选修二 第1节 化学与资源开发利用

(5)8.0×103 t,9.83×109 kJ.
[拓展· 发现]
化学原理在硫酸化工生产中的应用
合成甲醇及其他化工原料．例如：天然气重整的方程
高温 式：CH4＋H2O=====CO＋3H2 .
二、海水的综合利用 1．海水制盐 (1)生产步骤 ①加熟石灰 ②过滤 ③加 盐酸 ④浓缩结晶、脱水
干燥
⑤熔融电解
(2)工艺流程
3．海水提溴
(1)工艺流程
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－ . (2)主要反应原理：
产的优越性．
[感受· 鉴赏] 1．如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的 课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的
轻质燃油．
资料一：石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物， 常温下呈固态． 资料二：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂．
某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置 如上图：实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化，
[解题指导]
仪器连接的顺序应遵循：从下往上、从左到
右的原则，装入药品之前要检验装置的气密性．依据石油
分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，
兼起冷凝气体的作用；依据催化裂化原理，下列反应皆有 可能发生： Al2O3 a．C20H42――→C10H20＋C10H22 △
Al2O3 b．C10H22――→C5H12＋C5H10 △ Al2O3 c．C5H12――→C2H4＋C3H8 △ Al2O3 d．C5H12――→CH4＋C4H8 △
(4)能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是________(填字母) A．NaOH溶液、酚酞试液 C．碘水、淀粉溶液 B．KMnO4溶液、稀H2SO4 D．氨水、酚酞试液 ΔH＝－196.6
(5)已知：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
kJ· －1，计算每生产一万吨98%硫酸所需要的SO3的质 mol
(2)联合制碱法
使食盐的利用率提高到96%以上，用同量的食盐能比 氨碱法生产更多的纯碱．另外它综合利用了合成氨厂 的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时生产出两种重要的 产品——纯碱和氯化铵；过程中不生成没多大用途、 又难以处理的CaCl2，减少了对环境的污染，并且大大 降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生
生产
③向滤液(含 NaCl、NH4Cl)中 ③ 向 滤 液 ( 含 NaCl 、 过程 通过 CO2 后，与石灰乳混合， NH4Cl)中加入 NaCl 粉 回收氨气 2NH4Cl＋Ca(OH)2 末并通入氨气析出 △ =====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O NH4Cl，回收饱和食盐 水
2．工艺流程
需要，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)．
[特别提醒]
用98.3%的浓H2SO4吸收SO3得到发烟硫酸
(H2SO4· 3)，避免因水吸收形成酸雾，影响吸收速率． nSO
四、氯碱工业
1．设备
离子交换膜电解槽．离子交换膜只允许 Na＋ 通过．
2．化学反应
＋ － 阴极： 2H ＋2e ―→H2↑ (还原反应)
把煤 隔绝空气 加强
热使其分解
CH4
高热值气：CH4
方法
原理
产品
直接 液化 液化 间接 液化
高温高压下，使煤与 H2作用生成液体燃料
优质汽油、柴油、芳
香烃和副产物燃料气、 液化石油气等
把煤气化成CO和H2， 合成汽油、甲醇等液 经催化合成液体燃料 体燃料
2．天然气的综合利用
除了直接用作燃料外，还可以制造合成氨原料气H2 ，
HBr即可得到溴单质．
三、硫酸工业
1．三种原料：硫黄(或 黄铁矿 )、空气、水．
2．三个反应
(1)造气：S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－297 kJ· －1 mol 4FeS (s)＋11O (g)=== 2Fe2O3(s)＋8SO2(g)
2 2
ΔH＝－3 412 kJ· －1 mol (2)接触氧化：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ· －1 mol
阳极： 2Cl－―→Cl2↑＋2e－ (氧化反应) 化学方程式： 通电 2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑.
3．粗盐的精制
(1)目的：除去泥沙，使Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等离子的
含量达到要求． (2)原因：Ca2＋、Mg2＋等在碱溶液中形成的沉淀及泥沙等会 破坏离子交换膜，而使产品不纯． (3)试剂：BaCl2、Ca(OH)2、Na2CO3、稀盐酸． 用BaCl2除SO，用 Ca(OH)2除去Mg2＋、Fe3＋，用Na2CO3 除去Ba2＋及Ca2＋，所加沉淀剂需稍过量．
(1)索尔维法制碱的工艺流程
(2)联合制碱法的工艺流程
3．综合评价 (1)氨碱法 ①优点：原料(食盐和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高； 副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简

单，适合于大规模生产．
②缺点：原料食盐的利用率低，大约70%～74%，其余 的食盐随CaCl2溶液作为废液被抛弃；过程中产生了没 多大用途且难以处理的CaCl2.
