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1、化學(xué)選修2化學(xué)與技術(shù)第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè)教學(xué)重點(diǎn)(難點(diǎn)):1、化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題。2、工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)原理。平衡移動(dòng)原理及其對(duì)化工生產(chǎn)中條件控制的意義和作用。3、合成氨的反應(yīng)原理。合成氨生產(chǎn)的適宜條件。4、氨堿法的生產(chǎn)原理。復(fù)雜鹽溶液中固體物質(zhì)的結(jié)晶、分離和提純。知識(shí)歸納:1制硫酸反應(yīng)原理造氣:s+o2=so2 (條件 加熱)催化氧化:2so2+o22so3吸收:so3+h2o=h2so4 98.3%的硫酸吸收。原料選擇黃鐵礦:fes2 硫磺:s反應(yīng)條件2so2+o22so3 放熱 可逆反應(yīng)(低溫、高壓會(huì)提升轉(zhuǎn)化率)轉(zhuǎn)化率、控制條件的成本、實(shí)際可能性。400500,常壓。釩觸媒:v2o
2、5三廢處理廢氣:so2+ca(oh)2=caso3+h2o caso3+h2so4=caso4+so2+h2o廢水:酸性,用堿中和廢渣:黃鐵礦廢渣煉鐵、有色金屬;制水泥、制磚。局部循環(huán):充分利用原料能量利用熱交換:用反應(yīng)放出的熱預(yù)熱反應(yīng)物。2制氨氣反應(yīng)原理n2+3h22nh3 放熱、可逆反應(yīng)(低溫、高壓會(huì)提升轉(zhuǎn)化率)反應(yīng)條件:鐵觸媒 400500,10mpa30mpa生產(chǎn)過(guò)程1、造氣:n2:空氣(兩種方法,(1)液化后蒸發(fā)分離出氮?dú)夂鸵貉酰悬c(diǎn)n2196,h2183;(2)將氧氣燃燒為co2再除去)。h2:水合碳?xì)浠衔铮ㄉ蒱2和co或co2)2、凈化:避免催化劑中毒。除h2s:nh3h2o
3、+h2s=nh4hs+h2o 除co:co+h2o=co2+h2 k2co3+co2+h2o=2khco33、氨的合成與分離:混合氣在合成塔內(nèi)合成氨。出來(lái)的混合氣體中15為氨氣,再進(jìn)入冷凝器液化氨氣,剩余原料氣體再送入合成塔。 工業(yè)發(fā)展1、原料及原料氣的凈化。2、催化劑的改進(jìn)(磁鐵礦)3、環(huán)境保護(hù)三廢處理廢氣:h2s直接氧化法(選擇性催化氧化)、循環(huán)。 co2生產(chǎn)尿素、碳銨。廢液:含氰化物污水生化、加壓水解、氧化分解、化學(xué)沉淀、反吹回爐等。 含氨污水蒸餾法回收氨,濃度較低可用離子交換法。廢渣:造氣階段產(chǎn)生氫氣原料的廢渣。煤渣(用煤),炭黑(重油)。3制純堿氨堿法(索爾維)1、co2通入含nh3
4、的飽和nacl溶液中 nh3+co2+h2o=nh4hco3 nacl+nh4hco3=nahco3+nh4cl2、2nahco3na2co3+co2+h2o缺點(diǎn):co2來(lái)自caco3,caoca(oh)22nh3+cacl2+2h2o cacl2的處理成為問(wèn)題。和nacl中的cl沒(méi)有充分利用,只有70。caco3的利用不夠充分。聯(lián)合法(侯德榜)與氨氣生產(chǎn)聯(lián)合起來(lái):nh3、co2都來(lái)自于合成氨工藝;這樣nh4cl就成為另一產(chǎn)品化肥。綜合利用原料、降低成本、減少環(huán)境污染,nacl利用率達(dá)96。資料:一、硫酸的用途肥料的生產(chǎn)。硫酸銨(俗稱(chēng)硫銨或肥田粉):2nh3 + h2so4(nh4)2so4;
5、和過(guò)磷酸鈣(俗稱(chēng)過(guò)磷酸石灰或普鈣):ca3(po4)2 + 2h2so4ca(h2po4)2 + 2caso4; 濃硫酸的氧化性。( 1) 2fe + 6h2so4 (濃) fe2 (so4)3 + 3so2 + 6h2o (鋁一樣)(2)c + 2h2so4 ( 濃) 2so2 + co2 + 2h2o s + 2h2so4 (濃) 3so2 + 2h2o 2p + 5h2so4(濃) 2h3po4 + 5so2 + 2h2o(3)h2s + h2so4 (濃) = s + so2 + 2h2o 2hbr +
