第14章 第1讲 化学与工农业生产

5．能量的充分利用
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第十四章
第 1讲
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二、合成氨 1．合成氨的反应原理 (1)化学原理：N2(g)＋3H2(g)高温、高压2NH3(g) 催化剂 ΔH<0。 (2)反应特点：该反应是一个正反应方向气体分子数减 小的、放热的可逆反应。 (3)工业生产条件 温度：400～500 ℃；压强：10～30 MPa；催化剂：以 铁为主。
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(2)肥皂的生产 ①原理：高级脂肪酸甘油酯在碱性条件下水解形成高级脂肪 酸盐(即肥皂)。 ②工艺流程：
脂肪、植物油 高级脂肪酸钠 加热搅拌 加热, ――→ NaOH过量 甘油和水 加 NaCl 盐析
(2) 在生产中，为提高催化剂效率采取了哪些措施？
________。
A．净化气体 B．控制温度在400 ℃～500 ℃ C．增大催化剂与反应气体的接触面积 D．不断补充空气
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(3)已知2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g)
ΔH＝－196.6
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3．肥皂与合成洗涤剂的比较
(1) 肥皂不适合在硬水中使用，而合成洗涤剂使用不
受限制； (2) 合成洗涤剂去污能力更强，并且适合洗衣机 使用；合成洗涤剂的原料便宜； (3) 制造合成洗涤剂的主 要原料是石油裂解产品(烷烃、苯)，而制造肥皂的主要原 料是油脂； (4) 合成洗涤剂在自然界中不易被细菌分解，
营养化，产生水华等污染现象。
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五、表面活性剂与精细化学品
1．肥皂可以用来去油污
(1)肥皂的去污原理 ①肥皂的成分：肥皂的化学成分为高级脂肪酸的钠 盐或钾盐。 ②去污原理：在洗涤衣物时，肥皂、油污与水之间
发生润湿、乳化和起泡三种主要作用而达到去污的目的。
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4．三工艺：(1)热交换；
(2)逆流操作； (3)原料的循环利用。
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5．三条件 (1)温度：400～500 ℃，根据平衡移动原理，应在低
温下进行，但低温时催化剂的活性不高，反应速率低，实
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[例1]工业制硫酸生产流程如下图：
(1)在催化反应室，下列措施中有利于提高SO2平衡转 化率的有________。
A．升高温度
C．不断补充空气
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B．减小压强
D．及时分离出SO3
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SO2，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。
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二、化学原理在H2SO4生产中的应用
1．增大反应速率的措施
(1)升高温度； (2)使用催化剂； (3) 燃料在沸腾炉中燃烧时，使原料粉碎，增大与空 气的接触面积。
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2．逆流原理的应用 沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原 料与助燃气体充分接触，反应进行彻底充分；吸收塔中使 用大量耐酸瓷环(片)，浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从 塔底吹入，提高吸收程度。 3．热交换原理的应用 由于2SO2＋O2 2SO3是放热反应，在接触室内使用
(2)波尔多液：硫酸铜和石灰配制。
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(3)含氯化合物666(六氯化苯)和DDT(难代谢，污染环
境 )。
(4)植物生长调节剂：例如乙烯可以催熟果实。 (5) 常用消毒剂：酒精溶液、碘酒、双氧水、高锰酸 钾溶液、氯系消毒剂(氯气、漂白粉、二氧化氯)、过氧乙 酸溶液等。
kJ· mol－1。在460 ℃、常压和钒催化条件下向一密闭容器中 充入2 mol SO2和1 mol O2，充分反应后，放出的热量 ________(填“<”、“>”或“＝”)196.6 kJ，理由是 __________________________________________。
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化学与技术
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化学与工农业生产
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导 航 高 考
自 我 诊 断
考 点 突 破
随 堂 演 练
课 时 作 业
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①氨碱法的优点：原料便宜易得，产品纯度高、氨
和部分二氧化碳可以循环使用、制造步骤简单。 ②氨碱法的缺点：食盐的利用率低 ( 约 70%) ，约有 30% 的 NaCl 留在母液中；产生了当时认为无用的氯化 钙。
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2．联合制碱法(又称侯氏制碱法) (1) 将制碱中含氯的废液与合成氨过程中的二氧化碳 废气加以回收、利用，制成纯碱和氯化铵化肥，使氨碱法 与合成氨两大工业联合起来。
黄铁矿等；
②生产 H2SO4 的主要化学过程可以分成 SO2 的生成和 SO2转化为SO3两个阶段。
(2) 工业上制硫酸主要分造气、催化氧化和吸收三个
阶段。
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2．生产中原料的选择 工业生产某种化工产品，选择原料时要从多方面去
考虑，如化学反应原理、厂址选择、原料、能源、工业用
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6．“三废”处理和能量综合利用 (1)“三废”处理方法 ①尾气吸收：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O， CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O。
②废水处理：根据杂质性质的不同，采用不同的化学
