湖北省荊州市公安縣高中化學(xué)第一單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題1化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題學(xué)案新人教版選修2

1、第一單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題 1化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題以硫酸工業(yè)為例，了解化工生產(chǎn)中的一些基本問(wèn)題。知道生產(chǎn)硫酸的主要原理、原料、流程和意義。能用勒夏特列原理選擇二氧化硫催化氧化的合適條件。了解環(huán)境污染及其保護(hù)的知識(shí)。知識(shí)梳理 1寫(xiě)出以硫?yàn)樵?，工業(yè)制備硫酸的化學(xué)反應(yīng)方程式：；。2工業(yè)生產(chǎn)硫酸的三個(gè)階段為；。3寫(xiě)出硫鐵礦燃燒的化學(xué)方程式，反應(yīng)中是氧化劑，是還原劑。4在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下面反應(yīng)使SO2 氧化成 SO3： 2SO+O22SO3 H0在生產(chǎn)中常用過(guò)量的空氣是為了；加熱到400OC 500OC，可以提高，縮短；常用濃硫酸而不是用水來(lái)吸收SO3，是由于；尾氣中有SO2，必須回收，寫(xiě)出用石灰

2、水吸收SO2 的化學(xué)反應(yīng)方程式。5硫酸工業(yè)中“三廢”的危害及治理。主要成分主要危害治理方法廢氣廢液廢渣6化工廠廠址的選擇應(yīng)考慮哪些因素？硫酸工廠的選擇還應(yīng)考慮哪些因素？方法導(dǎo)引 1硫酸工業(yè)1 / 9三原料：硫 ( 或硫鐵礦 ) 、空氣、水。三反應(yīng)： SOSO2(4FeS 11O2FeO 8SO)2222322SO+O22SO3 SO3 H2O H2SO4三階段：造氣、催化氧化、三氧化硫吸收。生產(chǎn)條件：溫度：根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行，但溫度較低時(shí)催化劑活性不高，反應(yīng)速率低，從綜合經(jīng)濟(jì)效率考慮，對(duì)生產(chǎn)不利。實(shí)際生產(chǎn)中采用4000C 5000C作為操作溫度。壓強(qiáng)：根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理

3、，增大壓強(qiáng)能提高SO2 轉(zhuǎn)化率，但提高幅度不大。考慮加壓必須增加設(shè)備，增大設(shè)資和能量消耗，而常壓下00400 C 500 C 時(shí)， SO 的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很2高，所以實(shí)際采用常壓操作。2硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論尾氣處理：尾氣中的SO2 可用石灰水處理，發(fā)生的反應(yīng)為：SO2Ca(OH)2 CaSO3 H2OCaSO3 H2SO4 CaSO4 SO2 H2O。氣體可返回作原料。也可用氨水或氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫氣體。污水治理：用石灰乳中和處理。Ca(OH)2 H2SO4 CaSO4 H2O廢渣利用：制水泥、渣磚，品位高的礦渣用來(lái)煉鐵。能量的利用：充分利用反應(yīng)熱，降低生產(chǎn)成本。生產(chǎn)規(guī)模和廠址的選

4、擇現(xiàn)代化工生產(chǎn)應(yīng)有較大的生產(chǎn)規(guī)模。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)綜合考慮權(quán)衡利弊，才能作出合理抉擇。硫酸廠不應(yīng)建在人口稠密的居民等環(huán)保要求高的地區(qū)。3環(huán)境污染及其環(huán)境保護(hù)工業(yè)“三廢”是指廢氣、廢水、廢渣。環(huán)境污染包括大氣污染、水污染、土壤污染、食品污染、噪聲污染等。消除污染的主要方法是減少污染物的排放。二氧化硫是污染大氣的主要有害物質(zhì)之一，它對(duì)人體的直接危害是引起呼吸道疾病，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使人死亡?？諝庵械亩趸蛟谘鯕夂退墓餐饔孟?，會(huì)形成硫酸，空氣中的硫的氧化物和氮的氧化物隨雨水降下就形成酸雨。酸雨危害極大：直接破壞農(nóng)作物、森林和草原，使土壤

