河南省荥阳三中2015-2016学年高中化学走进化学工业(第2课时)《硫酸工业中的三废处理及能量利用》三案一课

第2课时硫酸工业中的三废办理及能量利用教学设计【学习目标】认识硫酸工业生产中的三废办理的方法，防范环境污染。认识硫酸工业生产中怎样实现能量的综合利用。理解硫酸工业的有关计算。【重点难点】理解硫酸工业的有关计算。经过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的谈论，认识环境保护的重要性，培养优异的环境保护意识。课前预习【情况资料】化工生产中废渣，一般是由未反响的固体原料或是在生产过程中再生成的固体所形成的。化工废渣属于环境污染物，但好多化工废渣都有必然程度的利用价值。从可连续发展的大战略上对待化工废渣的合理利用或办理，价值就更高了。怎样办理硫酸工业中的三废及能量利用？【预习内容】依照教材有关内容填写以下空白：一、生产中的三废办理1．尾气吸取硫酸生产的尾气中含有少量

，可用

吸取，使其生成

，再用

办理，生成

和

。方程式为

、

；2.污水办理为

硫酸生产过程中的污水，含有

杂质，可用。

中和法办理。方程式3.废渣的利用废渣可用来制

或制造

。炉渣和矿灰，可作为

的原料。二、能量的充分利用硫酸生产过程中的三个反响都是厂自行供应能量，而且还可以一般生产1t硫酸约需耗资

热反响，若是分利用这些热量，不仅可以由硫酸，可大大降低生产成本。的电能。生产1t硫酸放出的反响热相当于的电能。若是可以充分利用这些热量，不仅可以由硫酸厂自行能量，还可以向外界大量的能量，可大大降低。预习内容答案一、1.SOCa(OH)2CaSO3HSOSO2CaSO4224SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2OH2SO4+CaSO3=CaSO4+H2O+SO2↑2.酸性石灰乳Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O3．砖水泥炼铁二、放向外界输出大量能量100kW·H200kW·H供应输出生产成本堂中互动【问题研究1】常说的工业三废指的是什么？硫酸工业生产过程中三废怎样办理？【教师点拨】预办理及生产过程中产生的废气、废液、废渣情况及办理成本，常常成为可否采用该工艺的决定性因素。解析解答:三废办理方法：①尾气吸取。②污水办理利用不相同化工生产过程中产生的污水所含的杂质不相同，依照杂质的性质利用不相同的化学方法进行办理。③废渣的利用。【即学即练1】以下废物办理方法中正确的选项是()化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸取化学实验中产生的二氧化氮废气可用烧碱溶液吸取用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废渣可用于提取燃料用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废气可用于提取漂白剂1.BD【解析】二氧化硫在浓硫酸中的溶解度特别小，A项错误；二氧化氮可跟烧碱溶液发生化学反响2NO＋2NaOH===NaNO＋NaNO3＋H2O，B项正确；黄铁矿本来就是无机矿物质，又经过高温煅烧后，废渣的主要成分是氧化铁、二氧化硅、氧化铝等，从中提取燃料是不现实的，C项错误；硫酸生产厂的废气中含有较高浓度的二氧化硫气体，二氧化硫可用作漂白剂，D项正确。【问题研究2】你认为硫酸工业可以怎样合理利用能源？【教师点拨】硫酸工业的能量循环（理论：放热大于吸热），这些废热的利用，可以向外界输出大量的能量，能大大降低生产成本。解析解答：（1）在沸腾炉（造气炉）旁设置蒸汽锅炉进行发电（2）在接触室（催化反响室）中设置热交换器一方面预热反响原料气，另一方面使接触氧化到合适温度（3）在接触室（催化反响室）周边建筑浴室，提高劳动福利或创立经济效益。【即学即练2】接触法生产硫酸的过程中，对废气、废水、废渣、废热的办理正确的选项是()①尾气用氨水办理②污水用石灰乳办理③废渣用来造水泥、炼铁④设置废热锅炉产生蒸汽、供热或发电A.①②B.①③④C.①②③D.①②③④2.D【解析】硫酸厂尾气中含有SO2，可用氨水吸取办理；硫酸厂废水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸厂废渣中含有SiO2、Fe2O3等，可用于制造水泥、炼铁；由于硫酸生产过程中三个化学反响都是放热反响，可以充分利用这些反响放出的热能来降低生产成本。【问题研究3】硫酸工业中涉及多步反响，计算起来比较烦杂，怎样快速掌握硫酸工业中多步反响的计算？【教师点拨】经过本题的计算进一步掌握物质纯度，转变率、产率的计算关系式，并在多步反应中找出量的相当式进行简捷的计算。（1）关系式法：先写出多步反响的化学方程式，尔后找出反响物和生成物之间物质的量（或质量）之比，列出关系式，即可一步计算。（2）元素守衡法：找出主要原料和最后产物之间物质的量的对应关系。找出此关系的简略方法，就是解析原料与产物之间所含重点元素原子个数关系，解析解答：FeS2～2H2SO4，S～H2SO4。若已知（欲求）FeS2含量，用前面的关系式，若已知（欲求）S的含量，用后一关系式，且二氧化硫转变率、三氧化硫吸取率均可折算成初步物FeS2（或S）进行计算。【即学即练

