Chap2无机化工全解
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• 新型碳材料：碳纤维及其复合材料，具有质量 轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕 变、导电、导热、热膨胀系数小等一系列优异 性能。应用于航空、航天、体育用品等。
碳纤维应用于体育用品
圆 形 碳 纤 维
碳 纤 维 增 强 机 翼
人造金刚石----以纯石墨为 原料，铁、铬等为催化剂， 在高温高压下合成制得。用 于磨料、切削工具、电子器 件涂膜等。
• 硅酸盐材料：主要有陶瓷、玻璃、水泥、耐火 材料4种，均是以硅酸盐矿物为原料的产品。
• 碳素材料：人造石墨、人造金刚石、碳纤维及 其复合材料
• 先进陶瓷：精细陶瓷或特种陶瓷
结构陶瓷----具有耐热、耐磨损、高强度、高硬 度、耐冲击、隔热性能好的一类陶瓷材料。
功能陶瓷----主要作为绝缘材料、压电材料、磁 性材料、电子材料、生物医用材料、抗菌陶瓷材 料等。
• 用途：具有独特的性能，良好的抛光剂、较好 的磁学性质。
可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、 电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、 精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩 材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材 料等。
• 中国拥有丰富的稀土矿产资源，探明的储量居 世界之首，而且成矿条件优越，堪称得天独厚。
• 盐酸(hydrochloric acid):
化工业中的常用酸，用量最多的是实验试剂。
• 主要有：烧碱 (氢氧化钠NaOH)、 纯碱 (碳酸钠， Na2CO3)
➢烧碱：NaOH, Sodium Hydroxide.化学工业最基础 的产品，通过电解食盐水制
得，2NaCl+2H2O →2NaOH+Cl2+H2，称为氯碱 工业。广西的南化（华南最
➢ 超纯试剂和纯电子气体——用于集成电路加工，生产 半导体材料单晶硅，使电子器件微型化、集成化、大 容量化、高速度化。
➢ 用非晶硅材料制成太阳能电池，是解决能源短缺的出 路之一。
➢ 超高纯纳米碳酸钙——用于电子业中的集成电路板、 陶瓷电容器、固体激光材料制造，光学业中的新型玻 璃、光纤维、荧光材料，等等
• 自然界中含氨的物质很少，目前均为人工合成。 • 合成方法
当今世界上最经济、应用最广泛的方法是
N2 + 3H2 2 NH3 • 我国的合成氨生产技术于70年代从国外引进。 • 我国合成氨的原料有：煤、石油、天然气。
煤 or 焦炭 水蒸气 空气
原料气制备 （造 气）
脱硫
C + H2O
CO + H2 水煤气
第二章 复习思考题
简答题 1. 无机化工包括哪类产品？ 2. 无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种？ 3. 烧碱是用什么方法生产的？ 4. 三酸两碱都包括那些酸和碱？ 5. 最重要的氮肥是什么？其氮含量大约是多少？ 6. 简述硫酸生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出 主要反应方程式。 7. 简述合成氨生产的主要步骤和每个步骤的目的，写 出主要反应方程式。
1.硫酸生产工艺（接触法）
硫铁矿 或硫磺
SO2制备
4FeS +7O2→2Fe2O3 + 4SO2 + Q or S + O2 → SO2+ Q
SO2原料气的净化
使用稀硫酸洗涤, 除去氧化 砷等杂质
三氧化硫制备 SO2 + ½ O2 SO3 + Q
三氧化硫吸收 SO3 + H2O H2SO4 + Q
1.氨: NH3, ammonia, 化学工业中产量最大的产 品之一，是制造化肥的主要原料和硝酸、纯碱、 磺胺类药物、炸药等的原料，用途极为广泛。
2.化肥：给植物提供养分，主要有氮肥、磷肥、 钾肥和复合肥，其中尿素（属于氮肥），因含氮 多、肥效好、污染小、成本低受欢迎，成为主要 的化肥品种。 3.尿素：urea,是由碳、氢、氧和氮组成的有机化 合物，也称为脲。无污染， 80%用作化肥，还作为饲 料的辅料，三聚氰胺的原料。
