备：接触室)： 2SO 2+O 2 催化剂
2SO 3 (3)SO 3的吸收 (设备：吸收塔)： SO 3＋H 2O===H 2SO 4。

注意：工业上用98％的浓硫酸吸收SO 3 ，这样可避免形成酸雾并提升吸收效率。

3．三废的利用
(1)尾气吸收废气中的SO 2用氨水吸收，生成的(NH 4)2SO 4作化肥，SO 2循环使用。

SO 2＋2NH 3＋H 2O===(NH 4)2SO 3或SO 2＋NH 3＋H 2O===NH 4HSO 3
(NH 4)2SO 3＋H 2SO 4===(NH 4)2SO 4＋SO 2↑＋H 2O 或2NH 4HSO 3＋H 2SO 4===(NH 4)2SO 4＋2SO 2↑＋2H 2O (2)污水处理：废水可用Ca(OH)2中和，发生反应为SO 2＋Ca(OH)2===CaSO 3↓＋H 2O 。

(3)废渣的处理
作水泥或用于建筑材料；回收有色金属等综合利用。

4.反应条件： 2SO 2+O 2 催化剂
2SO 3 放热 可逆反应（低温、高压会提升转化率） 转化率、控制条件的成本、实际可能性。

即选：400℃～500℃，常压，五氧化二钒 （V 2O 5 ）作催化剂。

5．以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：
人工固氮技术——合成氨
1．反应原理
N 2+3H 2
催化剂 高温高压
2NH 3 ΔH ＜0
反应特点：(1)该反应为可逆反应。

(2)正反应为气体体积减小的反应。

(3)正反应为放热反应。

2．条件的选择
结合反应的三个特点及实际生产中的动力，材料设备，成本等因素，得出合成氨的适宜条件是：(1)压强：20MPa ～50MPa ； (2)温度：500℃ ； (3)催化剂：铁触媒 ；(4)循环操作：反应混合气通过冷凝器，使氨液化并分离出来，N 2、H 2再通过循环压缩机送入合成塔。

3．生产流程 (1)造气
①N 2：可用分离液态空气获得。

②H 2： a.利用焦炭制取：C ＋H 2O=====高温
CO ＋H 2
b ．利用CH 4制取：CH 4＋H 2O=====高温
CO ＋3H 2
(2)净化：原料气净化处理，防止催化剂中毒。

(3)合成：N 2和H 2通过压缩机进入合成塔并发生反应。

(4)三废的利用
①废气：主要有H 2S ，SO 2和CO 2等。

采用直接氧化法、循环法处理，CO 2作为生产尿素和碳铵的原料。

②废水：主要含氰化物和氨，分别采用不同的方法处理。

③废渣：主要含炭黑和煤渣，可作建筑材料或用作肥料的原料。

工业制纯碱
1.原料
氨碱法（又叫索尔维法）：食盐、氨气、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)。

结合制碱法（又叫侯式制碱法）：食盐、氨气、二氧化碳(合成氨厂的废气)。

2．主要反应原理 二者基本相同：
NaCl ＋NH 3＋CO 2＋H 2O===NaHCO 3↓＋NH 4Cl
2NaHCO 3=====△
Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O 3．生产过程
第一步：二者基本相同；将NH 3通入饱和食盐水形成氨盐水，再通入CO 2生成NaHCO 3沉淀，经过滤、洗涤得到NaHCO 3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有NH 4Cl 和NaCl 的溶液。

第二步：氨碱法：NaHCO 3分解放出的CO 2 (2NaHCO 3=====△
Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O)、滤液(含NH 4Cl)与石灰乳混合加热产生的氨气回收循环使用[CaO ＋H 2O===Ca(OH)2、
2NH 4Cl ＋Ca(OH)2=====△
CaCl 2＋2NH 3↑＋2H 2O]。

结合制碱法：在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，能够使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。

此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上是氯化钠的饱和溶液，可循环使用。

4．综合评价
(1)氨碱法：①优点：原料(食盐和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都能够回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。

②缺点：原料食盐的利用率低，大约70%～74%，其余的食盐随CaCl 2溶液作为废液被抛弃；过程中产生了没多大用途且难以处理的CaCl 2。

(2)结合制碱法：使食盐的利用率提升到96%以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。

另外它综合利用了合成氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时生产出两种可贵的产品——纯碱的氯化铵；过程中不生成没多大用途、又难以处理的CaCl 2，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分表达了大规模结合生产的优越性。

第二章 化学与资源开发利用
二．知识归纳
天然水的净化
1．水的净化 (1)混凝法
常用明矾、绿矾、Fe 2(SO 4)3、FeSO 4、聚合铝等作混凝剂，用明矾净水的原理是： Al 3＋
＋3H 2O
Al(OH)3＋3H ＋。