5、酸性增強(qiáng)；使湖泊酸化，造成魚(yú)類(lèi)等死亡；加速建筑物、橋梁、工業(yè)設(shè)備，以及電信電纜等的腐蝕。環(huán)境保護(hù)一般采用的方法：2 / 9嚴(yán)格治理“三廢”，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家關(guān)于“三廢”的排放標(biāo)準(zhǔn)。將“三廢”變成有用的副產(chǎn)品，實(shí)行綜合利用。建立無(wú)廢物排放出的“封閉式生產(chǎn)”，實(shí)行綠色生產(chǎn)。保護(hù)生態(tài)環(huán)境。人人建立環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，減少?gòu)U棄物的排放。例題 1 下列對(duì)硫酸生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)原理的分析中正確的是（）。A硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)因原料的不同可能全部是非氧化還原反應(yīng)B硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)C硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都需要用催化劑D硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都需要在較高的溫度下才能進(jìn)行解析 硫

6、酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)為：SO SO2；22SO+O 22SO3 ； SO3 H2O H2SO4。這三個(gè)反應(yīng)中第一和第二個(gè)是氧化還原反應(yīng)，第一和第三個(gè)反應(yīng)不需催化劑反應(yīng)就非?？欤谌齻€(gè)反應(yīng)在常溫下就非常劇烈，這三個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)（工業(yè)還采取措施利用這些反應(yīng)放出的熱量），所以選項(xiàng)A、 C、 D 都是錯(cuò)誤的，選項(xiàng)B 正確。答案B例題 2 已知，在硫酸工業(yè)中， SO2 轉(zhuǎn)化為 SO3 的反應(yīng)為： 2SO + O 22SO3H0。經(jīng)測(cè)定，在常壓下上述反應(yīng)的平衡混合氣體中，f2SO 的體積分?jǐn)?shù)為 91%。催化劑 V2O5 的催化效率 f 與溫度 T 有如圖所示的關(guān)系。經(jīng)除塵除雜后的 SO2 氣體的

7、溫度約為200，反300500700T / 3應(yīng)后 SO 氣體溫度約為 600。請(qǐng)根據(jù)以上信息，選擇2SO催化氧化的適宜條件。解析 由及化學(xué)平衡原理，加壓有利于SO 的轉(zhuǎn)化，但由知，常壓下SO的轉(zhuǎn)化率已很高，22因轉(zhuǎn)化率的上升空間較小，故不必再來(lái)取加壓措施，以省掉加壓泵的開(kāi)支和降低接觸室的造價(jià)。觀察催化劑的催化效率與溫度關(guān)系圖知，450以后催化效率基本不變，升溫有利于提高反應(yīng)速率，但不利于SO2 轉(zhuǎn)化，故反應(yīng)溫度控制在450 500為宜。除塵后SO2 溫度低，不利于SO2 氧化反應(yīng)的進(jìn)行，生成的SO3 溫度高，不利于SO3 的吸收，解決這一問(wèn)題的方法是使用熱交換器。3 / 9答案 SO2 氧化

8、過(guò)程的適宜條件為：氧氣或空氣適當(dāng)過(guò)量；常壓；450 500；使用熱交換器。例題3 硫酸是許多化學(xué)工業(yè)的原料，其消費(fèi)量可作為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的一種標(biāo)志。硫酸工廠廠址的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，影響化工廠選址的因素有是否接近原料供應(yīng)地、土地供應(yīng)是否充足、水源是否充足、交通運(yùn)輸是否方便、能源是否充足廉價(jià)、能否有市場(chǎng)需求等。又已知硫酸是一種腐蝕性液體，不便較多貯存，需隨產(chǎn)隨銷(xiāo)。另外，硫酸的運(yùn)輸價(jià)格也比較貴，據(jù)估算1 t H 2SO4 的運(yùn)價(jià)約為同質(zhì)量黃鐵礦石的三倍。據(jù)以上信息，分析下列條件：條件（ I） A 城市郊區(qū)有豐富的黃鐵礦資源，水源、能源充足，交通方便。 A 城市需使用硫酸的工業(yè)不多，而離它遠(yuǎn)

