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（A28）2011-2012高中化学大纲版、第三册、、第5章、第2节、关于硫酸工业综合经济效益的讨论（第一课时）
第二节 关于硫酸工业综合经济效益的讨论
●教学目标
1.使学生常识性地了解化学科学实验与化工生产的区别。
2.使学生对于如何提高化工生产的综合经济效益有一个常识性的认识。
3.通过课堂讨论培养学生分析问题和解决问题的能力。
●教学重点
以硫酸工业为例对化工生产中如何提高经济效益的讨论。
●教学难点
关于选择硫酸厂厂址的课堂讨论。
●教学方法
讨论、自学、讲解等。
●课时安排
共一课时
教具准备
投影仪、胶片
●教学过程
［引言］前一节我们学习了硫酸生产的原料、流程和典型设备，并着重讨论了二氧化硫接触氧化反应的最佳工艺条件。确切地说，这仅仅是模拟化工生产。要想真正将化学实验结果应用到实际生产，必须在遵循科学原理的基础上着重考虑综合效益，即要求最大限度地提高劳动生产率、降低成本、保护生态环境，为国民经济部门提供质优价廉的化工产品。这同科学实验是不同的，在科学实验中，为了探索某个重要的原理或实现某个重要反应，有时可以不惜花费大量的时间和资金。下面，我们就以硫酸工业为例讨论在化工生产中的综合经济效益问题。
［板书］第二节 关于硫酸工业综合经济效益的讨论
［讲解］根据绿色化学和可持续发展的要求，一个现代化的化工企业，应该朝着无废物排出的“封闭式生产”的方向努力。那么工业生产上如何实现上述要求呢？这是工业生产需要考虑的第一个问题。
［板书］一、环境保护与综合利用原料
［讲解］在化工生产中某一生产部门产生的三废，即废气、废液、废渣，往往可能是其他生产部门有用的原料。
［提问］硫酸工业生产中产生哪些废物？这些废物又如何处理呢？
［学生回答］
［教师小结］硫酸生产的第三阶段，即三氧化硫的吸收阶段从吸收塔中排出含少量二氧化硫的废气。黄铁矿矿粉在沸腾炉中燃烧后产生大量废渣。炉气的净化、干燥过程中产生废液。
［讲解］这些废物若随意排放，不仅会造成严重的环境污染，影响人民身体健康，破坏生态平衡，不符合绿色化学和可持续发展的要求，而且还会造成某些原料的浪费，不利于降低生产成本，也不利于节约资源的要求。因此，在建设硫酸生产车间时，必须同步建设处理“三废”的设施，尽可能地将三废变成有用的副产品，实行综合利用。同时使“三废”的排放符合国家标准。
［引导］我们首先来看一下硫酸生产中“废气”的处理。
［投影］硫酸生产中尾气的处理
［讲解］硫酸生产中尾气的处理有多种方法，具体采用哪种处理方法，取决于副产品的市场需求、成本核算等实际情况。
［过渡］请同学们完成上述化学方程式。
［教师巡视］
［学生口述化学反应，教师板书］
［板书］1.废气处理
①氨水吸收，再用硫酸处理
SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3
(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O
②用Na2SO3溶液吸收，然后加热吸收液
SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3
2NaHSO3Na2SO3＋SO2↑＋H2O
③用NaOH溶液吸收，再用石灰乳和O2处理
SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O
Na2SO3＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋2NaOH
2CaSO3＋O2===2CaSO4
［讲解］沸腾炉中产生的废渣一般可作为制造水泥的辅料或用于制砖。若矿渣中含铁品位高，经处理后作为铁矿炼铁，则可获得更大的经济效益。
［板书］
［讲解］生产中产生的含有硫酸的废液，经处理后可作为劣质硫酸出售，也可用石灰乳中和制得副产品石膏。
［板书］
Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O
［转引］许多化学反应是放热反应，化工生产中若能充分利用反应热，这对降低生产成本具有重要的意义。
［板书］二、能量的充分利用
［过渡］硫酸工业生产中如何充分利用能量呢？
［师］下面是硫酸生产过程中所涉及的三步反应的热化学方程式。
［投影］
1.S(s)＋O2(g)===SO2(g);ΔH=－297 kJ/mol
FeS2(s)＋O2(g) Fe2O3(s)＋2SO2(g);ΔH=－853 kJ/mol
3.SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l);ΔH=－130.3 kJ/mol
［师］很明显，上述反应均为典型的放热反应，假如我们能把这些热量充分利用，有什么重要的意义呢？