6、h2so4 (濃) = br2 + so2 + 2h2o 8hi + h2so4(濃) = 4i2 + h2s + 4h2o (4)2nabr + 3h2so4 (濃) = 2nahso4 + br2 + so2 + 2h2o 2fes + 6h2so4(濃) = fe2(so4)3 + 2s ¯ + 3so2 + 6h2o (5)當(dāng)濃硫酸加入膽礬時(shí),濃硫酸吸水,膽礬脫水,產(chǎn)生白色沉淀。二、氨氣1、氮肥工業(yè)原料 與酸反應(yīng)生成銨鹽2、硝酸工業(yè)原料 能被催化氧化成為no 4nh3+5o2=4no+6h2o
7、(pt-rh 高溫)3、用作制冷劑 易液化,汽化時(shí)吸收大量的熱三、純堿燒堿(學(xué)名氫氧化鈉)是可溶性的強(qiáng)堿。它與純堿并列,在工業(yè)上叫做“兩堿”。燒堿和純堿都易溶于水,呈強(qiáng)堿性,都能提供na離子。1、普通肥皂。高級(jí)脂肪酸的鈉鹽,一般用油脂在略為過(guò)量的燒堿作用下進(jìn)行皂化而制得的。如果直接用脂肪酸作原料,也可以用純堿來(lái)代替燒堿制肥皂。第二單元 化學(xué)與資源開(kāi)發(fā)利用教學(xué)重點(diǎn)(難點(diǎn)):1、 天然水凈化和污水處理的化學(xué)原理,化學(xué)再水處理中的應(yīng)用和意義。硬水的軟化。中和法和沉淀法在污水處理中的應(yīng)用。2、 海水曬鹽。海水提鎂和海水提溴的原理和簡(jiǎn)單過(guò)程。氯堿工業(yè)的基本反應(yīng)原理。從海水中獲取有用物質(zhì)的不同方法和流程。
8、3、 石油、煤和天然氣綜合利用的新進(jìn)展。知識(shí)歸納:方法原理天然水的凈化混凝法混凝劑:明礬、綠礬、硫酸鋁、聚合鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵等al3+3h2o3h+al(oh)3 絮狀膠體(吸附懸浮物);帶正電(使膠體雜質(zhì)聚沉)。生活用水凈化過(guò)程:混凝沉淀過(guò)濾殺菌化學(xué)軟化法硬水:含有較多的ca2+,mg2+的水,較少或不含的為軟水。 不利于洗滌,易形成鍋垢,降低導(dǎo)熱性,局部過(guò)熱、爆炸。暫時(shí)硬度:ca(hco3)2或mg(hco3)2引起的硬度。1、加熱法 永久硬度:鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物引起的硬度。2、藥劑法:純堿、生石灰、磷酸鹽3、離子交換法:離子交換樹(shù)脂,不溶于水但能與同電性離子交換 2nar+ca2
9、+=car2+2na再生:car2+2na=2nar+ca2+污水處理物理法一級(jí)處理:格柵間、沉淀池等出去不溶解的污染物。預(yù)處理。(微)生物法二級(jí)處理:除去水中的可降解有機(jī)物和部分膠體污染物。化學(xué)法三級(jí)處理:中和法酸性廢水(熟石灰),堿性廢水(硫酸、co2) 沉淀法含重金屬離子的工業(yè)廢水(沉淀劑,如s2-) 氧化還原法。(實(shí)驗(yàn):電浮選凝聚法)方法原理鹽的利用海水制鹽蒸發(fā)法(鹽田法)太陽(yáng)照射,海水中的水分蒸發(fā),鹽析出。鹽田條件:地點(diǎn)(海灘、遠(yuǎn)離江河入海口)、氣候。鹽田劃分:貯水池、蒸發(fā)池、結(jié)晶池??帑u:分離出食鹽的母液。食鹽利用電解(氯堿工業(yè))2nacl2h2o2naoh+h2+cl2陽(yáng)極:2c
10、l-2ecl2 陰極:2h+2eh2海水提溴吹出法1、氯化:cl22br2clbr22、吹出:空氣(或水蒸氣)吹出br23、吸收:br2+so2+2h2o=2hbr+h2so4 再用氯氣氧化氫溴酸。海水提鎂具體過(guò)程海水mg(oh)2mgcl2mg堿(貝殼)/過(guò)濾 鹽酸 干燥/電解海水提取重水蒸餾法、電解法、化學(xué)交換法、吸附法了解化學(xué)交換法化工目的石油分餾(常壓、減壓)(物理)把石油分成不同沸點(diǎn)范圍的蒸餾產(chǎn)物,得到汽油(c511)、煤油(c1116)、柴油(c1518)等輕質(zhì)油,但產(chǎn)量較低。裂化(化學(xué))獲得更多輕質(zhì)油,特別是汽油。斷鏈。列解(化學(xué))獲得重要有機(jī)化工原料:乙烯、丙稀、丁烯等。煤關(guān)注