9、的B 城市卻是一個(gè)消耗硫酸甚多的工業(yè)城市。 A 城市是一個(gè)風(fēng)光秀麗的旅游城市，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求甚高，而且土地價(jià)格較貴，土地供應(yīng)緊張。條件（ II ） C地是重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，需消耗大量的肥料。 C地有豐富的磷灰石礦藏，水源、能源充足，土地價(jià)格較低，土地供應(yīng)充足，交通方便。磷肥是由磷灰石有效成分是Ca3(PO4) 2 與 H2SO4 作用制得的，制造磷肥需消耗大量的硫酸。 C地?zé)o磷肥廠和硫酸廠，在相鄰的D 地有豐富的黃鐵礦資源。在 A、 B、 C、 D 四城市中，你認(rèn)為應(yīng)該建設(shè)硫酸工廠的城市是，應(yīng)該建造磷肥廠的城市是。解析 該題文字較長(zhǎng)，閱讀量大，要抓住關(guān)鍵詞語(yǔ)，如硫酸需隨產(chǎn)隨銷(xiāo)。運(yùn)輸方面盡量運(yùn)輸?shù)V

10、石而不運(yùn)輸硫酸，這是選擇建設(shè)硫酸工廠的關(guān)鍵。綜合分析得出建設(shè)硫酸工廠的城市應(yīng)為B 和C，建造磷肥廠的城市是C。答案 B、C；C基礎(chǔ)訓(xùn)練1. 下列物質(zhì)一般不能用作硫酸工業(yè)的原料的是（）。A硫磺B有色金屬冶煉廠含二氧化硫的煙氣C石油脫硫獲得的硫磺D天然氣2導(dǎo)致下列現(xiàn)象的主要原因與排放二氧化硫有關(guān)的是（）。A酸雨B光化學(xué)煙霧C臭氧空洞D溫室效應(yīng)4 / 93目前我國(guó)許多地區(qū)定期公布空氣質(zhì)量報(bào)告。在空氣質(zhì)量報(bào)告中，一般不涉及的是（）。ASO2BCO2C NO2D可吸入顆粒物4我國(guó)鍋爐燃煤煤采用沸騰爐逐漸增多，采用沸騰爐的好處在于（）。A增大煤炭燃燒時(shí)的燃燒熱B減少爐中雜質(zhì)氣體（如SO2 等）的形成C使得

11、化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)D使得燃料燃燒充分，從而提高燃料的利用率5防止 SO2 氣體污染大氣，工業(yè)上常用吸收SO2氣體的溶液是（）。水酸性 KMnO4溶液品紅溶液堿液 Na2SO3 溶液ABCD6下列情況可能引起大氣污染的是（）。煤的燃燒工業(yè)廢氣的任意排放燃放鞭炮飛機(jī)、汽車(chē)尾氣的排放A只有B只有C只有D7你認(rèn)為減少酸雨產(chǎn)生的途徑可采取的措施是（）。少用煤作燃料把工廠煙囪造高燃料脫硫在已酸化的土壤中加石灰開(kāi)發(fā)新能源ABCD8化工廠廠址廠址選擇是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，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)等諸多因素的制約。硫酸廠應(yīng)建在（）。靠近原料產(chǎn)地遠(yuǎn)離消費(fèi)中心靠近消費(fèi)中心，稍偏離原料產(chǎn)地