多达1000种，没有一个行业能离开它，例如： • 微量元素肥料—— 含有硼、铜、铁、锌的氧化物
或无机盐
• 荧光粉——在电视屏幕上产生彩色图像效果。 • 水处理剂：
次氯酸钠、漂白粉等——抑制水中菌藻和微生物 的滋长，即杀菌剂
硫酸铝、聚氯化铝、氯化铁等——加快水中悬浮 物和污泥的沉降，即絮凝剂。
• 指除金属以外的材料，传统上是指硅酸盐材料 和碳素材料，但随着科技发展，已不再局限于 硅酸盐和碳，还包括了含氧酸盐、硼化物、氟 化物等。
除去硫化物
CO变换 脱CO2 合成
CO + H2O CO2 + H2
除去原料气中的CO2
N2 + 3H2
2NH3
• 现代无机化工已不再局限于生产酸、碱、无机盐 等传统产品。
• 研究热点和发展方向——生产新型无机材料
• 新型无机材料的特点：不燃、轻、高强、高硬、耐高
温、耐腐蚀、耐摩擦等特性，以及具有声、光、电等独 特功能。
涂膜
切削工具
碳纳米管----由碳原子 组成的管状大分子。对 于单壁纳米管的直径在 0.4至1.8纳米，其抗张 强度是高强合金钢的20 倍；具有优异的场致发 射功能。
可用于纳米电路，使 平面显示器更薄更省电， 扫描电镜的探针，氢气 储存等用途。
碳纳米管
用可导 电的大 分子碳 制成的 超细导 线
• 稀土元素：化学元素周期表中镧系元素和与镧 系密切相关的钪(Sc)和钇(Y)等17种元素，称为 稀土元素。
第2章 无机化工
Inorganic chemical engineering
• 指以天然资源和工业产品为原料，生产 无机酸、碱、盐、合成氨和化肥的行业。
• 生产硫酸、烧碱、化肥的行业。 • 无机化工是相对有机化工而言的。 • 几千年前的陶瓷 是化工行业中发展最早的，20世纪30年代之后，有 机化工(主要以石油为原料的化工产品) 的发展超过 了无机化工，变得更为重要。
❖ 现在, 无机化工的新一代产品不断出现，形成了无 机化工材料产业。
• 主要有五大类：空气、水、化石燃料、化学矿 物、工农业副产品。
• 化石燃料有：煤、石油、天然气等。例如：合 成氨所需的H2，就是通过煤、石油或天然气原 料所制得（C+H2O=CO+H2）。所以化石燃料 既是有机化工的原料又是无机化工的原料。
早期，以硫酸产量的多少来衡量一个国家化学工业的
发达程度，后来以乙烯的产量来衡量，现在是以产品的精 细化程度衡量。
❖ 无机化工产品的品种比有机化工少，主要为酸、碱、 盐，因此生产技术相对简单。
❖ 无机化工产品大部分是用途广泛的化工原料，通用 性强，产量大，几乎都是大型企业，如柳化、东化、 南化、何氮。
大的氯碱企业 ）和柳化有生
产。
➢ 纯碱：Na2CO3，Sodium carbonate, Soda Ash，苏打。 小苏打： 碳酸氢钠 NaHCO3 大苏打:硫代硫酸钠 Na2S2O3
用途： 用于轻工、建材、 化工、冶金、纺织、石油、国 防、医药及其它工业。玻璃工 业是纯碱的最大消费部门，每 吨玻璃消耗纯碱0.2吨。
• 化学矿物：是生产化肥、酸、碱的原料，有20 多种：硫铁矿、磷矿、钾盐、石灰岩、石膏、 硅藻土等。
❖ 酸：三酸 （硫酸、盐酸、硝酸） ❖ 碱：两碱 （纯碱、烧碱） ❖ 化肥：氮肥、磷肥、钾肥。 ❖ 无机盐产品：硫酸铝、碳酸钙等
1300多种。 ❖ 无机非金属材料
• 主要有：硫酸 (H2SO4)、硝酸 (HNO3)、盐酸 (HCl)；
• 纳米粒子和纳米材料，超细颗粒，精 细陶瓷、稀土化合物、非晶硅等技术 是今后的发展方向。
• 新型无机化工技术应具有：超细化、 纤维化、薄膜化、表面化、高纯化、 非晶化、高聚化等特点。
• 纳米Nanometer: 是长度单位，等于10-6毫米，1 纳米 ≈ 一根头发直径的万分之一。
• 当物体颗粒小到纳米级之后，就会显示出奇特 的性能，在光学、热学、电学、磁学、力学和 化学性质方面与大块固体有明显的不同。
➢ 比表面积大：随着尺度减少，表面原子所占比例大 大增加。如，1克直径为100纳米的颗粒的表面积可 达100平米，而表面原子具有很高的活性且不稳定，
因此呈现出不同于常规粉体的现象，这就是纳米材 料的表面效应。
➢ 纳米颗粒的晶体边界条件被破坏，表面层原子排列 混乱，从而导致纳米颗粒在热学、光学、磁学及力 学等方面呈现新奇的特性，这就是纳米材料的小尺 寸效应。
