资源简介

1.1化工生产过程中的基本问题
学案
【学习目标】
1.了解硫酸工业生产中的三废处理的方法，防止环境污染。
2.了解硫酸工业生产中如何实现能量的综合利用。
3.理解硫酸工业的有关计算。
【重点难点】
1.理解硫酸工业的有关计算。
2.通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。
课前预习
【情景材料】化工生产中废渣，一般是由未反应的固体原料或是在生产过程中新生成的固体所形成的。化工废渣属于环境污染物，但许多化工废渣都有一定程度的利用价值。从可持续发展的大战略上看待化工废渣的合理利用或处理，价值就更高了。如何处理硫酸工业中的三废及能量利用？
【预习内容】
根据教材有关内容填写下列空白：
一、生产中的三废处理
1．尾气吸收
硫酸生产的尾气中含有少量___________，可用____________吸收，使其生成_________，再用
______________处理，生成_____________和_________________。
方程式为____________________、_________________________；
2.污水处理
硫酸生产过程中的污水，含有__________________杂质，可用
__________________
中和法处理。方程式为
__________________________________。
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应都是_________________热反应，如果分利用这些热量，不但可以由硫酸厂自行提供能量，而且还可以_____________________，可大大降低生产成本。
一般生产1t硫酸约需消耗____________________的电能。生产1t硫酸放出的反应热相当于
_______________的电能。如果能够充分利用这些热量，不但可以由硫酸厂自行___________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.SO2
Ca(OH)2
CaSO3
H2SO4
SO2
CaSO4
SO2
+Ca(OH)2
=CaSO3+H2O
H2SO4+CaSO3=
CaSO4+H2O+SO2↑
2.酸性
石灰乳
Ca(OH)2
+
H2SO4=
CaSO4+2H2O
3．砖
水泥
炼铁
二、放
向外界输出大量能量
100
kW·H
200
kW·H
提供
输出
生产成本
课堂互动
【问题探究1】常说的工业三废指的是什么？硫酸工业生产过程中三废如何处理？
【教师点拨】预处理及生产过程中产生的废气、废液、废渣情况及处理成本，往往成为是否采用该工艺的决定性因素。
分析解答:三废处理方法：①尾气吸收。
②污水处理
利用不同化工生产过程中产生的污水所含的杂质不同，根据杂质的性质利用不同的化学方法进行处理。③废渣的利用。
【即学即练1】下列废物处理方法中正确的是(　　)
A.化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸收
B.化学实验中产生的二氧化氮废气可用烧碱溶液吸收
C.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
D.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非常小，A项错误；二氧化氮可跟烧碱溶液发生化学反应2NO2＋2NaOH===NaNO2＋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。
【问题探究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。
分析解答：（1）在沸腾炉（造气炉）旁设置蒸汽锅炉进行发电
（2）在接触室（催化反应室）中设置热交换器一方面预热反应原料气，另一方面使接触氧化到适宜温度
（3）在接触室（催化反应室）附近建造浴室，提高劳动福利或创造经济效益。
【即学即练2】接触法生产硫酸的过程中，对废气、废水、废渣、废热的处理正确的是(　　)
①尾气用氨水处理　
②污水用石灰乳处理　
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.①②
B.①③④
C.①②③
D.①②③④
2.D【解析】硫酸厂尾气中含有SO2，可用氨水吸收处理；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应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能来降低生产成本。
【问题探究3】硫酸工业中涉及多步反应，计算起来比较烦琐，如何快速掌握硫酸工业中多步反应的计算？
【教师点拨】通过本题的计算进一步掌握物质纯度，转化率、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：先写出多步反应的化学方程式，然后找出反应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：找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系。找出此关系的简便方法，就是分析原料与产物之间所含关键元素原子个数关系，
分析解答：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，且二氧化硫转化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物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，二氧化硫转化为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（转化率）也即是FeS2的利用率。设需这种硫铁矿的质量为x。
解法一：
FeS2
～
2H2SO4
120
2×98
x×65%(1-1.8%)×99%
2t×98%
x=189.9t
解法二：
S
～
H2SO4
32
98
64/120x×65%×(1-1.8%)×99%
2t×98%
x=189.9t

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