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高中化学选修2知识点详汇


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 造气:S+O2==SO2 (条件 加热) 反应原理 催化氧化:

2SO2+O2
催化剂

制硫酸

2SO3

吸收:SO3+H2O==H2SO4 98.3%的硫酸吸收。 原料选择 黄铁矿:FeS2
催化剂

硫磺:S 2SO3 放热 可逆反应(低温、高压会提升转化率)

2SO2+O2 反应条件

转化率、控制条件的成本、实际可能性。400℃~500℃,常压。 钒触媒:V2O5 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 热交换:用反应放出的热预热反应物。

三废处理

能量利用

2
催化剂

制氨气 N2+3H2 2NH3 放热、可逆反应(低温、高压会提升转化率)

反应原理

高温高压

反应条件:铁触媒 400~500℃,10MPa~30MPa 1、 造气: 2:空气 N (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) 。 生产过程 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。

1

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 废气:H2S-直接氧化法(选择性催化氧化) 、循环。 CO2-生产尿素、碳铵。 三废处理 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 1、CO2 通入含 NH3 的饱和 NaCl 溶液中 NH3+CO2+H2O==NH4HCO3 NaCl+NH4HCO3==NaHCO3↓+NH4Cl

氨碱法



2、2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O↑

(索尔维) 缺点:CO 来自 CaCO ,CaO-Ca(OH) -2NH +CaCl +2H O 2 3 2 3 2 2 CaCl2 的处理成为问题。 NaCl 中的 Cl 没有充分利用, 和 只有 70%。 CaCO3 的利用不够充分。 与氨气生产联合起来: 联合法 (侯德榜) 资料: 一、硫酸的用途 肥料的生产。 硫酸铵(俗称硫铵或肥田粉) :2NH3 + H2SO4=(NH4)2SO4; 和过磷酸钙(俗称过磷酸石灰或普钙) :Ca3(PO4)2 + 2H2SO4=Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4; 浓硫酸的氧化性。 ( 1) 2Fe + 6H2SO4 (浓) (2)C + 2H2SO4 ( 浓) S + 2H2SO4 (浓) Fe2 (SO4)3 + 3SO2 ? + 6H2O 2SO2 ? + CO2 ?+ 2H2O 3SO2 ? + 2H2O
2


NH3、CO2 都来自于合成氨工艺;这样 NH4Cl 就成为另一产品化肥。综合利用 原料、降低成本、减少环境污染,NaCl 利用率达 96%。

(铝一样)

2P + 5H2SO4(浓)

2H3PO4 + 5SO2 ? + 2H2O

(3)H2S + H2SO4 (浓) = S + SO2 ? + 2H2O 2HBr + H2SO4 (浓) = Br2 ? + SO2 ? + 2H2O 8HI + H2SO4(浓) = 4I2 + H2S ? + 4H2O (4)2NaBr + 3H2SO4 (浓) = 2NaHSO4 + Br2 ? + SO2? + 2H2O 2FeS + 6H2SO4(浓) = Fe2(SO4)3 + 2S ? + 3SO2 ? + 6H2O (5)当浓硫酸加入胆矾时,浓硫酸吸水,胆矾脱水,产生白色沉淀。 二、氨气 1、氮肥工业原料 与酸反应生成铵盐 2、硝酸工业原料 能被催化氧化成为 NO 4NH3+5O2=4NO+6H2O (Pt-Rh 高温) 3、用作制冷剂 易液化,汽化时吸收大量的热 三、纯碱 烧碱(学名氢氧化钠)是可溶性的强碱。它与烧碱并列,在工业上叫做“两碱”。烧碱和纯碱都易溶于水,呈 + 强碱性,都能提供 Na 离子。 1、普通肥皂。 高级脂肪酸的钠盐,一般用油脂在略为过量的烧碱作用下进行皂化而制得的。

如果直接用脂肪酸作原料,也可以用纯碱来代替烧碱制肥皂。

第二单元 化学与资源开发利用
教学重点(难点) : 1、 天然水净化和污水处理的化学原理,化学再水处理中的应用和意义。 硬水的软化。中和法和沉淀法在污水处理中的应用。 2、 海水晒盐。海水提镁和海水提溴的原理和简单过程。氯碱工业的基本反应原理。 从海水中获取有用物质的不同方法和流程。 3、 石油、煤和天然气综合利用的新进展。