• 硫酸(sulfuric acid)：浓硫酸（含量93-98%）， 稀硫酸（含量75-78%），发烟硫酸（含游离 SO3 20-65%），50%的产量用于生产化肥；其 余是塑料、制药、油漆、农药、冶金、石油 炼制等行业的原料。
• 硝酸(nitric acid): 产量仅次于硫酸，用于制
造硝酸铵、炸药等。
碳纤维应用于体育用品
圆 形 碳 纤 维
碳 纤 维 增 强 机 翼
人造金刚石----以纯石墨为 原料，铁、铬等为催化剂， 在高温高压下合成制得。用 于磨料、切削工具、电子器 件涂膜等。
• 硅酸盐材料：主要有陶瓷、玻璃、水泥、耐火 材料4种，均是以硅酸盐矿物为原料的产品。
• 碳素材料：人造石墨、人造金刚石、碳纤维及 其复合材料
• 先进陶瓷：精细陶瓷或特种陶瓷
结构陶瓷----具有耐热、耐磨损、高强度、高硬 度、耐冲击、隔热性能好的一类陶瓷材料。
功能陶瓷----主要作为绝缘材料、压电材料、磁 性材料、电子材料、生物医用材料、抗菌陶瓷材 料等。
• 用途：具有独特的性能，良好的抛光剂、较好 的磁学性质。
可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、 电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、 精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩 材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材 料等。
• 中国拥有丰富的稀土矿产资源，探明的储量居 世界之首，而且成矿条件优越，堪称得天独厚。
• 盐酸(hydrochloric acid):
化工业中的常用酸，用量最多的是实验试剂。
• 主要有：烧碱 (氢氧化钠NaOH)、 纯碱 (碳酸钠， Na2CO3)
➢烧碱：NaOH, Sodium Hydroxide.化学工业最基础 的产品，通过电解食盐水制
得，2NaCl+2H2O →2NaOH+Cl2+H2，称为氯碱 工业。广西的南化（华南最
➢ 超纯试剂和纯电子气体——用于集成电路加工，生产 半导体材料单晶硅，使电子器件微型化、集成化、大 容量化、高速度化。
➢ 用非晶硅材料制成太阳能电池，是解决能源短缺的出 路之一。
➢ 超高纯纳米碳酸钙——用于电子业中的集成电路板、 陶瓷电容器、固体激光材料制造，光学业中的新型玻 璃、光纤维、荧光材料，等等
• 自然界中含氨的物质很少，目前均为人工合成。 • 合成方法
当今世界上最经济、应用最广泛的方法是
N2 + 3H2 2 NH3 • 我国的合成氨生产技术于70年代从国外引进。 • 我国合成氨的原料有：煤、石油、天然气。
煤 or 焦炭 水蒸气 空气
原料气制备 （造 气）
脱硫
C + H2O
CO + H2 水煤气
第二章 复习思考题
简答题 1. 无机化工包括哪类产品？ 2. 无机非金属材料中的硅酸盐材料包括哪几种？ 3. 烧碱是用什么方法生产的？ 4. 三酸两碱都包括那些酸和碱？ 5. 最重要的氮肥是什么？其氮含量大约是多少？ 6. 简述硫酸生产的主要步骤和每个步骤的目的，写出 主要反应方程式。 7. 简述合成氨生产的主要步骤和每个步骤的目的，写 出主要反应方程式。
1.硫酸生产工艺（接触法）
硫铁矿 或硫磺
SO2制备
4FeS +7O2→2Fe2O3 + 4SO2 + Q or S + O2 → SO2+ Q
SO2原料气的净化
使用稀硫酸洗涤, 除去氧化 砷等杂质
三氧化硫制备 SO2 + ½ O2 SO3 + Q
三氧化硫吸收 SO3 + H2O H2SO4 + Q
1.氨: NH3, ammonia, 化学工业中产量最大的产 品之一，是制造化肥的主要原料和硝酸、纯碱、 磺胺类药物、炸药等的原料，用途极为广泛。
2.化肥：给植物提供养分，主要有氮肥、磷肥、 钾肥和复合肥，其中尿素（属于氮肥），因含氮 多、肥效好、污染小、成本低受欢迎，成为主要 的化肥品种。 3.尿素：urea,是由碳、氢、氧和氮组成的有机化 合物，也称为脲。无污染， 80%用作化肥，还作为饲 料的辅料，三聚氰胺的原料。
多达1000种，没有一个行业能离开它，例如： • 微量元素肥料—— 含有硼、铜、铁、锌的氧化物
或无机盐
• 荧光粉——在电视屏幕上产生彩色图像效果。 • 水处理剂：
次氯酸钠、漂白粉等——抑制水中菌藻和微生物 的滋长，即杀菌剂