(2)化学软化法
①煮沸法除暂时硬度：Ca(HCO 3)2=====△
CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O 。

Mg(HCO 3)2=====△ MgCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑、MgCO 3＋H 2O=====△ Mg(OH)2＋CO 2↑。

②药剂法：先加Ca(OH)2，再加Na 2CO 3。

③离子交换法：向硬水中加入离子交换剂(如NaR)，反应式为Ca 2＋
＋2NaR===CaR 2＋2Na ＋、Mg 2＋＋2NaR===MgR 2＋2Na ＋，且离子交换树脂能再生：CaR 2＋2Na ＋===2NaR ＋Ca 2＋。

2．污水处理 (1)中和法
酸性废水常用熟石灰中和，碱性废水常用H 2SO 4或H 2CO 3中和。

(2)沉淀法 Hg 2＋、Pb 2＋、Cu 2＋等重金属离子可用Na 2S 除去，反应的离子方程式为Hg 2＋＋S 2－===HgS ↓，Pb 2＋＋S 2－===PbS ↓，Cu 2＋＋S 2－
===CuS ↓。

3．海水淡化
常用方法为蒸馏法、电渗析法等。

注意：水的暂时硬度和永久硬度的区别：在于所含的主要阴离子种类的不同，由Mg(HCO 3)2或Ca(HCO 3)2所引起的水的硬度叫水的暂时硬度，由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的水的硬度叫水的永久硬度。

天然水的硬度是泛指暂时硬度和永久硬度的总和。

海水的综合利用
1．海水制盐
以蒸馏法为主，主要得到NaCl 和CaCl 2、MgCl 2、Na 2SO 4。

2．氯碱工业
(1)设备：离子交换膜（只允许Na +
通过）电解槽
(2)反应原理：2NaCl ＋2H 2O=====电解
2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑。

3．海水提溴 (1)工艺流程
(2)主要反应原理：Cl 2＋2Br －===Br 2＋2Cl －。

4．海水提镁 (1)工艺流程
(2)主要反应原理
CaCO 3=====高温
CaO ＋CO 2↑、CaO ＋H 2O===Ca(OH)2、Mg 2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca 2＋
、Mg(OH)2
＋2HCl===MgCl 2＋2H 2O 、MgCl 2(熔融)=====电解
Mg ＋Cl 2↑。

注意：①为提升反应中Mg 2＋
的浓度，将海水浓缩或用提取食盐后的盐卤。

②电解熔融MgCl 2生成的Cl 2可用于制盐酸，循环使用，节省成本。

③所得Mg(OH)2沉淀中含有的CaSO 4杂质在加盐酸前应除去，以保证MgCl 2的纯度。

石油、煤、天然气的综合利用
1．石油的综合利用
(1)分馏：分为常压分馏和减压分馏，每种馏分仍是混合物。

饱和烃，能使溴的四氯化碳溶液褪色，而直馏汽油不能。

②裂解气中主要含乙烯、丙烯、丁二烯等短链气态烃，而液化石油气是石油常压分馏的产物，主要含有丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及少量戊烷、戊烯和含硫化合物。

2．天然气的综合利用
除了直接用作燃料外，还能够制造合成氨原料气H 2，合成甲醇及其他化工原料。

例如：
天然气重整的方程式：CH 4＋H 2O=====高温CO ＋3H 2。

3．煤的综合利用
(1)煤的干馏：将煤隔绝空气增强热，使之分解的过程，得到的固态物质焦炭，液态物质煤焦油、粗氨水，气态物质焦炉气的成分为H 2、CH 4、CO 、CO 2、N 2等。

(2)煤的气化：是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。

主要反应：
2C(s)＋O 2(g)=====点燃2CO(g)，C(s)＋H 2O(g)=====高温CO(g)＋H 2(g)，CO ＋H 2O(g) =====高温CO 2＋H 2。

(3)煤的液化
①直接液化：煤与氢气作用生成液体燃料。

②间接液化：先把煤转化成CO 和H 2，再催化合成烃类燃料、醇类燃料及化学品等。

第三章 化学与材料的发展
二．知识归纳
1.无机非金属材料
第四章化学与技术的发展
二．知识归纳
化肥与农作物
化学与技术知识点
一、水的净化与污水处理
1.生活用水的净化
（1）基本流程：天然水+混凝剂过滤→清洁水+消毒剂→饮用水
天然水中溶解的主要气体是O2、CO2、H2S。

（2）除去水中的固体杂质和悬浮物：常用混凝剂为铝盐(如硫酸铝、明矾、碱式氯化铝等)、三价铁盐等。

原理为：Al3＋＋3H2O=Al(OH)3(胶体)＋3H＋，Fe3＋＋3H2O=Fe(OH)3(胶体)＋3H＋，生成的胶体能吸附水中的悬浮杂质而沉降，达到净水的效果。