试管Ⅱ中有液体生成，说明生成含5个或5个碳原子以上的 烃，因为常温常压下，含5个或5个碳原子以上的烃大都呈 液体，试管Ⅲ中KMnO4溶液退色说明生成常温常压下呈 气态的5个碳原子以下的烯烃；由于裂化产物中有烯烃生
成，易与溴发生加成反应，所以不能萃取溴；从以上变化
可以看出，石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃 油，特别是汽油的产量和质量．
(2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了______________________．
(3)试管Ⅲ中溶液退色说明了__________________________． (4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴，理由是_______ ____________________________________________________.
196.6×0.5 9.8×109 g Q
m(SO3)
80×9.8×109 g m(SO3)＝ ＝8.0×109 g＝8.0×103 t， 98 9.8×109×196.6×0.5 Q＝ ＝9.83×109 (kJ)． 98
[答案] (1)FeS2 (3)A、B、D
(2)2SO2＋O2
2SO3
(4)B、C
试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液退
色，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，具有汽油的气味．
(1)该装置仪器连接的顺序遵循原则为__________________， 为保证实验成功，实验前必须进行的操作是__________．装 置中较长导管的作用是_______________________________．
(4)工艺流程 沉淀剂 加适量稀盐酸 粗 盐 水 ―——―→ 过 滤 ――——————→ 离 子 交 换 树 脂―→精盐水． 在进入电解槽前需通过离子交换树脂进一步除去 Ca2＋、 Mg2 等离子，以防破坏离子交换膜．
＋
(5)有关反应方程式 Ba2 ＋SO2 ===BaSO4↓， 4 Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓， Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓， Ca2＋＋CO2－===CaCO3↓， 3 Ba2＋＋CO2－===BaCO3↓， 3 CO2－＋2H＋===H2O＋CO2↑. 3
下，使长链
化学
重油、
汽油、煤油、柴
烃断裂为短
链烃 深度裂化
变化
石蜡等
油等轻质油
裂解
化学 变化
石油分馏 主要是乙烯、丙 产物(包括 烯、丁烯、甲烷 石油气) 等
(更高温度 下的裂化)
2．煤的综合利用 方法 干馏 原理 产品 焦炭、煤焦油和焦炉煤气 低热值气：CO、H2、相当 气化 把煤中的有机物转 化为 可燃性 气体 量的 N2 中热值气：CO、H2、少量
以直链烃为主 差、爆震性强
重油催化裂化
支链烃和环烃多， 含有烯烃 好，爆震性弱
能使溴的四氯化碳溶液退色是裂化汽油
[感受· 鉴赏]
2．以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：
(1)将煅烧黄铁矿的化学方程式补充完整． 高温 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________(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
一、煤、石油、天然气的综合利用 1．石油的综合利用 炼制方法 原理 利用烃的不 同沸点，将 物理 其分离成沸 变化 减压 变化 主要原料 主要产品 石油气、汽油、
常压
分馏
原油
煤油、柴油、重
油等 柴油、润滑油、
点不同的产
物
重油
燃料油、石蜡、 沥青等
炼制方法
原理 在一定条件
变化
主要原料
主要产品
裂化
NaCl ＋ NH3 ＋ CO2 ＋ H2O===NaHCO3↓ ＋ 原理 H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl NH4Cl 煅烧 2NaHCO3=====Na2CO3 煅烧 2NaHCO3 ===== Na2CO3 ＋ ＋CO2↑＋H2O↑ CO2↑＋H2O↑
氨碱法
联合制碱法
①制备氨盐水②通 ①制备氨盐水②通 CO2 析出 CO2 析出 NaHCO3 晶 NaHCO3 晶体并煅烧 NaHCO3 体并煅烧 NaHCO3 得 得到 Na2CO3 到 Na2CO3
(3)溴的吸收富集
①纯碱吸收法：海水中的溴离子被氧化为溴单质后，
用热空气或水蒸气吹出，通过Na2CO3溶液使溴富集后， 再将得到的溶液用稀硫酸酸化．发生反应： 3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑ 5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O ②SO2吸收法：用空气吹出的溴和大量的空气混合在一 起，不易分离，用还原剂SO2吸收后，再用氯气氧化