11、問(wèn)題提高燃燒熱效率,解決燃燒時(shí)的污染,分離提取化學(xué)原料。干餾隔絕空氣加熱。得焦?fàn)t氣(h2、ch4、乙烯、co等,燃料)、煤焦油(苯等芳香族化合物,進(jìn)一步提?。?、焦炭(金屬冶煉)等。氣化利用空氣或氧氣將煤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體。c水液化把煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的過(guò)程。直接液化:與溶劑混合,高溫、高壓、催化劑與氫氣作用,得到汽油、柴油、芳香烴等。煤制油(內(nèi)蒙古)。間接液化:先轉(zhuǎn)變?yōu)閏o和氫氣,再催化合成為烴類(lèi)、醇類(lèi)燃料。一碳化學(xué)以分子中只含一個(gè)碳原子的化合物(甲烷、甲醇等)為原料合成一系列化工原料和燃料的化學(xué)。co:煤 ch4:天然氣。電解飽和食鹽水中。正陽(yáng)失,負(fù)陰得。陽(yáng)極:活性電極,放電順序:s2
12、->so32->i->br->cl->oh->no3->so42->f-陰極: ag+>fe3+>cu2+>h+(酸性溶液)>pb2+>sn2+>fe2+>zn2+>(h+)>al3+>mg2+>na+>ca2+>k+(1)在電解飽和食鹽水中, 陽(yáng)極有氣泡產(chǎn)生,有刺激性味道的氣體,濕潤(rùn)的ki-淀粉試紙變藍(lán)。陰極有氣泡,可燃?xì)怏w。(2)如果交換電極:如果用的都是惰性電極(石墨或鉑),那么可以互換(反應(yīng)不變);但如果原來(lái)陰極用的是鐵棒,那么不能互換,若互換,鐵作陽(yáng)極:fe-
13、2e-=fe2+,陰極:2h+2e-=h2;陰極產(chǎn)生的氫氧根離子會(huì)和陽(yáng)極產(chǎn)生的亞鐵離子在溶液中反應(yīng),生成氫氧化亞鐵(白色沉淀,不穩(wěn)定馬上變成灰綠色,最終變成紅褐色)。(3)陽(yáng)離子交換膜有一種特殊的性質(zhì),即它只允許陽(yáng)離子通過(guò),而阻止陰離子和氣體通過(guò),也就是說(shuō)只允許na+通過(guò),而cl-、oh-和氣體則不能通過(guò)。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的h2和陽(yáng)極產(chǎn)生的cl2相混合而引起爆炸,又能避免cl2和naoh溶液作用生成naclo而影響燒堿的質(zhì)量。(4)陽(yáng)極接在電源正極上,電源正極會(huì)不斷地吸電子,所以只能掛惰性電極,如炭棒和pt等,若掛其他,如鐵棒,那么電子被電源正極吸收,fe會(huì)變成鐵離子,從而進(jìn)入電解液中,你
14、會(huì)很快看到鐵棒不見(jiàn)了。那至于為什么用炭棒而不用pt,則是價(jià)格關(guān)系。炭棒便宜。而陰極接在電源負(fù)極上,電源負(fù)極在不斷產(chǎn)生電子,所以掛什么并沒(méi)有什么大的關(guān)系,掛鐵的話,反而保護(hù)了鐵不變?yōu)殍F離子。其實(shí)負(fù)極掛炭棒什么的,也可。在工業(yè)生產(chǎn)中一般陰極不用鐵棒而做成鐵網(wǎng),增大反應(yīng)接觸面。而炭不易做成網(wǎng)狀,所以選用炭棒。第三單元 化學(xué)與材料的發(fā)展教學(xué)重點(diǎn)(難點(diǎn)):1、硅氧四面體的特殊性,一些無(wú)機(jī)非金屬材料生產(chǎn)的化學(xué)原理。 形成對(duì)化學(xué)與材料發(fā)展關(guān)系比較全面的認(rèn)識(shí)。2、金屬冶煉的原理,金屬腐蝕的原理和防腐方法。 電解、電鍍的原理。3、常見(jiàn)高分子材料的生產(chǎn)原理。知識(shí)歸納:一、 無(wú)機(jī)非金屬材料原料成分生產(chǎn)原理性能、用途