（3）消毒：常用的消毒剂为氯气、漂白粉精、臭氧、二氧化氯等。

对自来水实行暴晒是为了除去水中少量的次氯酸。

水处理剂能杀菌消毒是因为它具有强氧化性。

过氧化钠不能用于自来水的杀菌消毒。

O3消毒的反应产物无毒无害。

（4）消除水中的异味：活性炭颗粒的比表面积大，吸附水平强，让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床能够除去水中的异味。

活性炭在水的净化过程中只发生物理变化。

通入CO2能够除去水中的Ca离子和调节溶液的pH
2.污水处理
①生物化学方法
通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥，在强力通入空气的条件下，微生物以水中的有机废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、水等无机物，从而达到净化污水的目的。

②中和法
酸性废水常用熟石灰中和，碱性废水常用H2SO4或CO2中和。

③沉淀法
Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋等重金属离子可用Na2S除去，反应的离子方程式为Hg2＋＋S2－===HgS ↓，Pb2＋＋S2－===PbS↓，Cu2＋＋S2－===CuS↓。

注意：①一般不采用离子交换法，因为离子交换法价格昂贵。

②过滤用到的玻璃仪器出烧杯外，还有漏斗、玻璃棒
③分离Hg是需在通风橱中实行，原因是Hg有挥发性，且有毒
④回收纯净的金属铜时应增加冷凝回流装置以防止污染。

3.水质检测的项目: BOD、有机物、N、P、重金属、pH值、悬浮物、溶解性固体、总碱度、
富营养化的检测项目: 水样的总铅、总铜、总铁、阴离子表面活性剂、氨氮值
硬水软化
1．暂时硬度和永久硬度
(1)硬水：含有较多钙、镁离子的水叫做硬水。

（雨水为软水）
检验硬水的简便方法：加入少量肥皂水（或饱和Na2CO3溶液），观察是否有沉淀生成
(2)水的硬度：一般把1 L水里含有10 mg CaO(或含相当于10 mg CaO的物质，如含7.1 mg MgO称1度1°)。

(3)暂时硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2引起的，称暂时硬度。

永久硬度：水的硬度是由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，称永久硬度。

判断暂时硬水和永久硬水的方法：加热煮沸，观察是否有沉淀生成
(4)硬水的缺点
①和肥皂反应时产生不溶性的沉淀，降低洗涤效果。

②钙盐镁盐的沉淀会造成锅垢，妨碍热传导，严重时还会导致锅炉爆炸。

③硬水的饮用还会对人体健康与日常生活造成一定的影响.
2．硬水软化
(1)目的：降低硬水中Ca2＋、Mg2＋的含量使之达到规定标准。

能使得到的软水中Ca2＋、Mg2＋的含量最低的方法是蒸馏法。

明矾不能软化硬水，因为它生成的氢氧化铝胶体只能吸附固体悬浮物，而不能除去Ca2＋、Mg2＋离子。

检测是否达到软化标准可用总硬度试纸测定。

(2)软化方法
①加热蒸馏法
②药剂软化法
石灰苏打法（先加石灰，再加纯碱）、磷酸钠法
③离子交换法
磺化煤作离子交换剂，磺化煤使用一段时间后会失去软化水平，可将其放置在8%~10%的食
盐水中浸泡以恢复软化水平
天然水要先通过阳离子交换树脂，再通过阴离子交换树脂。

海水淡化
（1）海水淡化又称脱盐，利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐脱除。

海水淡化的
方法有蒸馏法、膜法（电渗析、反渗透）、冷冻法、离子交换法等。

其中蒸馏法、膜法是主
要方法。

（2）常用方法
①蒸馏法能耗大，成本高；但设备相对简单，技术比较成熟
改进方法：采用降低容器内压强的方法，并安装热交换器。

原理：压强越大，液体的沸点越高。

②电渗析法耗能最少，成本较低，海水淡化大多采用这种方法
③反渗透法效率最高
④冷冻法需要大量的能源
二、氨的合成
一、氮的固定
1、定义：把大气中的游离态的氮转化为氮的化合物
缺氮: 植物的生长发育会迟缓或停滞
2、类别：①天然固定：豆科植物的根瘤菌固氮、雷雨天产生NO气体（N2 + O2 =放电= 2NO
2NO + O2 == 2NO2 3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO）
②人工固定：合成氨等。

二、合成氨工艺
（1）条件（尽可能加快反应速率和提升反应实行的水准）
①选择适宜的压强：20 MPa～50 MPa
②选择适宜的温度：450℃左右
③使用催化剂：铁触媒（催化剂活性受温度影响）
④采取循环操作：持续补充氮气和氢气并即时液化分离出氨，并将余下N2、H2送回合成塔，以提升原料的利用率。

