归纳与整理教案和学案内容

第四章

化学与技术的发展归纳总结

元氏一中耿建永

一。学习目标

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

质是决定其防治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。

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。

二．知识归纳

化肥与农作物

化学肥料

氮肥

实例

尿素

硝酸铵

生产原理

2NH3+CO2

△

H2NCONH2+H2O

催化剂

4NH3+5O2△

4NO+6H2O

2NO+O2=2NO2

3NO2+H2O=2HNO3+NO

NH3+HNO3=NH4NO3

化学与技术知识点

一、水的净化与污水处理

1.生活用水的净化

（1）基本流程：天然水+混凝剂

过滤→清洁水+消毒剂→饮用水

天然水中溶解的主要气体是O2、CO2、H2S。

（2）除去水中的固体杂质和悬浮物：常用混凝剂为铝盐(如硫酸铝、明矾、碱式氯化铝等)、三价铁盐等。

原理为：Al3＋＋3H2O=Al(OH)3(胶体)＋3H＋，Fe3＋＋3H2O=Fe(OH)3(胶体)＋3H＋，生成的胶体能吸附水中的悬浮杂质而沉降，达到净水的效果。

（3）消毒：常用的消毒剂为氯气、漂白粉精、臭氧、二氧化氯等。

对自来水进行暴晒是为了除去水中少量的次氯酸。

水处理剂能杀菌消毒是因为它具有强氧化性。

过氧化钠不能用于自来水的杀菌消毒。

O3消毒的反应产物无毒无害。

（4）消除水中的异味：活性炭颗粒的比表面积大，吸附能力强，让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床能够除去水中的异味。

活性炭在水的净化过程中只发生物理变化。

通入CO2可以除去水中的Ca离子和调节溶液的pH 2.污水处理

①生物化学方法

通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥，在强力通入空气的条件下，微生物以水中的有机

废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、水等无机物，从而达到净化污水的目的。

②中和法

酸性废水常用熟石灰中和，碱性废水常用H2SO4或CO2中和。

③沉淀法

Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋等重金属离子可用Na2S除去，反应的离子方程式为Hg2＋＋S2－===HgS↓，Pb2＋＋S2－===PbS↓，Cu2＋＋S2－===CuS↓。

注意：①一般不采用离子交换法，因为离子交换法价格昂贵。

②过滤用到的玻璃仪器出烧杯外，还有漏斗、玻璃棒

③分离Hg是需在通风橱中进行，原因是Hg有挥发性，且有毒

④回收纯净的金属铜时应增加冷凝回流装置以防止污染。

3.水质检测的项目: BOD、有机物、N、P、重金属、pH值、悬浮物、溶解性固体、总碱度、

富营养化的检测项目: 水样的总铅、总铜、总铁、阴离子表面活性剂、氨氮值

硬水软化

1．暂时硬度和永久硬度

(1)硬水：含有较多钙、镁离子的水叫做硬水。（雨水为软水）

检验硬水的简便方法：加入少量肥皂水（或饱和Na2CO3溶液），观察是否有沉淀生成

(2)水的硬度：一般把1 L水里含有10 mg CaO(或含相当于10 mg CaO的物质，如含7.1 mg MgO称1度1°)。

(3)暂时硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2引起的，称暂时硬度。

永久硬度：水的硬度是由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，称永久硬度。

判断暂时硬水和永久硬水的方法：加热煮沸，观察是否有沉淀生成

(4)硬水的缺点

①和肥皂反应时产生不溶性的沉淀，降低洗涤效果。

②钙盐镁盐的沉淀会造成锅垢，妨碍热传导，严重时还会导致锅炉爆炸。

③硬水的饮用还会对人体健康与日常生活造成一定的影响. 2．硬水软化

(1)目的：降低硬水中Ca2＋、Mg2＋的含量使之达到规定标准。

能使得到的软水中Ca2＋、Mg2＋的含量最低的方法是蒸馏法。

明矾不能软化硬水，因为它生成的氢氧化铝胶体只能吸附固体悬浮物，而不能除去Ca2＋、Mg2＋离子。

检测是否达到软化标准可用总硬度试纸测定。

(2)软化方法

①加热蒸馏法

②药剂软化法

石灰苏打法（先加石灰，再加纯碱）、磷酸钠法

③离子交换法

磺化煤作离子交换剂，磺化煤使用一段时间后会失去软化能力，可将其放置在8%~10%的食盐水中浸泡以恢复软化能力

天然水要先通过阳离子交换树脂，再通过阴离子交换树脂。

海水淡化

（1）海水淡化又称脱盐，利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐脱除。海水淡化的方法有蒸馏法、膜法（电渗析、反渗透）、冷冻法、离子交换法等。其中蒸馏法、膜法是主要方法。

