化工生產(chǎn)化學的魅力與化學家責任

1、化學的魅力與化學家的責任化學的魅力化學是一門中心的、實用的、創(chuàng)造性的學科化學是一門滿足社會需要的中心科學 原美國科學顧問皮門答爾（G.C.Pimentel)計算機科學數(shù)學能源科學材料科學物理學生命科學化學 世博會是人類文明的盛會世博會是各國展示科學精神、科學理念、科技成就、科技實力與智慧成果的盛會。上海世博演藝中心世博會是各國展示科學精神、科學理念、科技成就、科技實力與智慧成果的盛會。上海世博演藝中心候氏聯(lián)合制堿法 侯德榜先生 中國早期的永利制堿廠1926年費城萬國博覽會侯氏制堿法的兩大革新在侯德榜生產(chǎn)純堿的過程中，能清楚地看到大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性，利用一個廠的廢料，作為另一個廠主要原料。這

2、樣不僅在生產(chǎn)上便于管理，而且降低了產(chǎn)品純堿和氮肥的成本。由于母液的循環(huán)使用，大大提高了食鹽的利用率，應用同量的食鹽，能比氨堿法生產(chǎn)出更多量的純堿。幾乎不產(chǎn)生廢棄物，對環(huán)境十分友好 評價一種化工產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過程，關鍵是要看能否利用廉價、易得的自然資源和基礎化工原料來最大限度地獲取目標產(chǎn)物，并從反應體系中提取有用的副產(chǎn)品或讓部分未轉化的原材料循環(huán)使用，盡量做到物盡其用，聯(lián)合制堿法為此提供了一個典型的范例。 化工生產(chǎn)的基本原則充分利用原料考慮物料平衡充分利用能量 保護環(huán)境遵循綠色化學的理念和原則化工生產(chǎn)的基本原則 綠色化學簡介綠色化學又稱:環(huán)境無害化學 (EnvironmentallyBenign

3、Chemistry)、環(huán)境友好化學 (EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清潔化學 (CleanChemistry) 綠色化學是新世紀人們追求健康，環(huán)保，生態(tài)平衡的趨勢。其理想是使污染消除在生產(chǎn)的源頭，使整個合成過程和生產(chǎn)過程對環(huán)境友好，從根本上消除污染。 綠色化學的主要內(nèi)容無毒無害原料可再生資源環(huán)境友好產(chǎn)品 回歸自然廢物回收利用無毒無害催化劑 無毒無害溶劑原子經(jīng)濟反應 具有“原子經(jīng)濟性”，即反應具有高選擇性，極少副產(chǎn)品，甚至實現(xiàn)零排放； Barry Trost：原子經(jīng)濟性(Atom Economy)概念 A B C D A B C 綠色有機合成應該是原子經(jīng)濟性

4、的，即原料的原子100%轉化成產(chǎn)物，不產(chǎn)生廢棄物。 產(chǎn)物廢物或副產(chǎn)物廢物為零典型的化工生產(chǎn)模式一個典型的化工生產(chǎn)過程大致由三個部分組成，原料的預處理、化學反應、產(chǎn)物的分離和精制，很顯然，化學反應過程是化工生產(chǎn)過程的核心原料產(chǎn)品廢料預處理化學反應循環(huán)分離與提純 化工生產(chǎn)的一般解題思路從題中你獲得了那些信息？了解題中所求并解題需要的化學原理的知識需要化學實驗的知識需要的化工生產(chǎn)工藝的知識仔細復核和檢查你的答案是否準確合理？應對生產(chǎn)流程問題，還是堅持用實驗原理、裝置原料和操作原理三結合的原則，細心解讀，有針對性地作答。特別注意：原料及中間物、產(chǎn)物的流向思考裝置及操作的作用物質(zhì)間的分離、提純方法、鑒別

5、產(chǎn)物、離子的方法用綠色化學的理念進行評價本題考查的主要核心化學知識（運用化學反應速率、化學平衡原理對適宜生產(chǎn)條件進行解釋，反應熱的簡單計算等）生產(chǎn)技術知識是怎樣的生產(chǎn)工藝技術意識是認識化學原理對生產(chǎn)技術的指導作用。（如綠色化學的層面) 請回顧和分析一下學過的化工生產(chǎn)中體現(xiàn)化工生產(chǎn)基本原理的環(huán)節(jié)和作用交流與討論原因是化學，德國人早就對合成硝酸進行了研究。1908年，德國化學家哈伯首先在實驗室合成了氨氣，產(chǎn)率雖然只有2%，但也是一項重大的突破，后來由化工專家博師提高了產(chǎn)率，完成了工業(yè)化設計，建立了年產(chǎn)1000噸氨的生產(chǎn)裝置，用氨氧化法可生產(chǎn)3000噸硝酸，利用這些硝酸可制造3500噸烈性炸藥梯恩梯