3

知识归纳: 方法 原理 混凝剂:明矾、绿矾、硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等 Al3++3H2O 3H++Al(OH)3

混凝法 天 然 水 的 净 化 化学软化法

絮状胶体(吸附悬浮物) ;带正电(使胶体杂质聚沉) 。 生活用水净化过程:混凝沉淀-过滤-杀菌 硬水:含有较多的 Ca2+,Mg2+的水,较少或不含的为软水。 不利于洗涤,易形成锅垢,降低导热性,局部过热、爆炸。 暂时硬度:Ca(HCO3)2 或 Mg(HCO3)2 引起的硬度。1、加热法 永久硬度:钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的硬度。 2、药剂法:纯碱、生石灰、磷酸盐 3、离子交换法:离子交换树脂,不溶于水但能与同电性离子交换 2NaR+Ca2+==CaR2+2Na 再生:CaR2+2Na ==2NaR+Ca2+
+ +

污 水 处 理

物理法 (微)生物法

一级处理:格栅间、沉淀池等出去不溶解的污染物。预处理。 二级处理:除去水中的可降解有机物和部分胶体污染物。 三级处理:中和法-酸性废水(熟石灰) ,碱性废水(硫酸、CO2)

化学法

沉淀法-含重金属离子的工业废水(沉淀剂,如 S2-) 氧化还原法。 (实验:电浮选凝聚法)

方法

原理 太阳照射,海水中的水分蒸发,盐析出。 盐田条件:地点(海滩、远离江河入海口) 、气候。

海水制盐 盐的 利用 食盐利用

蒸发法(盐田法) 盐田划分:贮水池、蒸发池、结晶池。 苦卤:分离出食盐的母液。 2NaCl+2H2O


电解

电解(氯碱工业)

2NaOH+H2↑+Cl2↑


阳极:2Cl -2e =Cl2↑ 阴极:2H++2e =H2↑ 海水提溴 吹出法 1、氯化:Cl2+2Br =2Cl +Br2 2、吹出:空气(或水蒸气)吹出 Br2
- -



4

3、吸收:Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4 再用氯气氧化氢溴酸。 海水提镁 具体过程 蒸馏法、电解法、 海水提取重水 化学交换法、吸附 法 海水―――Mg(OH)2―――MgCl2―――Mg 碱(贝壳)/过滤 了解化学交换法 盐酸 干燥/电解

化工

目的

分馏(常压、 把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物,得到汽油(C5~11) 、煤油(C11~16) 、柴油 减压) (物理) (C15~18)等轻质油,但产量较低。 石油 裂化(化学) 获得更多轻质油,特别是汽油。断链。 列解(化学) 获得重要有机化工原料:乙烯、丙稀、丁烯等。 关注问题 干馏 气化 提高燃烧热效率,解决燃烧时的污染,分离提取化学原料。 隔绝空气加热。得焦炉气(H2、CH4、乙烯、CO 等,燃料) 、煤焦油(苯等芳香 族化合物,进一步提取) 、焦炭(金属冶炼)等。 利用空气或氧气将煤中的有机物转化为可燃性气体。C+水 把煤转化为液体燃料的过程。 煤 液化 芳香烃等。煤制油(内蒙古) 。 间接液化:先转变为 CO 和氢气,再催化合成为烃类、醇类燃料。 以分子中只含一个碳原子的化合物(甲烷、甲醇等)为原料合成一系列化工原 一碳化学 料和燃料的化学。 CO:煤 电解饱和食盐水中。 正阳失,负阴得。 阳极:活性电极,放电顺序:S2->SO32->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42->F阴极: Ag >Fe >Cu >H (酸性溶液)>Pb >Sn >Fe >Zn >(H )>Al >Mg >Na >Ca >K
+ 3+ 2+ + 2+ 2+ 2+ 2+ + 3+ 2+ + 2+ +

