高考化学复习《建立物质转化问题的分析模型---以SO2的吸收及吸收液再利用为例》

1、建立物质转化问题的分析模型-以SO2的吸收及吸收液再利用为例烟气排放出烟气排放出SO2的危害的危害形成酸雨：形成酸雨：SO2 + H2O H2SO32H2SO3 + O2 = 2H2SO4 课前任务：课前任务：SOSO2 2尾气吸收剂的选择尾气吸收剂的选择 思考讨论并将吸收方案相应原理（化思考讨论并将吸收方案相应原理（化方或离方）写在纸上。方或离方）写在纸上。 提示：方案要有序，体现出分类思想。提示：方案要有序，体现出分类思想。 课前任务回顾梳理课前任务回顾梳理 学生作业展示及讲解利用SO2易溶于水，并能与水反应生成对应的酸利用碳酸钙能受热分解为CaO，用碱性氧化物吸收，并用氧气氧化选碱溶液吸

2、收生成对应的亚硫酸盐选用了各种氧化剂转化为硫酸盐利用还原剂将其还原为Sl 学生作业展示及讲解利用电化学方法实现氧化还原SO2吸收剂吸收吸收剂吸收无毒的含无毒的含硫化合物硫化合物分析物质性质分析物质性质化化学学性性质质类别类别：酸性氧化物酸性氧化物l 价态：价态：+4 S价态可升可降价态可升可降l还原性（主）还原性（主）l弱氧化性弱氧化性l 特性：特性：l选择性漂白选择性漂白应用反应规律应用反应规律选择吸收试剂选择吸收试剂酸碱反应规律酸碱反应规律氧化还原反应规律氧化还原反应规律可选用碱，碱性氧化物，可选用碱，碱性氧化物，某些碱性的盐等某些碱性的盐等可选氧化剂或电化学可选氧化剂或电化学装置装置可选

3、用还原剂或电化学可选用还原剂或电化学装置装置物理性质物理性质硫元素的价类二维图：硫元素的价类二维图：加碱性物质加氧加氧化剂化剂加还原剂价态价态类别类别氢化物氢化物单质单质氧化物氧化物含氧酸含氧酸盐盐-2 0+4+6依据物质性质应用反应规律确立转化目标产物原料和目标物对比分析选择反应试剂l 认识物质的基本角认识物质的基本角度：度：l 元素价态；物质类元素价态；物质类别别l 氧化还原规律；氧化还原规律；l 复分解反应规律复分解反应规律等等明确转明确转化目标化目标选择转选择转化原理化原理l 依据实际需依据实际需要要1. 1. 石灰石石灰石石膏法脱硫工艺石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛是世界上应用最广

4、泛的湿法脱硫工艺，产品石膏可做建筑材料。的湿法脱硫工艺，产品石膏可做建筑材料。l 思考思考解释解释：l CaCO3悬浊液与悬浊液与SO 2发生反应的原因。发生反应的原因。CaSO4 H2SO3 HSO3- + H+ Ka1= 1.23*10-2 HSO3- SO32- + H+ Ka2= 5.6*10-8 H2CO3 HCO3- + H+ Ka1= 4.45*10-7 HCO3- CO32- + H+ Ka2= 4.7*10-11资料：资料： CaCO3+ 2SO2 + H2O = Ca(HSO3)2 + CO2应用了应用了SO2的酸性强于碳酸的酸性强于碳酸1. 1. 石灰石石灰石石膏法脱硫工

5、艺石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛是世界上应用最广泛的脱硫湿法脱硫工艺，产品石膏可做建筑材料。的脱硫湿法脱硫工艺，产品石膏可做建筑材料。 CaCO3+ 2SO2 + H2O = Ca(HSO3)2 + CO2应用了应用了SO2的酸性强于碳酸；的酸性强于碳酸；+4价价S的还原性的还原性CaSO42. 碱式硫酸铝解吸法：碱式硫酸铝解吸法：碱式硫酸铝碱式硫酸铝 Al2(SO4)3Al2O3吸收烟气中低浓度的吸收烟气中低浓度的SO2 ，对吸收产物加热后，对吸收产物加热后， 吸收液可以再生，同时释放出高纯度的吸收液可以再生，同时释放出高纯度的SO2。吸收时吸收时化学反应为：化学反应为：Al2(SO4)3

6、Al2O3(aq)3SO2(g) Al2(SO4)3Al2(SO3)3(aq)Al2(SO4)3Al2(SO3)3 Al2(SO4)3Al2O3(aq)3SO2(g) 碱式硫酸铝解吸法脱硫技术流程碱式硫酸铝解吸法脱硫技术流程SO2吸收剂吸收吸收剂吸收无毒的含无毒的含硫化合物硫化合物转化，回收转化，回收可再利可再利用物质用物质 实际工业中不仅考虑废气如何吸收也要考虑工业成本、操作便捷，更要考虑吸收液如何再利用，不能造成二次污染等。追求绿色化学和原子经济。 钠碱法脱硫以效率高，防结垢，无二次污染等优点受钠碱法脱硫以效率高，防结垢，无二次污染等优点受到人们的重视。以到人们的重视。以NaOH为起始吸收

7、液其主要原理如下：为起始吸收液其主要原理如下：2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2ONa2SO3 + SO2 + H2O = 2NaHSO3 l吸收液吸收液pH pH 值对脱硫效率的影响值对脱硫效率的影响为什么pH6以后吸收效果显著下降，此时溶液主要成分是什么呢？pH6时时NaHSO3含量越来含量越来越高越高 请你应用物质转化问题解决思路，设计请你应用物质转化问题解决思路，设计将将吸收液（吸收液（NaHSO3占比较高占比较高）转化成可继续吸收）转化成可继续吸收SO2的再生液的方案，并写出相应反应原理。的再生液的方案，并写出相应反应原理。 任务二：吸收液再生利用方案设计任务二：吸收

