化学选修2《化学与技术》
第一单元 走进化学工业
教学重点(难点):
1、化工生产过程中的基本问题。
2、工业制硫酸的生产原理。平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用。
3、合成氨的反应原理。合成氨生产的适宜条件。
4、氨碱法的生产原理。复杂盐溶液中固体物质的结晶、分离和提纯。
知识归纳:
1 制硫酸
反应原理 造气:S+O2==SO2
催化氧化:2SO2+O2 2SO3
吸收:SO3+H2O==H2SO4 98.3%的硫酸吸收。
原料选择 黄铁矿:FeS2 硫磺:S
反应条件 2SO2+O2 2SO3 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。400℃~500℃,常压。
钒触媒:V2O5
三废处理 废气:SO2+Ca(OH)2==CaSO3+H2O CaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2↑+H2O
废水:酸性,用碱中和
废渣:黄铁矿废渣――炼铁、有色金属;制水泥、制砖。
局部循环:充分利用原料
能量利用 热交换:用反应放出的热预热反应物。
2 制氨气
反应原理 N2+3H2 2NH3 放热、可逆反应(低温、高压会提升转化率)
反应条件:铁触媒 400~500℃,10MPa~30MPa
生产过程 1、造气:N2:空气(两种方法,(1)液化后蒸发分离出氮气和液氧,沸点N2-196℃,H2-183℃;(2)将氧气燃烧为CO2再除去)。
H2:水合碳氢化合物(生成H2和CO或CO2)
2、净化:避免催化剂中毒。
除H2S:NH3H2O+H2S==NH4HS+H2O
除CO:CO+H2O==CO2+H2 K2CO3+CO2+H2O==2KHCO3
3、氨的合成与分离:混合气在合成塔内合成氨。出来的混合气体中15%为氨气,再进入冷凝器液化氨气,剩余原料气体再送入合成塔。
工业发展 1、原料及原料气的净化。2、催化剂的改进(磁铁矿)3、环境保护
三废处理 废气:H2S-直接氧化法(选择性催化氧化)、循环。
CO2-生产尿素、碳铵。
废液:含氰化物污水-生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等。
含氨污水-蒸馏法回收氨,浓度较低可用离子交换法。
废渣:造气阶段产生氢气原料的废渣。煤渣(用煤),炭黑(重油)。
3 制纯碱
氨碱法
(索尔维) 1、CO2通入含NH3的饱和NaCl溶液中
NH3+CO2+H2O==NH4HCO3 NaCl+NH4HCO3==NaHCO3↓+NH4Cl
2、2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O↑
缺点:CO2来自CaCO3,CaO-Ca(OH)2-2NH3+CaCl2+2H2O
CaCl2的处理成为问题。和NaCl中的Cl-没有充分利用,只有70%。CaCO3的利用不够充分。