硫酸铝、聚氯化铝、氯化铁等——加快水中悬浮 物和污泥的沉降，即絮凝剂。
• 指除金属以外的材料，传统上是指硅酸盐材料 和碳素材料，但随着科技发展，已不再局限于 硅酸盐和碳，还包括了含氧酸盐、硼化物、氟 化物等。
除去硫化物
CO变换 脱CO2 合成
CO + H2O CO2 + H2
除去原料气中的CO2
N2 + 3H2
2NH3
• 现代无机化工已不再局限于生产酸、碱、无机盐 等传统产品。
• 研究热点和发展方向——生产新型无机材料
• 新型无机材料的特点：不燃、轻、高强、高硬、耐高
温、耐腐蚀、耐摩擦等特性，以及具有声、光、电等独 特功能。
涂膜
切削工具
碳纳米管----由碳原子 组成的管状大分子。对 于单壁纳米管的直径在 0.4至1.8纳米，其抗张 强度是高强合金钢的20 倍；具有优异的场致发 射功能。
可用于纳米电路，使 平面显示器更薄更省电， 扫描电镜的探针，氢气 储存等用途。
碳纳米管
用可导 电的大 分子碳 制成的 超细导 线
• 稀土元素：化学元素周期表中镧系元素和与镧 系密切相关的钪(Sc)和钇(Y)等17种元素，称为 稀土元素。
第2章 无机化工
Inorganic chemical engineering
• 指以天然资源和工业产品为原料，生产 无机酸、碱、盐、合成氨和化肥的行业。
• 生产硫酸、烧碱、化肥的行业。 • 无机化工是相对有机化工而言的。 • 几千年前的陶瓷 是化工行业中发展最早的，20世纪30年代之后，有 机化工(主要以石油为原料的化工产品) 的发展超过 了无机化工，变得更为重要。
❖ 现在, 无机化工的新一代产品不断出现，形成了无 机化工材料产业。
• 主要有五大类：空气、水、化石燃料、化学矿 物、工农业副产品。
• 化石燃料有：煤、石油、天然气等。例如：合 成氨所需的H2，就是通过煤、石油或天然气原 料所制得（C+H2O=CO+H2）。所以化石燃料 既是有机化工的原料又是无机化工的原料。
早期，以硫酸产量的多少来衡量一个国家化学工业的
发达程度，后来以乙烯的产量来衡量，现在是以产品的精 细化程度衡量。
❖ 无机化工产品的品种比有机化工少，主要为酸、碱、 盐，因此生产技术相对简单。
❖ 无机化工产品大部分是用途广泛的化工原料，通用 性强，产量大，几乎都是大型企业，如柳化、东化、 南化、何氮。
大的氯碱企业 ）和柳化有生
产。
➢ 纯碱：Na2CO3，Sodium carbonate, Soda Ash，苏打。 小苏打： 碳酸氢钠 NaHCO3 大苏打:硫代硫酸钠 Na2S2O3
用途： 用于轻工、建材、 化工、冶金、纺织、石油、国 防、医药及其它工业。玻璃工 业是纯碱的最大消费部门，每 吨玻璃消耗纯碱0.2吨。
• 化学矿物：是生产化肥、酸、碱的原料，有20 多种：硫铁矿、磷矿、钾盐、石灰岩、石膏、 硅藻土等。
❖ 酸：三酸 （硫酸、盐酸、硝酸） ❖ 碱：两碱 （纯碱、烧碱） ❖ 化肥：氮肥、磷肥、钾肥。 ❖ 无机盐产品：硫酸铝、碳酸钙等
1300多种。 ❖ 无机非金属材料
• 主要有：硫酸 (H2SO4)、硝酸 (HNO3)、盐酸 (HCl)；
• 纳米粒子和纳米材料，超细颗粒，精 细陶瓷、稀土化合物、非晶硅等技术 是今后的发展方向。
• 新型无机化工技术应具有：超细化、 纤维化、薄膜化、表面化、高纯化、 非晶化、高聚化等特点。
• 纳米Nanometer: 是长度单位，等于10-6毫米，1 纳米 ≈ 一根头发直径的万分之一。
• 当物体颗粒小到纳米级之后，就会显示出奇特 的性能，在光学、热学、电学、磁学、力学和 化学性质方面与大块固体有明显的不同。
➢ 比表面积大：随着尺度减少，表面原子所占比例大 大增加。如，1克直径为100纳米的颗粒的表面积可 达100平米，而表面原子具有很高的活性且不稳定，
因此呈现出不同于常规粉体的现象，这就是纳米材 料的表面效应。
➢ 纳米颗粒的晶体边界条件被破坏，表面层原子排列 混乱，从而导致纳米颗粒在热学、光学、磁学及力 学等方面呈现新奇的特性，这就是纳米材料的小尺 寸效应。
• 硫酸(sulfuric acid)：浓硫酸（含量93-98%）， 稀硫酸（含量75-78%），发烟硫酸（含游离 SO3 20-65%），50%的产量用于生产化肥；其 余是塑料、制药、油漆、农药、冶金、石油 炼制等行业的原料。
• 硝酸(nitric acid): 产量仅次于硫酸，用于制
造硝酸铵、炸药等。