8、液再生利用方案设计NaHSO3Na2SO3正盐正盐(类比类比Na2CO3)类别类别：弱酸酸式盐弱酸酸式盐(类比类比NaHCO3)依据酸式盐热不稳定性，利用分解反应依据酸式盐热不稳定性，利用分解反应加热分解法：同时获得加热分解法：同时获得Na2SO3 和和SO22NaHSO3 = Na2SO3 + SO2 + H2O NaHSO3Na2SO3正盐正盐(类比类比Na2CO3)类别类别：弱酸酸式盐弱酸酸式盐(类比类比NaHCO3)利用酸碱反应，中和酸式盐中氢离子利用酸碱反应，中和酸式盐中氢离子加碱：例如氢氧化钠加碱：例如氢氧化钠 加热法解吸加热法解吸SO2: 当吸收液中的亚硫酸氢钠达到一当吸收液中的

9、亚硫酸氢钠达到一定浓度后，可在蒸发器中将吸收富液加热到定浓度后，可在蒸发器中将吸收富液加热到105 110，一段时间后得到，一段时间后得到Na2SO3溶液溶液和和SO2，从而实现吸收剂的循环利用和，从而实现吸收剂的循环利用和SO2的回收。的回收。 但再生吸收液的吸收效果有所下降。但再生吸收液的吸收效果有所下降。 方法一：方法一：-来自文献中的数据来自文献中的数据 工业上可采用工业上可采用Ca(OH)2 悬浮液再生悬浮液再生Na2SO3 , 再生再生时控制时控制Ca(OH)2 NaHSO3 摩尔比在摩尔比在0 .5 0 .8 之之间比较合适，再生过程迅速完成，再生液脱硫效间比较合适，再生过程迅速

10、完成，再生液脱硫效率较高较稳定。率较高较稳定。 方法二：方法二：-来自文献中的数据来自文献中的数据Ca(OH)2 + 2NaHSO3 = CaSO3 + Na2SO3 + 2H2O 请同学们思考分析，比较两种方法可能存在的的优缺点。请同学们思考分析，比较两种方法可能存在的的优缺点。 思考与讨论思考与讨论NaHSO3Na2SO3类别：类别：正盐；正盐；价态：价态：+4价价S还原性为主还原性为主易发生氧化反应：易发生氧化反应：副反应：环境中存在氧化剂副反应：环境中存在氧化剂O2 ，可将其氧化，可将其氧化为为SO42-类别类别：弱酸酸式盐弱酸酸式盐价态：价态：+4价价S还原性为主还原性为主 请同学们

11、讨论分析，比较两种方法可能存在的的优缺点。请同学们讨论分析，比较两种方法可能存在的的优缺点。 思考与讨论思考与讨论 方法方法1中中NaHSO3受热分解反应速率较慢，因有还原受热分解反应速率较慢，因有还原性，加热过程中被空气中性，加热过程中被空气中O2氧化的反应速率加快，容易氧氧化的反应速率加快，容易氧化损失导致收液吸收效率降低。化损失导致收液吸收效率降低。 方法方法2中加熟石灰，离子反应速度快，但部分硫元素中加熟石灰，离子反应速度快，但部分硫元素转为为亚硫酸钙沉淀也需要进一步处理回收。转为为亚硫酸钙沉淀也需要进一步处理回收。思考：还可以通过什么方法来实现该转化？思考：还可以通过什么方法来实现该

12、转化？减少减少H+ , 增加增加Na+或减少亚硫酸氢根或减少亚硫酸氢根可通过电解池装置在可通过电解池装置在阴极让阴极让H+放电调放电调pH可利用电解池中可利用电解池中的离子迁移的离子迁移Na2SO3NaHSO3NaHSO3需在阴极室需在阴极室如阳极室有含有如阳极室有含有Na+的溶液，和阴极室之间的溶液，和阴极室之间需要阳离子交换膜需要阳离子交换膜l思考：吸收液思考：吸收液如何在该装置中如何在该装置中再再生生？ 方法三：方法三：再生液再生液H+在阴极得电子生成在阴极得电子生成H2，溶液中的，溶液中的c(H+)降低降低,促使促使HSO3-电电离生成离生成SO32-，且，且Na+进入阴极室，吸收液得

13、以再生。进入阴极室，吸收液得以再生。阳极：阳极：HSO3 2e + H2O = SO42+3H+副产品浓副产品浓的硫酸的硫酸 以下装置通过改变电解装置中的以下装置通过改变电解装置中的“膜膜”，直接获得吸收效率，直接获得吸收效率较高的再生液的同时，得到含较高浓度的较高的再生液的同时，得到含较高浓度的NaHSO3溶液，从而溶液，从而进一步得到高纯进一步得到高纯SO2。请同学们思考分析该转化是如何实现的？请同学们思考分析该转化是如何实现的？资料：资料：双极膜由阳离子交换膜、催化剂层和阴离子交换膜组合而成，双极膜由阳离子交换膜、催化剂层和阴离子交换膜组合而成，在直流电场作用下可将水解离，在双极膜的两侧分别得到在直流电场作用下可将水解离，在双极膜的两侧分别得到H+和和OH。H+OH-H+OH-再生液再生液高浓度高浓度NaHSO3溶液溶液（HSO3 SO32）l 根据需要综合考虑根据需要综合考虑l 进行优选进行优选过程的调整和优化l 依据物质性质依据物质性质和和l 反应原理反应原理依据物质性质应用反应规律确立转化目标产物原料和目标物对比分析选择反应试剂l 认识物质的基本角认识物质的基本角度：度：l