12、交通便利，人口稠密的居民區(qū)建在環(huán)保要求高的地區(qū)，便于“三廢”的治理ABCD只有9“綠色化學(xué)”是指從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上設(shè)計(jì)可行的化學(xué)反應(yīng)，盡可能減少對(duì)環(huán)境的負(fù)作用。下列化學(xué)反應(yīng)不符合綠色化學(xué)概念的是（）。A消除硫酸廠尾氣中的SO2： SO2+2NH3+H2O=(NH4) 2SO3B消除制硝酸工業(yè)尾氣的氮氧化物污染：NO+NO2+2NaOH=2NaNO+H2OC制 CuSO：SO（濃）CuSO+SO +2H O4Cu+2H4422D制 CuSO：2Cu+O 2CuOCuO+HSO（稀） =CuSO+H O4244210下列反應(yīng)能用勒夏特列原理解釋的是（）。A由 SO2 和 O2 反應(yīng)制 SO3 需使用催

13、化劑B燃燒粉碎的黃鐵礦礦石有利于SO2 的生成C硫酸生產(chǎn)中用98.3%的硫酸吸收SO3，而不用H2O或稀硫酸吸收SO3D通入足量的氧氣，有利于提高SO2 的轉(zhuǎn)化率11“飄塵”是物質(zhì)燃燒時(shí)產(chǎn)生的粒狀漂浮物，顆粒很小不易沉降（可漂浮數(shù)年），它與空氣5 / 9中的SO2、 O2接觸時(shí)， SO2 會(huì)部分轉(zhuǎn)化為SO3，使空氣酸度增加，飄塵所起的主要作用是（）。A氧化劑B還原劑C吸附劑D催化劑12硫酸工業(yè)中 2SO(g) + O2(g)2SO(g) （正反應(yīng)為放熱），有關(guān)數(shù)據(jù)如下：3（表中數(shù)據(jù)為SO3 在平衡混合氣體中的體積百分率）1× 105Pa 1× 105Pa 1× 1

14、05Pa1×105Pa 1× 105Pa4500C 97.5%98.9%99.2%99.6%99.7%5500C 85.6%92.9%94.9%97.7%98.3%應(yīng)選用的溫度是，其理由是。應(yīng)選用的壓強(qiáng)是，其理由是。13為了防治酸雨，降低煤燃燒時(shí)向大氣排放的二氧化硫，工業(yè)上將生石灰和含硫煤混合使用，請(qǐng)寫(xiě)出燃燒時(shí)有關(guān)“固硫”（不使硫化合物進(jìn)入大氣）反應(yīng)的化學(xué)方程式，。14二氧化硫是大氣污染物，大量的二氧化硫來(lái)源于，二氧化硫不僅本身污染大氣，它在大氣中經(jīng)塵粒催化能與水、氧氣作用，形成危害更大的酸雨，反應(yīng)的化學(xué)方程式是。抽取某地酸雨水樣進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)得各離子的濃度分別是： c （

15、Na+ ） 2.3× 10-5 mol · L-1 , c (Cl - ) 3.5 × 10 5mol · L 1, c (NH 4+) 7.0 × 10-6-12-） 2.5× 10-6-1, 則該酸雨的 pH 為。mol· L, c （ SO4mol·L15形成酸雨的原理之一可表示如下：含硫燃料O2BO2H2O硫酸。A反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)回答下列問(wèn)題： A 物質(zhì)的化學(xué)式， B 物質(zhì)的化學(xué)式。三個(gè)反應(yīng)中不屬于氧化還原反應(yīng)的是（填序號(hào)）。二氧化硫中硫元素顯+4 價(jià)，它可能降低到0 價(jià)，利用這一性質(zhì)可在工廠的煙道氣中通入合適

16、的（填“氧化劑”或“還原劑”）除去二氧化硫，達(dá)到減小污染的目的。從環(huán)境保護(hù)的角度認(rèn)為，雨水的pH 5.6 時(shí)，就判斷為酸雨，經(jīng)測(cè)定某次雨水只含硫酸，且濃度為 5× 10-5 mol· L-1 ，這次降雨（填“是”或“不是”）酸雨。16接觸法制硫酸時(shí)，若所用硫鐵礦含硫48%，且生產(chǎn)過(guò)程中有2%的硫留在爐渣里。試計(jì)算1t 硫鐵礦燃燒，理論上能生產(chǎn)多少噸98%的硫酸？6 / 9拓展提高 17硫酸最古老的生產(chǎn)方法是：把綠礬裝入反應(yīng)器中加強(qiáng)熱，會(huì)流出油狀液體，并有刺激性氣味的氣體（SO2）放出，反應(yīng)器中的固體變?yōu)榧t色。這個(gè)變化過(guò)程可用兩個(gè)化學(xué)方程式表示：；。 NO在常溫下就能與O2