15、傳統(tǒng)硅酸鹽材料陶瓷黏土高溫?zé)瓶寡趸?、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型。盛放物品、藝術(shù)品玻璃石英砂、石灰石、純堿na2sio3casio3na2co3+sio2na2sio3+co2 caco3類(lèi)似光學(xué)玻璃、耐腐蝕玻璃,不同顏色玻璃。水泥石灰石、黏土硅酸二三鈣,鋁酸三鈣、鐵鋁酸鈣磨成粉煅燒加石膏等粉磨水硬性,用作建筑材料?;炷粒核?、砂子、碎石新材料碳化硅sio2,csicsio2+csic+co結(jié)構(gòu)與金剛石相似,硬度大,優(yōu)質(zhì)磨料,性質(zhì)穩(wěn)定,航天器涂層材料。氮化硅高純si、n2si3n43si2n2si3n43sicl4+2n2+6h2= si3n4+12hcl熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,
16、制造軸承、氣輪機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)受熱面。單質(zhì)硅高純焦炭、石英砂sisio22csi+2co=sihcl3+h2sihcl3+h2si+3hcl半導(dǎo)體工業(yè)金剛石ch4cch4=c(金剛石)2h2研磨材料其余新材料c60(新型貯氫材料)、超導(dǎo)材料等二、 金屬材料金屬活動(dòng)順序表:標(biāo)出金屬冶煉的方法及范圍:原料裝置原理煉鐵鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣高爐還原劑co的生成:c+o2=co2 co2+c=2co生鐵形成:fe2o3+3co=2fe+3co煉鋼生鐵氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐降低c:2c+o2=2co 2fe+o2=2feo feo+c=co+fe除雜質(zhì):fes+cao=cas+feo 脫硫 添加合金元素:cr、
17、mn、ni 煉鋁鋁土礦、純堿、石灰、煤、燃料油電解槽鋁土礦溶解:al2o3+2naoh=2naalo2+h2o氫氧化鋁析出:naalo2+co2+2h2o=al(oh)3+nahco3氫氧化鋁脫水:2al(oh)3=al2o3+3h2o電解氧化鋁:2al2o34al+3o2冰晶石(na3alf6)氧化鋁熔融液,少量caf2 陽(yáng)極:6o212e-=3o2陰極:4al3+12e-=4al金屬腐蝕及防護(hù):分類(lèi)實(shí)例金屬腐蝕原理化學(xué)腐蝕氧氣、氯氣等,溫度影響較大。鋼材高溫容易氧化一層氧化皮電化學(xué)腐蝕原電池反應(yīng),例如鋼材吸氧腐蝕(大多):陰極1/2o2+h2o+2e-=2oh- 陽(yáng)極fe-2e-=fe2+
18、析氫腐蝕(酸性):陰極2h+2e-=h2 陽(yáng)極fe-2e-=fe2+金屬防腐方法氧化膜用化學(xué)方法在鋼鐵、鋁的表面形成致密氧化膜電鍍鍍鉻、鋅、鎳(在空氣中不容易發(fā)生化學(xué)變化的金屬,原理)其余改善環(huán)境、犧牲陽(yáng)極(原電池的負(fù)極)、外加電流等三、 高分子材料分類(lèi):天然高分子:淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)合成高分子:聚乙烯、聚氯乙烯、合成橡膠合成方法舉例基本概念加成聚合反應(yīng)聚氯乙?。壕郾揭蚁?jiǎn)误w: 鏈節(jié): 聚合度:縮合聚合反應(yīng)滌綸、尼龍、酚醛樹(shù)脂塑料分類(lèi)結(jié)構(gòu)性質(zhì)舉例熱塑性線型溶解于一些有機(jī)溶劑,一定溫度范圍會(huì)軟化、熔融,加工成形聚乙烯熱固性體型不易溶于有機(jī)溶劑,加熱不會(huì)熔融酚醛樹(shù)脂高分子材料降解分類(lèi):生物降解
19、、光降解、化學(xué)降解廢舊高分子材料的再利用途徑:(1)再生、改性重新做成有用材料和制品;(2)熱裂解或化學(xué)處理的方法制備多種化工原料;(3)作為燃料回收利用。化學(xué)肥料實(shí)例生產(chǎn)原理氮肥尿素2nh3+co2h2ncoonh4 h2ncoonh4h2nconh2+h2o硝酸銨4nh3+5o24no+6h2o 2no+o2=2no23no2+h2o=2hno3+no nh3+hno3=nh4no3其余:碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨、氨水、硝酸鈣、硝酸鉀等磷肥過(guò)磷酸鈣/普鈣硫酸處理。成分:ca(h2po4)2·h2o和caso4其余:重過(guò)磷酸鈣 ca(h2po4)2,鈣鎂磷肥、kh2po4等鉀肥草木灰k2co3,氯化鉀
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