等级考单元21化学与工业.docx
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等级考单元21化学与工业
2019年上海高考化学·等级考单元[21]
定量实验
一、教学基本要求：
学习内容
学习水平
21.1无机化工
21.1.1溴与碘的提取
B
21.1.2合成氨工业
C
21.1.3硫酸工业☆
C
21.1.4纯碱工业☆
C
21.2有机化工
21.2.1石油化工
A
21.2.2煤化工
A
学习水平：
A-知道、B-了解、C-运用、D-综合☆：
拓展
二、知识精讲：
【21.1.1】溴与碘的提取
◇说出通常情况下Br2、I2的颜色与状态
◇说出液溴易挥发、碘易升华的特性
◇描述碘与淀粉的显色现象
◇识别Br2、I2溶解在水、苯和四氯化碳中的颜色
◇描述Br2、I2在水中和在有机溶剂中的溶解性差异
◇描述海水提溴的主要原理和过程，书写相关化学反应的离子方程式
◇归纳海带提碘的主要原理和过程，书写相关化学反应的离子方程式
【21.1.2】合成氨工业
◇书写工业合成氨反应的化学方程式，从氮分子的结构解释反应难以发生的原因
◇应用化学反应速率和化学平衡知识解决合成氨合理生产条件的选择
【21.1.3】硫酸工业
☆说出接触法制硫酸的化学原理和原料，书写主要反应的化学方程式
☆应用化学反应速率和化学平衡知识解决工业制硫酸合理生产条件的选择
☆认识硫酸工业中充分利用能量的方式
【21.1.4】纯碱工业
☆归纳氨碱法生产纯碱的原理，了解简单流程，对该方法进行评价
☆归纳侯氏制碱法的原理，了解简单流程，对该方法进行评价
☆归纳化工生产中绿色化学思想
【21.2.1】石油化工
◇说出天然气的存在、主要成分及其用途
◇说出石油的成分
◇说出石油分馏的原理
◇说出石油裂化的目的
◇列举常见的石油产品及其用途
【21.2.2】煤化工
◇说出煤干馏的原理
◇列举煤干馏的产物
三、知识梳理：
A.溴与碘的提取:
1．海水提溴
（1）海水中溴的浓度比较低，怎么办？
因此我们利用的是将海水浓缩晒盐和提取氯化钾之后的苦卤进行溴的提取。
（2）我们需要的是游离态的单质溴，而海水中的溴是以什么形态存在的呢？
我们怎么将这种形态的溴转变为单质溴呢？
_________________________________________________________________
（3）海水呈碱性，在通氯气前应对海水做怎样的处理？
如果直接通氯气会怎样呢？
_________________________________________________________________
（4）得到的单质溴仍然溶解在海水中，如何将溴从海水中提取出来呢?
_________________________________________________________________
（5）为什么要将溴蒸气的出口温度控制在70～80℃？
温度过高或过低会有什么影响？
_________________________________________________________________
（6）海水中提取溴的流程Ⅰ如图所示：
（7）写出步骤④的化学方程式。
_________________________________________________________________
（8）为什么不直接用含溴的海水进行蒸馏得到液溴，而要经过“空气吹出、SO2吸收、氯化”?
