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2019-2020年高中化學(xué) 5.2《關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論》教案 舊人教版選修 一、學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1、 了解硫酸工業(yè)中原料的綜合利用方式和方法； 2、 了解硫酸工業(yè)中能量的充分利用方式和方法； 3、 了解硫酸工業(yè)中三廢處理、避免環(huán)境污染的方式和方法； 4、 了解化學(xué)工業(yè)工廠選址的原理。 二、記憶內(nèi)容： 1、酸雨的定義：pH＜5.6的雨水稱作酸雨，造成酸雨的原因是SO2，NOx，酸雨的主要成份是硫酸，原因：H2SO3被氧化成H2SO4，由弱電解質(zhì)變?yōu)閺?qiáng)電解質(zhì)．2H2SO3 +O2 === 4H+ +2SO42-． 2、硫酸工業(yè)中三廢的主要成份和處理辦法： ①?gòu)U氣主要是SO2，用氨水吸收。也可以用石灰]吸收而制成石膏． ②廢液(污水)主要是亞硫酸和硫酸——用石灰乳中和 ③廢渣 沸騰爐中出來的廢渣中含大量的三氧化二鐵，用作制造水泥的原料或用于制磚．含鐵品位高的礦渣，經(jīng)處理后可以煉鐵． 3、硫酸工廠選址要靠近消費(fèi)地，遠(yuǎn)離旅游地，可遠(yuǎn)離原料產(chǎn)地；靠近河流，但要在城市的下游； 三、學(xué)習(xí)材料： 提高硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的途徑 綜合經(jīng)濟(jì)效益包括最大限度地賺錢和社會(huì)效益，如保護(hù)環(huán)境、保障工人的安全等等． (1)環(huán)境保護(hù)與原料的綜合利用 在化學(xué)上沒有廢品．化工生產(chǎn)中，某一部門的“三廢”可以是其他部門的原料．所以化工生產(chǎn)過程中要盡可能把“三廢”變成有用的副產(chǎn)品．即實(shí)現(xiàn)原料的綜合利用，這既有利于降低生產(chǎn)成本又特別地保護(hù)了環(huán)境． 硫酸工業(yè)中“三廢”處理措施： ①?gòu)U氣“——”用氨水吸收 用氨水吸收SO2生成（NH4）2SO3，再用硫酸處理 （NH4）2SO3，得到較純凈的SO2和（NH4）2SO4，SO2繼續(xù)用于制硫酸，（NH4）2SO4用作化肥． SO2也可以用石灰[ ]吸收而制成石膏． ②廢液(污水)——用石灰乳中和 ③廢渣 沸騰爐中出來的廢渣用作制造水泥的原料或用于制磚．含鐵品位高的礦渣，經(jīng)處理后可以煉鐵． (2)能量的充分利用 許多化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)．化工生產(chǎn)中應(yīng)充分利用反應(yīng)熱，這對(duì)于降低生產(chǎn)成本具有重要意義． 硫酸的生產(chǎn)過程中要消耗大量能量，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)又放出大量熱量(能量)，而且后者是前者的2倍．因此，能充分利用反應(yīng)放出的熱量，不僅不需要由外界向硫酸廠供應(yīng)能量，而且還可以由硫酸廠向外界輸出大量的能量． 硫酸廠利用“廢熱”的措施有：在沸騰爐旁設(shè)置“廢熱”鍋爐，產(chǎn)生蒸汽來發(fā)電；在接觸室中設(shè)置熱交換器，利用SO2氧化成SO3時(shí)放出的熱來預(yù)熱反應(yīng)物SO2、O2，使反應(yīng)物達(dá)到適宜于反應(yīng)的溫度． (3)生產(chǎn)規(guī)模和廠址選擇 一般說來，現(xiàn)代化工生產(chǎn)要求有較大的生產(chǎn)規(guī)模．在我國(guó)要求硫酸廠應(yīng)在年產(chǎn)4萬噸以上． 化工廠廠址選擇，涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場(chǎng)需求、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)等諸多因素，應(yīng)對(duì)這些因素綜合考慮，權(quán)衡利弊，才能作出合理的抉擇． 由于硫酸是腐蝕性液體，不便貯存和運(yùn)輸，因此要求把硫酸廠建在靠近硫酸消費(fèi)中心的地區(qū)．工廠規(guī)模的大小，可根據(jù)硫酸的用量決定． 例 接觸法制硫酸排放的尾氣中含有少量的二氧化硫．為了防止污染大氣，在排放前設(shè)法進(jìn)行綜合利用． (1)某硫酸廠每天排放的1萬立方米(折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下)尾氣中含有0.2％(體積分?jǐn)?shù))的SO2．問用氫氧化鈉溶液、石灰及氧氣處理后，理論上可得到多少千克石膏CaSO4H2O？ (2)如果將一定體積的尾氣通入100mL2mol/L的氫氧化鈉溶液使其完全反應(yīng)，經(jīng)測(cè)定所得溶液中含16.7g溶質(zhì)．試分析溶液的成分，通過計(jì)算確定各成分的物質(zhì)的量． (3)工廠在尾氣處理制石膏的過程中，中間產(chǎn)物是亞硫酸氫鈉．調(diào)節(jié)尾氣排放的流量，以取得二氧化硫與氫氧化鈉間物質(zhì)的量的最佳比值，從而提高亞硫酸氫鈉的產(chǎn)量．現(xiàn)設(shè)n(SO2)、n(NaOH)和n(NaHSO3)分別表示二氧化硫、氫氧化鈉和亞硫酸氫鈉的物質(zhì)的量，且 ，試寫出x在不同取值范圍時(shí)，n(NaHSO3)的值或n(NaHSO3)與n(SO2)、n(NaOH)間的關(guān)系式． x ① ② ③ 分析與解答 (1)根據(jù)硫原子守恒得到如下關(guān)系： y＝153.6kg (2)根據(jù)質(zhì)量守恒和 守恒解題． 溶液中的溶質(zhì)有三種可能的情況： ①全部為Na2SO3 ②全部為NaHSO3 ③Na2SO3和NaHSO3的混合物． 對(duì)于溶液中的溶質(zhì)，可以這樣分析，假定0.2 mol NaOH全部轉(zhuǎn)化為0.1mol Na2SO3，質(zhì)量為12.6g；假定0.2molNaOH全部轉(zhuǎn)化為0.2mol NaHSO3，質(zhì)量為20.8g；因12.6g<16.7g<20.8g，故16.7g為兩者的混合物． 設(shè)Na2SO3的物質(zhì)的量為Z，NaHSO3的物質(zhì)的量為W．若解得Z≠0，W≠0，則為兩者的混合物． Z＝0.05mol W＝0.1mol (3)根據(jù)化學(xué)方程式： ① ② ③ ①若 不生成 ． ②若 NaOH都生成 ． ③若 ，設(shè)先發(fā)生(1)反應(yīng)，NaOH全部反應(yīng)完，用去 ，剩余 參加(2)反應(yīng)，生成 ； ． 四、下面是關(guān)于本部分知識(shí)的一些習(xí)題，希望大家能根據(jù)這些習(xí)題了解本部分知識(shí)的習(xí)題類型，并希望能達(dá)到拋磚引玉的效果，使得同學(xué)們能自己編制出具有價(jià)值的思考題。 1 工業(yè)上常以黃鐵礦為原料，采用接觸法制 ．生產(chǎn)過程如下： 試回答下列問題： (1)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式． 沸騰爐中：_______________________________； 接觸室中：_______________________________． (2)凈化的主要目的是_____________________________________． (3)氣體A的成分是______________，為了提高原料的利用率____________應(yīng)過量． (4)尾氣可用氨水和硫酸處理 ①處理的目的是______________________________________________． ②處理的化學(xué)反應(yīng)原理是___________________________________________________，_____________________________________________________________． ③處理后的產(chǎn)品是_______________________________． (5)請(qǐng)你提供一種處理礦渣的方法． 答：____________________________________________________________________． 2．接觸法制硫酸過程中，屬于廉價(jià)原料的是 ( ) A．硫鐵 B．空氣 C．水 D．催化劑 3．SO2是大氣的主要污染物，并且是造成酸雨的主要物質(zhì)．一般認(rèn)為造成大氣污染的SO2主要生成途徑是 ( ) A．工業(yè)制H2SO4的尾氣排放 B．燃燒化石燃料 C．實(shí)驗(yàn)室中廢氣排放 D．硝酸工業(yè)的尾氣排放 4．歷史上曾經(jīng)用鉛室法制硫酸，反應(yīng)原理為： (在鉛室中) 試回答下列問題： (1)NO2的作用是什么？ (2)怎樣分離SO3和NO的混合氣體？ (3)評(píng)價(jià)該方法的優(yōu)缺點(diǎn)． 5．某校課外活動(dòng)小組的同學(xué)采集了某次降雨的雨樣，并每隔一段時(shí)間測(cè)其pH，結(jié)果如下表 時(shí)間 開始 8h 16h 24h 32h 40h 48h pH 5.0 4.8 4.5 4.3 4.2 4.0 4.0 依據(jù)此數(shù)據(jù)回答下列問題： (1)此次降雨是否屬于酸雨？為什么？ (2)此數(shù)據(jù)變化證明造成酸雨的主要物質(zhì)是____________，而不是______________． (3)解釋pH變化原因，寫出離子方程式