3】含

FeS265%的硫铁矿在煅烧时有

1.8%的硫损失而混入炉渣，二氧化硫转变成三氧化硫的利用率为99%。由这种硫铁矿制2t98%的硫酸，需硫铁矿多少吨？3.189.9t【解析】题中65%为硫铁矿的纯度，有1.8%的硫损失也即是1.8%的FeS2损失，二氧化硫的利用率（转变率）也即是FeS2的利用率。设需这种硫铁矿的质量为x。解法一：FeS2～2HSO241202×98x×65%(1-1.8%)×99%2t×98%x=189.9t解法二：

S

～

H

2SO432

9864/120x

×65%×(1-1.8%)

×99%

2t

×98%x=189.9t练案A组（课堂反响

满分

50分）一、选择题（每题5分，共35分）1.工业制硫酸用硫黄作为原料产生的污染较用硫铁矿小，主要方面是A.废气B.废渣C.废水D.酸雨

(

)1.B【解析】用硫铁矿制硫酸，废渣很多，而用硫黄作为原料，几乎没有废渣，但废气的量没有减少，也会产生废水。环境污染已成为人类社会面对的重要威胁，各种污染数不胜数，以下名词与环境污染没关的是()①温室效应

②赤潮

③酸雨

④光化学污染⑤臭氧层空洞

⑥水俣病

⑦潮汐

⑧大脖子病A.①②

B.⑦⑧

C.⑥⑦⑧

D.②⑤⑦2.B【解析】①③④⑤属于大气污染，②⑥属于水污染，潮汐是一种自然现象，大脖子病是因人体缺乏碘元素造成的，所以⑦⑧不属于环境污染。3.工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是()A.NaOH溶液、酚酞试液B.石灰水、石蕊试液C.碘水、淀粉溶液D.氨水、酚酞试液3.C【解析】测定SO2含量必定要能跟SO2反响，而且可以用颜色变化来正确确定反响终点。A项和D项诚然能反响，但A在完好生成Na2SO3时溶液还是碱性，没变色，而D在SO2还没与氨水完好反响时就开始变色了。C项石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显。某制药厂尾气中含少量SO2气体，一般用NaOH溶液或氨水吸取，以防污染环境。分别用1mol·L－1的NaOH溶液或同浓度的氨水办理相同量的尾气，两种方法所需吸取液的体积关系是()A．NaOH溶液的体积大于氨水B．NaOH溶液的体积等于氨水C．NaOH溶液的体积小于氨水D．无法判断4.B【解析】SO2＋2NaOH===NaSO3＋H2O，SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O。在硫酸工业生产中，SO3的吸取过程是在吸取塔(如图)中进行的，吸取塔里还装入了大量瓷环。以下说法中不正确的选项是()．．．A.从①处通入SO3，整个吸取操作采用逆流的形式B.从②处喷下98%的硫酸，瓷环的作用是增大接触面积C.从③处导出的气体只含有少量SO2，可直接排入大气从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸5.C【解析】三氧化硫的吸取平时使用98%的硫酸，不用水或稀硫酸，原因是水或稀硫酸吸取三氧化硫时简单形成酸雾，吸取速率慢，不利于三氧化硫的吸取；气体的吸取常采用逆流原理，这样有利于气、液的充分接触，吸取收效好；从吸取塔上部导出的气体是N2、没有起反响的和少量二氧化硫，直接排入大气会污染环境，所以应用吸取剂吸取或循环使用。6.以下列图为硫酸工业生产中的某一设备，以下说法正确的选项是()