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
（9）为什么不直接将含溴的空气冷凝得到液溴，而需要进行“SO2吸收、氯化”？
_________________________________________________________________
（10）步骤④也可以用纯碱溶液吸收单质溴，步骤⑤再以硫酸酸化，化合态的溴又转化为溴单质。
写出相关反应的离子方程式。
_________________________________________________________________
（11）溴微溶于水，步骤⑦中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。
分离仪器的名称是 ______，分离时液溴从分离器的______排出，而溴水则可以循环在利用。
（12）海水中提取溴的流程Ⅱ如图所示：
2．提溴小结
综上所述，海水中提溴的过程可以简化如下：
三、海带提碘-实验用品:
试管、100mL烧杯（2只）、瓷坩埚（或铁坩埚）、漏斗、分液漏斗、铁架台（带铁圈）、酒精灯（或酒精喷灯、煤气灯）、坩埚钳、托盘天平、泥三角、玻璃棒、滤纸、剪刀、火柴。
氯水（新制）、1%淀粉溶液、四氯化碳、蒸馏水、干海带。
四、实验内容:
1．准备用布擦掉干海带表面的泥沙等杂质，用剪刀将海带剪碎（便于灼烧）。
2．称量称取约5g干海带，放入瓷坩埚内，在铁架台的铁圈上放置泥三角，再将坩埚放在泥三角上。
3．灼烧开始时用酒精灯小火加热，并用玻璃棒小心翻动。
待水气蒸干，再集中加热、灼烧，直到无烟、海带全部变成灰为止。
4．溶解待坩埚冷却，然后将海带灰转移到烧杯中，加入10mL水，搅拌1min（必要时可微热），加速碘化物的溶解。
5．过滤将海带灰中的浸出液过滤，收集滤液。
如果滤液浑浊，则再过滤一次。
6．检验在试管中取1mL溶液，加2滴淀粉溶液，再逐滴加入氯水，观察到_________________，
证明____________________________________________。
7．萃取在试管中取6mL滤液，加入1mL四氯化碳，再逐滴加入氯水，并不断振荡，观察_______。
几个实验小组将上述液体一起注入分液漏斗中，进行分液，得到碘的四氯化碳溶液，集中倒入回收瓶中。
晒干灼烧
坩埚、坩埚钳、泥三角、酒精灯、玻璃棒、三脚架
过滤
普通漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台（带铁圈）
氧化
Cl2+2I-→2Cl-+I2（适量氯水）
④
萃取、分液
分液漏斗、烧杯、铁架台（带铁圈）
⑤
（减压）蒸馏
蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、酒精灯、石棉网、承接管、锥形瓶、烧杯、铁架台（铁圈、铁夹）
【思考和讨论】
1）海带中提取碘的基本化学原理是什么？
除了上述实验中用氯水作氧化剂外，还可以用其他试剂作氧化剂吗？
2）用分液漏斗来进行萃取或分液时要注意些什么？
为什么能用四氯化碳来萃取碘水中的碘，其作用是什么？
3）实验中将海带灼烧成灰的作用是什么？
4）在检验滤液中的微量I-时，为什么不宜先加氯水，再加淀粉溶液检验？
5）为了确定在20mL海带提取液中加多少毫升氯水，恰好能使全部碘离子全部氧化成单质碘，设计一个实验方法并说明理由。
五、实验注意事项:
1．灼烧:
应在通风处加热灼烧，或使用通风设备去除白烟和难闻的气味。
应边加热边搅拌，用坩埚钳夹持坩埚，玻璃棒小心搅拌，使海带均匀受热，加快灰化的速度。
灼烧完毕，应将坩埚和玻璃棒放在石棉网上冷却，不可直接放在冷的实验台上，防止温度很高的坩埚骤冷而破裂
2．氧化及检验:
控制试剂的用量。
检验碘元素应取少量含I-的滤液，不要直接向滤液中直接加淀粉溶液，否则滤液会被污染使得后续实验将无法操作。
3．萃取:
漏斗内加入的液体量不能超过容积的3/4。
为防止杂质落入漏斗内，应盖上漏斗口上的塞子。
B.合成氨工业:
表：
合成氨条件的选择
反应条件
对化学反应速率的影响
对平衡混合物中NH3的含量的影响
合成氨条件的选择
增大压强
有利于增大化学反应速率
有利于提高平衡混合物中NH3的产量
压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用20MPa—50MPa的压强
升高温度
有利于增大化学反应速率
不利于提高平衡混合物中NH3的产量
温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用500℃左右的温度（因该温度时，催化剂的活性最强）
使用催化剂
有利于增大化学反应速率
没有影响
催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。
浓度（分离产物）
速率下降
有利于提高平衡混合物中NH3的产量
适时将产物氨液化分离，未转化的N2和H2进行循环利用。
从平衡的角度分析，在N2和H2的物质的量比为1:
3时平衡转化率最大（实验表明适当提高N2的比例，当N2和H2的物质的量比为1:
2.8时更能加快合成氨反应的进行）
C.硫酸工业:
1．接触法制硫酸的生产原理及工业设备
生产阶段
化学方程式
工业设备
生产原理
（1）SO2的制取与净化
（2）SO2氧化成SO3
（3）SO3的吸收和硫酸的生成