（2）原料气的制备（N2主要来源于空气；H2主要来源于水和碳氢化合物）
制备N2的方法
①物理方法：加压、降温，使空气液化，然后减压升温，利用氮气、氧气的沸点不同，
把氮气分离出来
②化学方法：将空气通过灼热的炭层，然后通过碱液，得到氮气
制备H2的方法
将水蒸气通过炽热的煤层（或焦炭），使水蒸气与碳发生化学反应，生成一氧化碳和氢气。

（3）净化：防止催化剂中毒
（4）压缩：增大转化率
（5）热交换器：充分利用反应热，节约能源
三、合成氨的生产工艺
合成氨生产得到的氨能够直接用途肥料，也可用来生产硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵。

4NH3 + 5O2 =催化剂/加热= 4NO + 6H2O
2NO + O2 == 2NO2 3NO2 + H2O == 2HNO3 + NO
使用食盐、石灰石、氨能够制得纯碱
在饱和食盐水中通入足量的氨气，在通入足量的二氧化碳气体，并将反应装置昂在冰水中冷却，即可获得氢氧化钠晶体。

NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl
2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
氯碱成产
原理：电解饱和食盐水
离子交换膜的作用：
①防止Cl2和H2混合而引起爆炸
②避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH产品的质量
检验氯气：把湿润的淀粉碘化钾试纸放在电极附近，观察试纸是否变蓝
检验氢气：点燃看是否有爆鸣声
精制食盐水时，先依次加入BaCl2、Na2CO3、NaOH等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸，调节溶液的pH
三、硫酸工业
1.原理：
①造气 S + O2=点燃=SO2 4FeS2 + 11 O2 =高温= 2Fe2O3 + 8SO2
②接触氧化 2SO2 + O2=催化剂= 2SO3
③三氧化硫的吸收 SO3 + H2O ＝H2SO4
2.设备
①沸腾炉沸腾炉出来的高温炉气除含有二氧化硫外，还含有多种杂质，需要经过冷却、
除尘和酸洗
②接触室
③吸收塔三氧化硫用98.3%的硫酸吸收，得到浓硫酸或发烟硫酸。

不用水吸收是为了避免产生酸雾从而降低吸收效率
逆流方式能够使两者更好地接触吸收
尾气的处理方法之一为用氨水洗涤烟气脱硫
3.用途：生产化肥、清洗金属表面
飘尘能使空气中的SO2 转化为SO3，它的作用是载体。

镁和铝的冶炼
1.镁的冶炼
CaCO3 =高温= CaO＋CO2↑
CaO＋H2O＝Ca(OH)2
MgCl2＋Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓＋CaCl2
Mg(OH)2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O
MgCl2·6H2O =△/HCl= MgCl2＋6H2O
MgCl2(熔融) =通电= Mg＋Cl2↑
2.铝的冶炼
Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O
CO2＋2H2O＋NaAlO2＝Al(OH)3↓＋NaHCO3
2Al(OH)3 =△= Al2O3 ＋3H2O
2Al2O3 =通电= 4Al ＋ 3O2↑
4.注意
用于飞机制造业的重要材料是Mg-Al合金
合金的熔点比各组分的熔点都低
浓盐酸滴入浓硫酸可制备干燥的HCl气体，防止MgCl2水解
实行蒸发操作的主要仪器有蒸发皿、玻璃棒、酒精灯和坩埚钳
电解MgCl2而不是MgO是因为MgO的熔点很高，熔融时需要消耗大量的能量
电解生成的Cl2可用于制取HCl气体，以实现氯元素的循环。

向铝土矿通入水蒸汽的作用是加热，加快反应
Fe2O3除了能用于金属冶炼之外，还可用作颜料
有机药物制备
以氯苯为材料合成阿司匹林
合成洗涤剂的成产
主要成分：
表面活性剂:洗涤剂能够发挥去污作用的主要物质表面活性剂吸附在固体污垢上，可使污垢的附着水平下降，易离开表面进入洗液中。

由亲油基团和亲水基团两局部构成。

辅助成分：
助剂、泡沫促动剂、填料、配料、杀菌剂、织物柔顺剂、荧光增白剂及特殊添加剂等
纤维素的化学加工
纤维素的用途
①制造纤维素硝酸酯（硝化纤维）。

根据含N 量分为火棉（含N量较高，用于制造无烟火药）、胶棉（含N量较低，用于制赛璐珞和喷漆）
②制造纤维素乙酸酯（醋酸纤维），不易着火，用于制胶片。

③制造黏胶纤维（NaOH、CS2处理后所得，其中的长纤维称人造丝，短纤维称人造棉）
④棉麻纤维大量用于纺织工业
⑤木材、稻草、麦秸、蔗渣等用于造纸。

⑥食物中的纤维素有利于人的消化。

有机高分子合成
环境污染与化学防治
绿色化学与可持续发展。