高中化學(xué) 化學(xué)工業(yè)流程專題-課件-第1課時(shí) 學(xué)習(xí)資料

化學(xué)工業(yè)流程專題（一）主講人：吳淑花

學(xué)學(xué) 科：化學(xué)（人教版） 年校：北京市第八十中學(xué)級(jí)：高二下學(xué)期高中化學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)通過(guò)工業(yè)合成氨和工業(yè)制硫酸兩個(gè)具體事例，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要作用；認(rèn)識(shí)在工業(yè)上使用催化劑調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，需要注意的具體問(wèn)題；通過(guò)對(duì)化工流程的分析與評(píng)價(jià)，發(fā)展

“綠色化學(xué)”的理念和辯證思維的能力。高中化學(xué)原料產(chǎn)品工業(yè)流程經(jīng)典樣

題（2016北京高考）以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4為原料，制備高純PbO，實(shí)現(xiàn)鉛的再生利用。其工作流程如下：高中化學(xué)原料產(chǎn)品工業(yè)流程經(jīng)典樣

題（2018北京高考）磷精礦濕法制備磷酸的一種工藝流程如下：高中化學(xué)工業(yè)流程經(jīng)典樣

題（

西城期末）KMnO4在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上均有重要應(yīng)用，其工業(yè)制備的部分工藝如下：Ⅰ．將軟錳礦（主要成分MnO2）粉碎后，與KOH固體混合，通入空氣充分焙燒，生成暗綠色熔融態(tài)物質(zhì)。Ⅱ．冷卻，將固體研細(xì)，用稀KOH溶液浸取，過(guò)濾，得暗綠色溶液。Ⅲ．向暗綠色溶液中通入CO2，溶液變?yōu)樽霞t色，同時(shí)生成黑色固體。Ⅳ．過(guò)濾，將紫紅色溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，洗滌，干燥，得KMnO4固體。高中化學(xué)化學(xué)工業(yè)流程題常以元素化合物知識(shí)作為依托，以物質(zhì)的組成、性質(zhì)和變化、反應(yīng)原理、生產(chǎn)條件調(diào)控、實(shí)驗(yàn)操作與設(shè)計(jì)、相關(guān)計(jì)算為考查點(diǎn)，測(cè)試化學(xué)學(xué)科能力，特別注重化學(xué)思想方法的考查，突出化學(xué)的真實(shí)性和實(shí)用性。試題呈現(xiàn)方式：文字表述和流程圖高中化學(xué)原料產(chǎn)品核心反應(yīng)核心問(wèn)題：分離提純?cè)线x取核心反應(yīng)分離提純綠色經(jīng)濟(jì)流程設(shè)計(jì)條件的選擇和控制（2017北京高考）高中化學(xué)一、化學(xué)工業(yè)中的條件選擇德.化學(xué)家.哈伯案例一：工業(yè)合成氨1902年開(kāi)始研究氨的合成，1909年成功實(shí)現(xiàn)“循環(huán)法合成氨”的工業(yè)化；氨的合成不僅使全世界數(shù)十億人不再挨餓，同時(shí)也帶動(dòng)了其它工業(yè)的快速發(fā)展，由此獲得1918年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)高溫高壓催化劑?高中化學(xué)提高反應(yīng)速率提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)高壓高壓溫度高溫低溫催化劑使用無(wú)影響濃度高濃度適當(dāng)控制反應(yīng)物的進(jìn)料比案例一：工業(yè)合成氨1.

工業(yè)合成氨的條件選擇N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化學(xué)1.

工業(yè)合成氨的條件選擇濃度：原料氣中N2和H2的比例為1:2.820MPa~50

MPa500

℃鐵觸媒案例一：工業(yè)合成氨N2(g)+

3H2(g)壓強(qiáng)：溫度：催化劑：2NH3(g)ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化學(xué)（1）選擇合適的催化劑：可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，提高經(jīng)濟(jì)效益。鐵觸媒(以鐵為主體的多成分催化劑)①防止催化劑中毒粉塵，P、S、As的化合物可以使鐵觸媒永久性中毒。②關(guān)注催化劑的活性500

℃高中化學(xué)溫度選擇：500

℃該溫度催化劑活性最大，即反應(yīng)速率最理想。（2）選擇合適的溫度：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化學(xué)壓強(qiáng)選擇：20

MPa~50

MPa既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和原料轉(zhuǎn)化率，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。（3）

選擇合適的壓強(qiáng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化學(xué)（4）

選擇合適的濃度比：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)原料比例：原料氣中N2和H2的濃度比1

:

2.8適當(dāng)提高氫氣的轉(zhuǎn)化率ΔH＝-92.4

kJ/mol高中化學(xué)平衡含量 壓強(qiáng)/NH3

/% MPa溫度/℃0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4思考：有什么辦法能提高原料的利用率？通過(guò)液化的方法，將氨及時(shí)從反應(yīng)體系中分離。氮?dú)鈿錃獍睔夥悬c(diǎn)/℃-195.8-252.77-33.5高中化學(xué)2.