直接液化:与溶剂混合,高温、高压、催化剂与氢气作用,得到汽油、柴油、

CH4:天然气。

5

(1)在电解饱和食盐水中, 阳极有气泡产生,有刺激性味道的气体,湿润的 KI-淀粉试纸变蓝。阴极有气泡,可燃气体。 (2)如果交换电极:如果用的都是惰性电极(石墨或铂),那么可以互换(反应不变);但如果原来阴极用的是铁棒,那么不能 互换,若互换,铁作阳极:Fe-2e-=Fe2+,阴极:2H++2e-=H2;阴极产生的氢氧根离子会和阳极产生的亚铁离子在溶液中反应, 生成氢氧化亚铁(白色沉淀,不稳定马上变成灰绿色,最终变成红褐色)。 (3)阳离子交换膜有一种特殊的性质,即它只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过,也就是说只允许 Na+通过, 而 Cl-、 OH-和气体则不能通过。 这样既能防止阴极产生的 H2 和阳极产生的 Cl2 相混合而引起爆炸, 又能避免 Cl2 和 NaOH 溶液作用生成 NaClO 而影响烧碱的质量。 (4)阳极接在电源正极上,电源正极会不断地吸电子,所以只能挂惰性电极,如炭棒和 Pt 等,若挂其他,如铁棒,那么电子被电 源正极吸收,Fe 会变成铁离子,从而进入电解液中,你会很快看到铁棒不见了。那至于为什么用炭棒而不用 Pt,则是价格关系。 炭棒便宜。 而阴极接在电源负极上, 电源负极在不断产生电子, 所以挂什么并没有什么大的关系, 挂铁的话, 反而保护了铁不变为铁离子。 其实负极挂炭棒什么的,也可。在工业生产中一般阴极不用铁棒而做成铁网,增大反应接触面。而炭不易做成网状,所以选用炭棒。

第三单元
教学重点(难点):

化学与材料的发展

1、硅氧四面体的特殊性,一些无机非金属材料生产的化学原理。 形成对化学与材料发展关系比较全面的认识。 2、金属冶炼的原理,金属腐蚀的原理和防腐方法。 电解、电镀的原理。 3、常见高分子材料的生产原理。 知识归纳: 一、无机非金属材料 原料 陶瓷 黏土 成分 生产原理 高温烧制 性能、用途 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高 温、绝缘、易成型。盛放物 品、艺术品
高温

传统硅 酸盐材 料

玻璃

石英砂、 Na2SiO3 石灰石、 CaSiO3 纯碱
石灰石、 黏土 硅酸二三 钙铝酸三 钙、 铁铝酸 钙

Na2CO3+SiO2 O2 CaCO3 类似

Na2SiO3+C

光学玻璃、耐腐蚀玻璃,不 同颜色玻璃。 水硬性,用作建筑材料。 混凝土:水泥、砂子、碎石

水泥

磨成粉-煅烧-加石膏等- 粉磨

6

碳化硅

SiO2,C

SiC

SiO2+C

高温

SiC+CO



结构与金刚石相似,硬度 大,优质磨料,性质稳定, 航天器涂层材料。 熔点高、硬度大、化学性质 稳定,制造轴承、气轮机叶 片、发动机受热面。 半导体工业

氮化硅

高纯 Si、 Si3N4 N2 高纯焦 炭、 石英 砂 Si

3Si+2N2

高温

Si3N4

3SiCl4+2N2+6H2= Si3N4+12HCl

单质硅 新材料

SiO2+2C

高温

Si+2CO ↑

=SiHCl3+H2 SiHCl3+H2
高温

Si+3HCl 研磨材料

金刚石 其余新 材料 二、金属材料 金属活动顺序表:

CH4

C

CH4=====C (金刚石) +2H2

C60(新型贮氢材料) 、超导材料等

标出金属冶炼的方法及范围: 原料 炼铁 炼钢 装置 原理 还原剂 CO 的生成:C+O2==CO2 CO2+C==2CO 生铁形成:Fe2O3+3CO==2Fe+3CO
降低 C%:2C+O2=2CO 2Fe+O2=2FeO FeO+C=CO+Fe

铁矿石、焦炭、 高炉 石灰石、空气 生铁 氧气顶 吹转炉

除杂质:FeS+CaO=CaS+FeO 脱硫 添加合金元素:Cr、Mn、Ni 铝土矿溶解:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O 氢氧化铝析出:NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3 氢氧化铝脱水:2Al(OH)3=Al2O3+3H2O 电解氧化铝:2Al2O3
电解