2．尾气的吸收，可用氨水吸收
2NH3+H2O+SO2
（NH4）2SO3
NH3+H2O+SO2
NH4HSO3
将生成物用稀硫酸处理后，可制得化肥（NH4）2SO4，并回收了SO2。
3．生产简要流程
4．列管式热交换器作用：
充分利用能量，将SO2、O2进行预热
E.纯碱工业:
实验背景：
无水碳酸钠，俗名纯碱、苏打。
它是玻璃、造纸、肥皂、洗涤剂、纺织、制革等工业的重要原料，还常用作硬水的软化剂，也用于制造钠的化合物。
它的工业制法主要有氨碱法和联合制碱法两种。
一、实验原理
化学反应原理是：
______________________________________________________
总反应为：
______________________________________________________
将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体再加热，制得纯碱产品：
氨碱法（又称索尔维法）
1．原料：
食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气
2．步骤：
先把氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，
再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液，
将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。
（放出的二氧化碳气体可回收循环使用）
含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca（OH）2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。
CaO＋H2O
Ca（OH）2，
2NH4Cl＋Ca（OH）2
CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
其工业流程图为：
其工业生产的简单流程如图所示：
3．氨碱法的优点是：
（１）原料（食盐和石灰石）便宜；
（２）产品纯碱的纯度高；
（３）副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；
（４）制造步骤简单，适合于大规模生产。
4．氨碱法的缺点是：
（１）产生大量无用的副产品CaCl2
（２）NaCl利用率只有70%，约有30%的NaCl留在母液中。
（3）设备多，耗能大。
3、联合制碱法（又称侯氏制碱法）
1．原料：
食盐、氨气和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。
2．步骤：
联合制碱法包括两个过程：
第一个过程与氨碱法相同：
将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。
第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。
由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。
所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。
此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。
其工业生产的简单流程如图所示：
此法优点：
保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%；NH4Cl可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。
【讨论】
1、索尔维采取了哪些措施来提高氨的利用率？
（1）______________________________________________________
（2）______________________________________________________
（3）______________________________________________________
2、“侯氏制碱法”与“索尔维制碱法”的主要不同在母液的处理上。
“侯氏制碱法”采取了怎样的方式对母液进行处理？
从化学原理上分析采取这些处理措施的原因。
（1）向母液中加食盐细粒
【思考】向向母液中加食盐细粒的目的是什么？
____________________________________
（2）向母液中通氨气
【思考】向母液中通氨气的作用有哪些？
______________________________________________________
______________________________________________________
（3）降温至5℃左右
3、侯氏制碱法的现实意义
（1）符合现在提倡的“绿色化学的要求：
提高了原料（NaCl）的利用率，不产生无用的CaCl2。
（2）体现了大规模联合生产的优越性：
利用一个厂的废料，作为另一个厂的主要原料。
如合成氨厂的废料CO2，可以作为碱厂的主要原料；碱厂无用的Cl-，可以代替价格比较昂贵的硫酸用来固定氨，制成氮肥。
降低了成本，提高了综合经济效益。