O2上图所示设备为吸取塔在该设备中应该尽量增大压强，提高SO2的转变率热交换的目的，一方面使立刻参加反响的气体达到必然温度，另一方面降低系统温度有利于生成SO3D.在A处流出的气体为SO2、SO3、O26.C【解析】本题观察工业制硫酸的设备解析。图中装置为接触室，A错误；在该设备中压强不宜过大，压强过大对设备和动力的要求比较高，不利于节约成本，B错误；在该设备中使用了热交换器，热交换的目的，一方面使立刻参加反响的气体达到必然温度，另一方面降低系统温度有利于生成SO3，C正确；在A处流出的气体为SO2、O2，循环利用，D错误。7.把含硫48%的硫铁矿先制成硫酸，再吸取氨气制成硫酸铵。1t这种硫铁矿在理论上能制得硫酸铵(

)A.1.06t

B.1.98tC.2.14tD.2.26t7.B【解析】依照“S”―→H2SO4―→(NH4)2SO4关系式可得出m[(NH4)2SO4]＝1t×48%×132＝1.9832t。二、填空题（共15分）8.(7分)石膏也可用于工业生产二氧化硫，进而生产硫酸。天然石膏的化学式为CaSO4·2H2O。将天然石膏脱水后，第2步化学反响即可制得二氧化硫。(1)写出第1步反响的化学方程式______________________________________。(2)在第2步化学反响中，以下原料可以使用的是(用序号填空)________。写出有关化学反响的方程式______________________________________。①空气②氧气③硫酸④焦炭(3)在第2步化学反响中，可能会排入空气的气态污染物是________________。它(或它们)的主要危害是______________________________________。△8.(1)CaSO4·2H2O=====CaSO4＋2HO（2分）高温(2)④（1分）2CaSO4＋C=====2CaO＋2SO↑＋CO2↑（2分）(3)二氧化硫和一氧化碳（1分）二氧化硫以致酸雨，一氧化碳令人中毒（2分）【解析】在CaSO4→SO2的变化中硫元素被还原，所以要使用还原剂(焦炭)。焦炭的氧化产物中有可能含有一氧化碳。9.(8分)工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2，O2外，还含有和酸雾。为了保护环境，同时提高硫酸工业的综合经济效益，应尽可能将尾气中的适用的副产品。请按要求回答以下问题：