炼铝

铝土矿、纯碱、 电解槽 石灰、煤、燃料 油



+NaHCO3

4Al+3O2

↑ 阴极: 3++12e-=4Al 4Al

冰晶石(Na3AlF6)-氧化铝熔融液,少量 CaF2 阳极: 2—12e-=3O2 6O 金属腐蚀及防护: 分类 化学腐蚀 金属腐蚀原理 电化学腐蚀 氧化膜 电镀 实例 氧气、氯气等,温度影响较大。钢材高温容易氧化一层氧化皮 原电池反应,例如钢材 吸氧腐蚀 (大多)阴极 1/2O2+H2O+2e-=2OH- 阳极 Fe-2e-=Fe2+ : 析氢腐蚀 (酸性)阴极 2H++2e-=H2 : 阳极 Fe-2e-=Fe2+ 用化学方法在钢铁、铝的表面形成致密氧化膜 镀铬、锌、镍(在空气中不容易发生化学变化的金属,原理) ↑

金属防腐方法

7

其余 三、高分子材料

改善环境、牺牲阳极(原电池的负极) 、外加电流等

分类:天然高分子:淀粉、纤维素、蛋白质 合成高分子:聚××× 合成方法 加成聚合反应 缩合聚合反应 聚氯乙稀: 聚苯乙烯: 涤纶: 举例 基本概念 单体: 链节: 聚合度:

塑料分类 热塑性 热固性

结构 线型 体型

性质 溶解于一些有机溶剂,一定温度范围会软化、熔 融,加工成形 不易溶于有机溶剂,加热不会熔融

举例 聚乙烯 酚醛树脂

高分子材料降解分类:生物降解、光降解、化学降解 废旧高分子材料的再利用途径: (1)再生、改性重新做成有用材料和制品; (2)热裂解或化学处理的方法制备多 种化工原料; (3)作为燃料回收利用。

化学肥料

实例 尿素


生产原理


2NH3+CO2 4NH3+5O2

H2NCOONH4
催化剂

H2NCOONH4 2NO+O2=2NO2

H2NCONH2+H2O

氮肥

硝酸铵



4NO+6H2O

3NO2+H2O=2HNO3+NO

NH3+HNO3=NH4NO3

其余:碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、氨水、硝酸钙、硝酸钾等 磷肥 钾肥 复合肥料 农药 过磷酸钙/普钙 硫酸处理。成分:Ca(H2PO4)2·H2O 和 CaSO4 其余:重过磷酸钙 Ca(H2PO4)2,钙镁磷肥、KH2PO4 等 草木灰 K2CO3,氯化钾,硫酸钾、硝酸钾等 铵磷复合肥、硝磷复合肥、硝酸铵、 KH2PO4 等 实例
8

作用、影响

有机氯(DDT 杀虫剂

、六六六

、DDE)

有机磷、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类等。 杀菌剂 植物生长调节剂 波尔多液(硫酸铜、石灰)、石灰硫磺合剂等、除草剂等 乙烯利、矮壮素等

防治有害生 物,提高农 作物产量。 影响生物群 落、土壤、 大气、 水等。

第四单元 化学与技术 的发展
教学重点(难 点):

1、化肥为农作物补充必要的营养元素,主要化肥的生产原理;了解农药的组成、结构和性 病虫害效果的关键因素。化肥、农药的使用及其对环境的影响。 2、了解肥皂、合成洗涤剂的组成、特点、性质及其生产原理。

质是决定其防治

3、通过典型实例了解精细化学品的生产特点,体会化学与技术发展在满足生产和生活需要中的不可替代作用。 知识归纳: 合成洗涤剂 主要成分 生产原理 工业味精:表面活 结构优化 1、确定合适的碳链长度(12~18)。 (过长水溶性降低,过短水溶性过强) 2、不含支链的烃基。(容易生物降解) 3、合理配方。(提高综合性能,环境污染、增白、香味等) 界面张力(表面张力), 提高工业生产效率,提高产品质量和性能。 性剂。用量少,能 显著降低水与空 气或其他物质的 故态:洗衣粉 烷基苯磺酸钠 液态:洗洁净

肥皂 肥皂成分 生产原理 水中电离 亲油基(憎水基) 去污原理 亲水基 主要作用 简单图示 RCOONa=RCOO-+Na+ RCOONa+ 高级脂肪酸钠(钾) RCOONa 或 RCOOK 油脂水解/碱性条件

通式

使肥皂、油污、水之间发生润湿、乳化、起泡

9


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