F.石油化工
石油不仅仅是重要的能源，而且是宝贵的资源，从石油中提炼出来的许多化工原料可以通过进一步的加工，得到的产品广泛的用于农业，工业、国防建设、医疗卫生以及日常生活的各个邻域。
石油化工是炼油的继续和发展，当石油分馏得到的燃料越来越不满足社会日益增长的需要时，人们就将分馏出来用途较少的重油隔绝空气高温加热，把相对分子量较大，沸点较高的重油裂化成分子质量较小的，沸点较低的烃作为燃料。
裂化的方式有热烈化（500-600℃）、催化裂化（460-520℃），在裂化过程中还会产生少量乙烯等小分子化合物。
为满足化学工业对乙烯的的需求，科学家们将重油裂解（700-1000℃）生产乙烯，于是石油化工诞生了。
因为乙烯生产的发展推进了石油化工基础原料和产品的发展，因此常把乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志，也是一个国家综合国力的表现。
G.煤化工:
石油不仅仅是重要的能源，而且是宝贵的资源，从石油中提炼出来的许多化工原料可以通过进一步的加工，得到的产品广泛的用于农业，工业、国防建设、医疗卫生以及日常生活的各个邻域。
煤是由远古时代的植物经过漫长而复杂的变化而转变成的固体可燃物。
它是由有机物和无机物所组成的复杂混合物，主要组成元素是C，此外还含有少量的H、N、S、O以及微量的Si、Al、Ca、Fe等。
思考：
化工能源有哪些？
煤的综合利用:
（1）煤的干馏:
把煤隔绝空气加强热使其分解的过程，叫做煤的干馏。
（2）煤的气化和液化
①煤的气化是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。
主要反应为C（s）+H2O（g）
CO（g）+H2（g）
②煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程。
煤的气化、液化的过程都是化学变化。
③煤气化、液化的目的：
减少污染，提高热效率。
煤千馏的主要产品及用途
产品
主要组成
主要用途
焦炉气
氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳
气体燃料、化工原料
粗氨水
氨、铵盐
氮肥
煤焦油
苯、甲苯、二甲苯
炸药、染料、医药、农药、合成材料
酚类、萘
染料、医药、农药、合成材料
沥青
筑路材料、制碳素电极
焦炭
炭
冶金、制电石、燃料、合成氨
四、例题分析：
例1.下列仪器名称正确的是（）
A．三脚架B．表面皿C．镊子D．瓷钳锅
例2.下列实验设计与结论相符合、实验操作正确的是（）
（1）
（2）
A．将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘单质萃取到乙醇中
B．蒸馏操作时，应使温度计水银球靠近蒸馏烧瓶的支管口处
C．分离碘酒中的碘和酒精，如图
（1）
D．除去氯化铵中的碘，如图
（2）
例3.从海带中提取碘的实验过程中，涉及到下列操作，其中正确的是（）
A．海带灼烧成灰B．过滤得含I－溶液C．放出碘的苯溶液D．分离碘并回收苯
例4对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是（）
A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大
B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大
C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大
D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大
例5.右图是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置，下列方案正确的是
选项
X
收集气体
Y
A
碱石灰
氯化氢
水
B
碱石灰
氨气
水
C
氯化钙
二氧化硫
氢氧化钠
D
氯化钙
一氧化氮
氢氧化钠
例
6以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：
（1）将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整
4+11O2
2Fe2O3+8SO2
（2）接触室中发生反应的化学方程式是。
（3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（选填序号字母）。
a.为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
b.过量空气能提高SO2的转化率
c.使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率
d.沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
例7硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位。
（1）硫酸的最大消费渠道是化肥工业，用硫酸制造的常见化肥有（任写一种）。
（2）硫酸生产中，根据勒夏特列原理来确定的条件或措施有（填写序号）。
A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎B．使用V2O5作催化剂