6、，這項工作在1913年便完成了，這就揭開了第一次世界大戰(zhàn)中的一個謎。 硝酸與第一次世界大戰(zhàn)之謎硝酸的用途 硝酸是一種重要的化工原料，常用來制備氮肥、染料、塑料、炸藥、硝酸鹽等。硝酸的工業(yè)制法有三種第一種是早在17世紀就使用的硝石法。它是利用鈉硝石跟濃硫酸共熱而得硝酸。 NaNO3+ H2SO4（濃） NaHSO4+HNO3第二種是電弧法。它是利用電弧使空氣中的氮氣和氧氣直接化合而成NO。 N2（g）+ O2（g） 2NO（g）即使在3 000，平衡混合物中也僅含有5的一氧化氮。第三種方法是氨氣催化氧化法聯(lián)想、質(zhì)疑: 如何獲得一氧化氮研究發(fā)現(xiàn)、氨氣與氧氣反應可以生成多種不同的產(chǎn)物，4NH3 +

7、5O2 4NO + 6H2O 4NH3 + 4O2 2N2 O + 6H2O 4NH3 + 3O2 N2 + 6H2O 這三個反應的反應速率都很高。如果不控制反應條件，一氧化氮的產(chǎn)率會很低，那么怎樣才能解決這個問題呢？為解決氨氧化（ammonia oxidation）遇到的難題，化學家們把目光集中到催化劑上，催化劑能夠改變化學反應速率并具有選擇性，如果能找到一種催化劑，它能加快主反應的反應速率，而對其他副反應不起催化作用，這樣就可以只獲得所需要的一氧化氮了。（體現(xiàn)催化劑選擇性高的特點）鉑系催化劑通過大量催化劑篩選實驗，人們終于找到了可供工業(yè)使用的選擇性良好的催化劑，氨氧化用的鉑系催化劑是含銠和

8、鈀的鉑合金。工業(yè)上把鉑合金拉成細絲織成網(wǎng)狀，以利于增大接觸面積，使反應氣體快速、充分地與催化劑接觸，因此又把它稱為鉑網(wǎng)。二：選擇吸收二氧化氮的條件交流、研討二氧化氮與水反應生成硝酸和一氧化氮的反應，實際上是一個可以反應，其正反應是放熱，氣體總體積縮小的反應。在學習合成氨時，已經(jīng)討論過合成氨條件的選擇，請采用類似的方法分析吸收二氧化氮的適宜條件。從反應可知，在生成硝酸的同時又有一部分一氧化氮生成，在生產(chǎn)中應該如何充分利用一氧化氮？由于因此降低溫度、增大壓強、有利于化學平衡向生成硝酸的方向移動。在二氧化氮吸收的設備中不斷補充空氣，將生成的一氧化氮再次進行氧化、吸收三：如何制造濃硝酸？稀硝酸濃縮脫水

9、制濃硝酸以硝酸鎂或濃硫酸作脫水劑。將濃硝酸鎂溶液與稀硝酸按一定比例混合進行蒸餾，由于硝酸鎂具有脫水作用，因此可以蒸出濃度較高的硝酸蒸汽將硝酸蒸氣再進行精餾，即可得到含量在98%以上的硝酸蒸汽，冷凝后成濃硝酸。 探索尾氣凈化的途徑交流、研討硝酸廠的尾氣含有一氧化氮和二氧化氮等污染物，排放到大氣中會形成一股濃濃的黃煙，人們稱之黃龍尾氣及吸收 尾氣含 NO 、NO2 、N2等。用堿液吸收：2NaOH + NO+ NO2 2 NaNO2 +H2O 2NO2 + 2NaOH NaNO2 + NaNO3 + H2O 硝酸工業(yè)生產(chǎn)中的尾氣可用純堿溶液吸收，有關的化學反應為：2NO2 + Na2CO3 NaN

10、O3 + NaNO2 + CO2 NO + NO2 + Na2CO3 2NaNO2 + CO2 NH3空氣催化冷卻氨的催化氧化工藝流程96%HNO3NONO和50% HNO3NO2排放NaOH溶液補空氣水循環(huán)濃硫酸或 硝酸鎂蒸餾氧化爐吸收塔歸納總結2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO吸收塔硝酸的生成4NH3+5O2 4NO+6H2O氧化爐氨的氧化三方程兩設備兩階段計算式：NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O總結：工業(yè)制法(氨的催化氧化)原料：設備：氧化爐、吸收塔2NO+O2=2NO2原理：3NO2+H2O=2HNO3+NO(循環(huán)使用）（吸收塔）尾氣處理：有害氣體為N

11、O、NO2，用 吸收。反應化學方程式：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O計算關系: NH3HNO3 NH3、空氣、水Pt4NH3+5O2 4NO+6H2O (氧化爐)NaOH溶液某化工廠為了綜合利用生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品CaSO4，與相鄰的合成氨廠聯(lián)合設計了以下制備(NH4)2SO4的工藝流程：請回答以下問題：（1）合成氨反應的化學方程式是 ，該反應在 （填設備名）中發(fā)生。沉淀池中發(fā)生的主要反應方程式 ，該反應能夠發(fā)生的原因是 。（2）在上述流程的沉淀池中通入足量氨氣的目的是 ，可以循環(huán)使用的X是 。（3）該生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品是 。從綠色化學和資源綜合利用的角度說明上述流程的主要優(yōu)點是 ；從物質(zhì)的性質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)實際的角度考慮該流程的主要缺陷是 。 綠色化學永恒的主題設計、生產(chǎn)和使用環(huán)境友好產(chǎn)品環(huán)境友好在加工和應用過程中及功能消失之后均不會對人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害 愛因斯坦的告