SO2、微量的SO3SO2转变成将尾气通入氨水中，能发生多个反响，写出其中可能发生的两个氧化还原反响的化学方程式________________________________________、________________________________。(2)在尾气与氨水反响所获取的高浓度溶液中，按必然比率加入氨水或碳酸氢铵，此时溶液的温度会自行降低，并析出晶体。①以致溶液温度降低的原因可能是____________________________________________。②析出的晶体可用于造纸工业，也可用于照相用显影液的生产。已知该结晶水合物的相对分子质量为134，则其化学式为_____________________。③生产中常常需要向溶液中加入合适的对苯二酚或对苯二胺等物质，其目的是________________________________________________________________________。9.(1)2H2SO3＋O2===2HSO4（2分）2(NH)SO＋O===2(NH)SO或2NHHSO＋O===2NHHSO（2分）423242443244(2)①反响吸热（1分）②(NH)SO·HO（2分）③防范亚硫酸铵被氧化（1分）4232【解析】(1)尾气中的SO2与NH3·H2O的反响：SO2＋2NH3·H2O===(NH4)SO3，当SO2连续通入则发生：(NH)SO＋SO＋HO===2NHHSO。发生的氧化还原反响应是2－－被氧气氧化为2－；SO、HSOSO4232243334(2)在尾气与氨水反响所获取的高浓度溶液中主要含NHHSO，加入的氨水或碳酸氢铵与NHHSO4343反响生成(NH4)2SO3。①以致溶液温度降低的原因应是反响吸热。②Mr[(NH4)2SO3]＝116，结合结晶水合物的相对分子质量134，可知结晶水合物含1分子H2O，化学式为(NH4)2SO3·H2O。(NH4)2SO3易被氧气氧化，且对苯二酚或对苯二胺拥有还原性，所以加入合适的对苯二酚或对苯二胺等物质，其目的是防范亚硫酸铵被氧化。B组（课后拓展）1.已知氢氧化钙和碳酸钙在水中存在以下溶解平衡：Ca(OH)2(s)2＋－Ca(aq)＋2OH(aq)，CaCO3(s)CO32－(aq)＋Ca2＋(aq)。在火力发电厂燃烧煤的废气中常常含有SO2、O2、N2、CO2等。为了除掉有害气体SO2并变废为宝，常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液冲洗废气。写出上述两个反响的化学方程式：①SO2与CaCO3悬浊液反响______________________________________；②SO2与Ca(OH)2悬浊液反响______________________________________。(2)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的原因___________________________。(3)在英国进行的一项研究结果表示：高烟囱可以有效地降低地表面的SO2浓度。在上世纪的60～70年代的十年间，由发电厂排放的SO2增加了45%，但由于建筑高烟囱的结果，地表面SO2浓度却降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度，解析这种方法可否可取并简述原因：。1.(1)①CaCO3＋SO2===CaSO3＋CO2②SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O(2)由于Ca(OH)2的溶解度太小，澄清石灰水吸取SO2的收效不好不可以取，这种方法诚然能减少地表面SO2的浓度，但SO2依旧存在，污染并未除掉【解析】本题以工业尾气中SO2的办理为背景，观察了环保知识，解答问题的重点是从反响的实质下手。2.黄铁矿(主要成分为FeS)是工业制取硫酸的重要原料，其煅烧产物为SO和FeO。2234(1)将050molSO2(g)和030molO2(g)放入容积为1L的密闭容器中，反响2SO(g)＋O2(g)2SO3(g)在必然条件下达到平衡，测得c(SO3)＝040mol·L－1。计算该条件下反响的平衡常数K和SO2的平衡转变率(写出计算过程)。已知上述反响是放热反响，当该反响处于平衡状态时，在体积不变的条件下，以下措施中有利于提高SO2平衡转变率的有________(填字母)。A．高升温度B．降低温度C．增大压强D．减小压强E．加入催化剂F．移出氧气(3)SO2尾气用饱和Na2SO3溶液吸取可获取重要化工原料，反响的化学方程式为______________________________________。将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后，加入铁粉，可制备FeSO4。酸溶过程中需保持溶液足够酸性，其原因是______________________________________。2.(1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)初步浓度/mol·L－10500300平衡浓度/mol·L－1050－040030－040/2040c230.040mol·L－123所以，K＝c2＝＝1.6×10SO2·cO20.010mol·L－12×0.010mol·L－1L·mol－120.050mol·L－1－0.010mol·L－1α(SO)＝0.050mol·L－1×100%＝80%(2)BC(3)SO2＋H2O＋Na2SO3===2NaHSO3控制Fe3＋、Fe2＋的水解，防范Fe2＋被氧化成Fe