C．接触室中使用适宜的温度D．净化后的炉气中要有过量的空气
E．催化氧化在常压下进行F．吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3
（3）在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫：
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）+196.6kJ
在实际工业生产中，常采用“二转二吸法”，即将第一次转化生成的SO2分离后，将未转化的SO2进行二次转化，假若两次SO2的转化率均为95%，则最终SO2的转化率为。
（4）硫酸的工业制法涉及三个主要的化学反应及相应的设备（沸腾炉、接触室、吸收塔）。
①三个设备分别使反应物之间或冷热气体间进行了“对流”。
请简述接触室中冷热气体之间对流的意义：
。
②工业生产中常用氨—酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。
用化学方程式表示其反应原理：
。
例8.恒温下，往六种饱和溶液：
①Ba（NO3）2②Ca（OH）2③Na2SiO3④NaAlO2⑤Na2CO3⑥NH3和NaCl中，分别持续通入CO2，最终得到沉淀或析出晶体的是（ ）
A．①③④⑥B．②③④⑥C．③④⑤⑥D．②③④⑤
例9侯氏制碱法是连续循环生产的过程，主要流程见右图，有关该流程的叙述中正确的是
A．母液中含有大量的Na+、NH4+、Cl－、CO32－
B．通入NH3只是为了增加NH4+浓度
C．加入的Y物质为CO2
D．生产过程中还需要补充水
例10.工业上获得大量的乙烯、丙烯、丁二烯采用的方法是（）
（A）减压分馏（B）高温干馏（C）石油裂化（D）石油裂解
例11.在石油处理的以下过程中：
①从石油中分离出汽油、煤油、柴油等；②将直链烃变为芳香烃；③十六烷变成辛烷和辛烯；④高温下将石油分馏产物中相对分子质量大的烃分子断裂为相对分子质量小的不饱和烃，如乙烯、丙烯等。
其中属于石油裂化的是，属于石油裂解的是______，属于石油分馏的是，属于物理变化的是____，属于化学变化的是（填序号）
例12.下列关于煤的叙述中，不正确的是（）
（A）煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源
（B）煤经过干馏，可得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等
（C）煤的液化、气化可以使煤成为清洁能源，减少污染，提高煤的燃烧效率
（D）汽油只能由石油加工得到，煤不能加工得到汽油
例13.在下列叙述的变化中，不属于化学变化的是（）
（A）天然气完全燃烧生成二氧化碳和水（B）煤干馏生成焦炭、煤焦油、焦炉气和粗氨水
（C）石油裂解得到乙烯、丙烯、丁二烯（D）石油分馏得到汽油、煤油和柴油
五、课堂习题：
1.海带含有丰富的碘，为了从海带中提取碘，设计并进行以下实验：
完成下列填空：
（1）步骤①灼烧海带时，不需要用到的仪器是（选填编号）
（2）步骤③的操作名称是；步骤⑤的操作名称是。
（3）步骤④所发生反应的离子方程式是。
（4）步骤⑤中不能用酒精代替苯的理由是。
（5）检验提取碘后的水层是否还含有单质碘的方法是。
2.实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是（）
A．①是氨气发生装置B．③是氨气发生装置
C．②是氨气吸收装置D．④是氨气收集、检验装置
3.某校化学小组学生利用下图装置进行“氨的催化氧化及检验产物”实验。
（图中夹持装置已略去）下列推断合理的是
A．C不需要持续加热B．D的作用是干燥气体
C．B是无用装置D．仅用该套装置和药品无法达到检验产物的目的
4.与实际化工生产流程相符的叙述是（）
A．制备硝酸的工业中，理论上氨中的氮元素100%转化为了硝酸
B．制备硫酸的工业尾气用氢氧化钠溶液吸收
C．让Cl2在H2中燃烧制氯化氢，将氯化氢气体通入水中获得盐酸
D．工业上用电解熔融氯化铝和冰晶石的混合物的方法得到铝
5.在硫酸的工业制法中，下列生产操作与水明的原因二者都正确的是（）
A．硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎，这样易于向沸腾炉中投料
B．炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应
C．SO2氧化为SO2时需使用催化剂，这样可提高SO2的转化率
D．接触室的反应温度控制在400~500℃，因为在该温度范围内催化剂的活性较高
6.在硫酸的工业制法中，生产操作与说明生产操作的原因二者都正确的是（）
A．硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎，这样易于向沸腾炉中投料
B．炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应
C．SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可提高SO2的转化率
D．接触室的温度控制在400～500℃，这样催化剂的活性
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