17、反應(yīng)，生成紅棕色的氣體NO2， SO2 在通常條件下就能被NO2氧化成SO3和 NO，這兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為，。把這兩個(gè)反應(yīng)綜合處理可得到一個(gè)總反應(yīng)方程式，這個(gè)總反應(yīng)，就是人們?cè)?jīng)使用過(guò)的制造硫酸方法中的一步關(guān)鍵反應(yīng)。這個(gè)關(guān)鍵反應(yīng)中，NO 的作用是。這種方法的條件溫和，反應(yīng)速率也快，現(xiàn)代硫酸工業(yè)卻沒(méi)有使用這種方法，你認(rèn)為這種方法不被采用或者說(shuō)被淘汰的原因最可能是。18考古科學(xué)家在大洋的小島下鉆井取沉積層樣品分析，在公元前1200 年及公元600 年的沉積樣中的硫酸鹽的含量大大超過(guò)其他年份的沉積樣，由此推測(cè)這些年代中，有較頻繁的火山噴發(fā)活動(dòng)，為什么可以這樣推測(cè)？請(qǐng)說(shuō)明理由并寫(xiě)出必要的化學(xué)方

18、程式。19硫酸工業(yè)中，如何有效吸收尾氣里的二氧化硫、防止空氣污染一直是化學(xué)家們研究的課題。從理論上講，可以吸收二氧化硫的試劑很多，但實(shí)際上采用時(shí)要考慮許多因素，諸如原料成本、動(dòng)力消耗、吸收效率、是否具有二次污染、能否取得有價(jià)值的副產(chǎn)品等等，因此在尾氣處理中應(yīng)設(shè)法進(jìn)行綜合利用。為了降低硫氧化物造成的污染，一種方法是在含硫燃料中（如煤）加入生石灰，這種方法稱作“鈣基固硫”，這種方法中“固硫”的反應(yīng)是（）。A2CaO+2S=2CaS+OBS+O2=SO2CCaO+SO2=CaSO3D 2CaSO3+O2=2CaSO4近聞美國(guó)和日本正在研究有Na2SO3 作為治理SO2 污染的一種新方法，第一步是用N

19、a2SO3 溶液吸收SO2；第二步是加熱吸收液，使之重新生成Na2SO3，同時(shí)得到含高濃度SO2 的水蒸氣副產(chǎn)品，試寫(xiě)出上述兩步反應(yīng)的化學(xué)方程式。我國(guó)化學(xué)家先后試用了燒堿吸收法、純堿吸收法、石灰吸收法和氨水吸收法，根據(jù)我國(guó)的國(guó)7 / 9情，現(xiàn)在一般采用氨水吸收法，寫(xiě)出用氨水吸收過(guò)量二氧化硫的化學(xué)方程式。30.2%（體積分?jǐn)?shù)）的 SO2，某硫酸廠每天排放 1000m（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積）尾氣中含假設(shè)硫元素不損失，若用NaOH溶液、石灰及氧氣處理后，理論上可得到多少kg 石膏（ CaSO4· 2H2O）？基礎(chǔ)訓(xùn)練參考答案1D2A3B4D5D6D7C8D9C10D11D12 450 450 時(shí)，反應(yīng)速率大，SO3 在平衡混合氣體中的含量高，催化劑活性大常壓常壓時(shí) SO3 的含量已很高，不需要高壓，因增大壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備及動(dòng)力系統(tǒng)要求高，成本大13 SO2 CaOCaSO32CaSO 3O2 2CaSO414煤和石油的燃燒，金屬礦石的冶煉等。2SO O2SO52飄塵315 SO2 SO