合成氨的設(shè)備——合成塔合成塔的特點(diǎn)：①有耐高壓的厚壁；②安放催化劑的厚層；③有熱交換器。高中化學(xué)案例一：工業(yè)合成氨3.

工業(yè)合成氨的原料來(lái)源N2的來(lái)源：H2的來(lái)源：分離液態(tài)空氣或?qū)⒖諝庵械难鯕馀cC作用C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)高中化學(xué)4.

工業(yè)合成氨的基本流程原料氣制備

→ 凈化

→ 壓縮

→ 合成

→ 分離案例一：工業(yè)合成氨防止催化劑中毒降溫將氨氣液化分離N2和H2循環(huán)利用高中化學(xué)選擇合適的催化劑：大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高經(jīng)濟(jì)效益。選擇合適的溫度：使得催化劑的活性最大，速率適宜。選擇合適的壓強(qiáng)：綜合考慮化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、動(dòng)力、材料、設(shè)備等。選擇合適的配料比：提高某種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。高中化學(xué)4FeS2(s)+11O2(g)SO3(g)+H2O

(l)接觸法工業(yè)制硫酸的核心反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2

(g) ΔH＝－853

kJ/mol2SO3

(g) ΔH＝－98.3kJ/molH2SO4(l) ΔH＝－130.3

kJ/mol高中化學(xué)提高反應(yīng)速率提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)高壓高壓溫度高溫低溫催化劑使用無(wú)影響濃度高濃度適當(dāng)控制反應(yīng)物的進(jìn)料比問(wèn)題討論依據(jù)以下反應(yīng)特點(diǎn)，工業(yè)上選擇什么條件完成該反應(yīng)？2SO2(g)+O2(g) 2SO3

(g) ΔH＝－98.3

kJ/mol高中化學(xué)壓強(qiáng)：溫度：濃度：常壓450

℃左右O2的含量比SO2多催化劑： 釩觸媒（五氧化二釩）催化劑的活性實(shí)際工業(yè)反應(yīng)條件選擇2SO2(g)+O2(g) 2SO3

(g) ΔH＝－98.3

kJ/mol高中化學(xué)（1）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，增大壓強(qiáng)對(duì)SO2催化氧化成SO3的反應(yīng)十分有利，但實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上確采用常壓進(jìn)行反應(yīng)，其原因可能是什么？SO2平衡轉(zhuǎn)化率0.1MPa0.5MPa1MPa10MPa400

℃99.299.699.799.9500

℃93.596.997.899.3600

℃73.785.889.596.4在常壓和450℃的反應(yīng)條件下，SO2催化氧化生成SO3的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若再增大壓強(qiáng)，會(huì)增加設(shè)備的耐壓能力要求和壓縮氣體時(shí)動(dòng)力的要求，不經(jīng)濟(jì)。實(shí)際工業(yè)反應(yīng)條件選擇問(wèn)題探討：高中化學(xué)SO2O2N27%11%82%為什么要控制氧氣的含量比SO2大？提高SO2的轉(zhuǎn)化率實(shí)際工業(yè)反應(yīng)條件選擇問(wèn)題探討：（2）進(jìn)入接觸室的氣體成分及含量（體積分?jǐn)?shù)）通常為：高中化學(xué)工業(yè)合成氨新技

術(shù)2018年5月，美國(guó)佛羅里達(dá)研究機(jī)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出一種新的電化學(xué)技術(shù)，用金屬鈀化合物的納米粒子作為催化劑，在常溫常壓下，實(shí)現(xiàn)了用氮?dú)夂退a(chǎn)氨，相關(guān)論文發(fā)表在英國(guó)《自然·通訊》雜志上。2019年4月，東京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種鉬催化劑，利用這種催化劑再加上還原劑碘化釤，可在常溫常壓下利用氮和水高效合成氨