（2）常用方法

①蒸馏法

能耗大，成本高；但设备相对简单，技术比较成熟

改进方法：采用降低容器内压强的方法，并安装热交换器。

原理：压强越大，液体的沸点越高。

②电渗析法

耗能最少，成本较低，海水淡化大多采用这种方法

③反渗透法

效率最高

④冷冻法

需要大量的能源

二、氨的合成

一、氮的固定

1、定义：把大气中的游离态的氮转化为氮的化合物

缺氮: 植物的生长发育会迟缓或停滞

2、类别：①

天然固定：豆科植物的根瘤菌固氮、雷雨天产生NO气体（N2 + O2 =放电= 2NO

2NO + O2 == 2NO2

3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO）

②

人工固定：合成氨等。

二、合成氨工艺

（1）条件（尽可能加快反应速率和提高反应进行的程度）

①选择合适的压强：20 MPa～50 MPa ②选择合适的温度：450℃左右

③使用催化剂：铁触媒（催化剂活性受温度影响）

④采取循环操作：不断补充氮气和氢气并及时液化分离出氨，并将余下N2、H2送回合成塔，以提高原料的利用率。

（2）原料气的制备（N2主要来源于空气；H2主要来源于水和碳氢化合物）

制备N2的方法

①物理方法：加压、降温，使空气液化，然后减压升温，利用氮气、氧气的沸点不同，把氮气分离出来

②化学方法：将空气通过灼热的炭层，然后通过碱液，得到氮气

制备H2的方法

将水蒸气通过炽热的煤层（或焦炭），使水蒸气与碳发生化学反应，生成一氧化碳和氢气。

（3）净化：防止催化剂中毒

（4）压缩：增大转化率

（5）热交换器：充分利用反应热，节约能源

三、合成氨的生产工艺

合成氨生产得到的氨可以直接用途肥料，也可用来生产硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵。

4NH3 + 5O2 =催化剂/加热= 4NO + 6H2O

2NO

+

O2

== 2NO2

3NO2

+

H2O

==

2HNO3

+

NO

使用食盐、石灰石、氨可以制得纯碱

在饱和食盐水中通入足量的氨气，在通入足量的二氧化碳气体，并将反应装置昂在冰水中冷却，即可获得氢氧化钠晶体。

NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl

2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 氯碱成产

原理：电解饱和食盐水

离子交换膜的作用：

①防止Cl2和H2混合而引起爆炸

②避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH产品的质量

检验氯气：把湿润的淀粉碘化钾试纸放在电极附近，观察试纸是否变蓝

检验氢气：点燃看是否有爆鸣声

精制食盐水时，先依次加入BaCl2、Na2CO3、NaOH等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸，调节溶液的pH 三、硫酸工业

原理：

①造气

S

+

O2=点燃=SO2

4FeS2

+ 11 O2 =高温= 2Fe2O3 + 8SO2 ②接触氧化

2SO2

+

O2=催化剂= 2SO3 ③三氧化硫的吸收

SO3

+

H2O ＝H2SO4 设备

①沸腾炉

沸腾炉出来的高温炉气除含有二氧化硫外，还含有多种杂质，需要经过冷却、除尘和酸洗

②接触室

③吸收塔

三氧化硫用98.3%的硫酸吸收，得到浓硫酸或发烟硫酸。

不用水吸收是为了避免产生酸雾从而降低吸收效率

逆流方式可以使两者更好地接触吸收

尾气的处理方法之一为用氨水洗涤烟气脱硫

用途：生产化肥、清洗金属表面

飘尘能使空气中的SO2 转化为SO3，它的作用是载体。

镁和铝的冶炼

1.镁的冶炼

CaCO3 =高温= CaO＋CO2↑

CaO＋H2O＝Ca(OH)2 MgCl2＋Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓＋CaCl2 Mg(OH)2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O MgCl2·6H2O =△/HCl= MgCl2＋6H2O MgCl2(熔融) =通电= Mg＋Cl2↑

2.铝的冶炼

Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O CO2＋2H2O＋NaAlO2＝Al(OH)3↓＋NaHCO3 2Al(OH)3 =△= Al2O3 ＋3H2O 2Al2O3

=通电= 4Al ＋

3O2↑

注意

用于飞机制造业的重要材料是Mg-Al合金

合金的熔点比各组分的熔点都低

浓盐酸滴入浓硫酸可制备干燥的HCl气体，防止MgCl2水解

进行蒸发操作的主要仪器有蒸发皿、玻璃棒、酒精灯和坩埚钳

电解MgCl2而不是MgO是因为MgO的熔点很高，熔融时需要消耗大量的能量

电解生成的Cl2可用于制取HCl气体，以实现氯元素的循环。

向铝土矿通入水蒸汽的作用是加热，加快反应

Fe2O3除了能用于金属冶炼之外，还可用作颜料

有机药物制备

以氯苯为材料合成阿司匹林

合成洗涤剂的成产

主要成分：

表面活性剂:洗涤剂能够发挥去污作用的主要物质表面活性剂吸附在固体污垢上，可使污垢的附着能力下降，易离开表面进入洗液中。由亲油基团和亲水基团两部分构成。

辅助成分：

助剂、泡沫促进剂、填料、配料、杀菌剂、织物柔顺剂、荧光增白剂及特殊添加剂等

纤维素的化学加工

纤维素的用途

①制造纤维素硝酸酯（硝化纤维）。根据含N 量分为火棉（含N量较高，用于制造无烟火药）、胶棉（含N量较低，用于制赛璐珞和喷漆）

②制造纤维素乙酸酯（醋酸纤维），不易着火，用于制胶片。

③制造黏胶纤维（NaOH、CS2处理后所得，其中的长纤维称人造丝，短纤维称人造棉）

④棉麻纤维大量用于纺织工业

⑤木材、稻草、麦秸、蔗渣等用于造纸。

⑥食物中的纤维素有利于人的消化。

有机高分子合成

环境污染与化学防治

绿色化学与可持续发展