方法，如酸碱中和法、重金属离子沉淀法。 ③废渣利用：制砖或制造水泥，提炼贵重有色金属。 (2)能量的充分利用 硫酸生产中的反应热可用于预热即将参加反应的
水的供应能力、贮存、运输、预处理成本及环境保护等。 3．生产中反应条件的控制 对二氧化硫的催化氧化： (1)温度条件。
(2)压强条件。
(3)催化剂。
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4．生产中的三废处理(以硫酸生产为例)
(1)尾气吸收
①硫酸生产尾气成分： SO2；②处理试剂：石灰水、 硫酸。 (2)污水处理。 (3)废渣的利用。
热交换器，用反应后热的气体预热接触室的原料气，达到 节约能源、降低生产成本的目的。
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4．循环操作和原理的应用 由于2SO2＋O2 2SO3是可逆反应，尾气中还有一定
的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气体送回接触室，提 高原料利用率，同时减少废气排放。
性强、专利垄断性强等特点。
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考点一 一、合成硫酸 1．三原料：硫磺(或黄铁矿)、空气、水
2．三阶段和三反应
(1)造气：S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－297 kJ/mol 4FeS2(s)＋11O2(g)===2Fe2O3(s)＋8SO2(g) ΔH＝－3 412 kJ/mol
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3．化肥、农药的合理使用与环境保护
(1) 农药主要用于对有害生物的防治，但它们对周围
生物群落的影响是广泛而复杂的，如能毒害水生生物和污 染水源等； (2) 不合理施用化肥会影响土壤的酸碱性和土壤 结 构；过量的化肥会随着雨水流入河流和湖泊，造成水体富
5．日常生活、化工生产中的环境污染和防护。
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基础知识梳理
一、化工生产过程中的基本问题 1．依据化学反应原理确定生产过程 (1) 关于工业制硫酸的反应原理及过程，可从以下几 方面考虑： ①原料应该是自然界存在的含硫的物质，如硫黄、
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催化剂 (2)接触氧化：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ/mol (3)三氧化硫的吸收：SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3 kJ/mol 3．三设备：沸腾炉、接触室、吸收塔
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考纲解读
1．了解化学在水处理中的应用。 2．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程 和意义，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意
义。
3．了解精细化工产品的生产特点、精细化工在社会 发展中的作用。 4．了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。
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2．合成氨的基本生产过程 三个步骤：造气、净化、合成。
(1)制备合成氨的原料气；
(2)原料气的净化； (3)氨的合成与分离。
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3．合成氨工业的发展
(1)原料及原料气的净化；
(2)催化剂的改进； (3)环境保护。 废渣：用作建材和肥料的原料。 废气：主要是H2S和CO2等有害气体。
废液：主要是含氰化物和含氨的污水。
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三、纯碱的生产
1．氨碱法生产纯碱
氨碱法也称索尔维制碱法，其原料是：食盐、氨和 二氧化碳。 (1)制取碳酸氢钠和氯化铵 (2)制取碳酸钠
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(3)氨碱法生产纯碱的优缺点
大量使用造成了水体污染，尤其含磷洗涤剂造成水体富营
养化。
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4．精细化学品及其生产特点
(1) 精细化学品具有品种多 、批量小、产值高等 特
点。 (2) 精细化工具有技术密集、附加值高等特点，主要 体现在精细化学品研发阶段投资高、生产工艺流程长、原 料多、反应复杂和条件要求严格等方面，还具有技术保密
际生产中采用400～500 ℃的温度。 (2) 常压：根据平衡移动原理，应在高压下进行，但 增大压强对SO2的转化率提高不大，且加压会增大成本和 能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产采用常压
操作。
(3)适当过量的空气：目的是提高SO2的转化率。
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(2)原料是食盐、氨和二氧化碳。
(3)联合制碱法的优点： ①氯化钠的利用率达96%以上； ②综合利用了合成氨厂的二氧化碳； ③节省了设备；
④没有难以处理的氯化钙废料。
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四、化肥和农药
1．化肥为农作物补充必要的营养元素
农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和 钾肥。 2．常见杀菌剂和消毒剂 (1)农药石硫合剂：石灰和硫黄配制。
静置 ――→ 分层
上层：高级脂肪酸钠填充剂、压滤、干燥、成型 ――→ 肥皂 分离提纯 下层：甘油和食盐混合液 ――→ 甘油
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2．合成洗涤剂
(1)表面活性剂
如十二烷基苯磺酸钠：
(2)洗涤剂
主要成分是表面活性剂，是能够发挥去污作用的主 要物质，还含有助剂、杀菌剂、织物柔顺剂等辅助成分。
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考向分析
本讲内容重点考查： 1．硫酸工业、合成氨工业中的反应原理、原料、主
要设备、生产工艺流程及尾气处理。
2．侯氏制碱法的生产原理及工艺流程。 3．硝酸工业中的反应原理、原料及尾气处理。 4．化学反应速率理论和勒夏特列原理在化工生产中 的应用。
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(4) 经检测生产硫酸的原料气成分 ( 体积分数 ) 为 SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在500 ℃，0.1 MPa条件下达到 平 衡 时 ， 各 种 气 体 的 体 积 比 为