请大家看以下投影资料。
［投影并讲解］硫酸生产过程中要消耗大量的能量。例如，开动机器设备(矿石粉碎机、运输装置、鼓风机、泵等)需要电能，维持接触氧化适宜的温度(400℃～500℃)需要热能。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以降低生产成本。例如，在沸腾炉旁设置“废热”锅炉，产生蒸气来发电；在接触室中设热交换装置，利用SO2氧化为SO3时放出的热来预热即将参加反应的SO2和O2，使其达到适宜的反应温度。据测算，生产1 t硫酸约需消耗100 kW·h的电能，而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相当于200 kW·h的电能。
［讲解］以上资料显示：硫酸生产中如能充分利用“废热”，则不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量，而且还可以由硫酸厂向外界输送大量的能量。
［板书］若充分利用“废热”，则不仅不需要由外界向工厂供能，而且还可以由工厂向外界供能。
［过渡］以上我们实际上是从物质和能量的充分利用讨论了工业生产的综合经济效益问题。下面我们讨论硫酸生产规模和厂址的选择问题。
［板书］三、生产规模和厂址选择
［讲解］现代化工生产一般要求有较大的规模。因为大型化生产可以降低单位产量投资，便于热能的综合利用和提高劳动生产率，因而总的经济效益较大。
［投影］据报道，国外一套年产40万吨的硫磺制硫酸装置比年产20万吨的装置成本降低14%；我国一套年产10万吨的黄铁矿制酸装置比年产3万吨的装置成本降低23%。
［小结］考虑我国的实际情况，有关部门主张，在一般情况下，应发展年产4万吨以上的制硫酸装置。
［板书］1.生产规模——年产4万吨以上。
［过渡］化工厂厂址选择是一个复杂的问题，它涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素。
［投影］影响化工厂选址的部分因素：
［过渡］为什么要考虑上述那么多的因素呢？请大家以硫酸厂厂址选择为例予以说明。
［提示大家阅读课本最后两个自然段进行回答］
［学生阅读完有关内容后回答］硫酸是一种腐蚀性液体，不能像普通固体化工产品那样可以较多地贮存，需要随产随销。硫酸的运输费用比较高。据估算1 t H2SO4的运价约为同质量黄铁矿矿石的三倍。这样就决定了硫酸厂靠近消费中心比靠近原料产地更为有利。因此，考虑到综合经济效益，硫酸厂厂址离硫酸消费中心不能太远。在决定建厂规模时，可以考虑在消费中心建厂规模大些，在边远或硫酸用量不多的地区，建厂规模小些。
环保问题是硫酸厂选址的另一个重要因素。硫酸厂对环境的污染是比较严重的。限于当前的技术水平，即使十分注意“三废”处理，也难以达到较高的环保要求。因此，硫酸厂不应建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区。
［教师总结板书］2.厂址选择——原料、水源、能源、交通、土地供应、市场需求等。
［过渡］运用我们刚才学过的知识讨论两个问题。
［投影］
1.在以下条件下，你认为A城市该不该建硫酸厂？
(1)A城市郊区有丰富的黄铁矿资源，水源、能源充足，交通方便。
(2)A城市需使用硫酸的工业不多，而离它远的B城市却是一个消耗硫酸甚多的工业城市。
(3)A城市是一个风光秀丽的旅游城市，对环境保护的要求甚高，而且土地价格较贵，土地供应紧张。
［学生讨论回答］
［讲解］我们对三个条件要全面分析：第一个条件有利于在A城市建硫酸厂；第二个条件从市场需求和运输成本考虑，在A城市建厂不如在B城市建厂；第三个条件从根本上否定了在A城市建厂的设想。因为一个风光秀丽的旅游城市，对环保的要求一定很高。而且该地的土地价格也较贵。如果在该地建污染比较严重的硫酸厂，必然破坏旅游资源，得不偿失。所以应该在B城市建硫酸厂，再运输少量硫酸到A城市供应生产的需要，这样的资源配置比较合理。
［投影］
2.有人建议在C地建一个大型磷肥厂，并配套建一个大型硫酸厂。分析以下情况，判断此建议是否合理。
(1)C地是重要的农业区，需消耗大量的肥料。
(2)C地有丰富的磷灰石矿藏，水源、能源充足，土地价格较低，土地供应充足，交通方便。
(3)磷肥是由磷灰石［有效成分是Ca3(PO4)2］与H2SO4作用制得的，制造磷肥需消耗大量的硫酸。
(4)C地无磷肥厂和硫酸厂，在相邻的D地有丰富的黄铁矿资源。
［学生讨论回答］
［讲解］题设有四个条件。第一个条件说明C地对于肥料有很大的市场需求。第二个条件指出C地有丰富的磷矿资源，而且其他条件也很优越，适于建大型磷肥厂。第三个条件指出制造磷肥需消耗大量硫酸，暗示建磷肥厂必须配套建硫酸厂。第四个条件指出该地无硫酸厂，而邻近的D地有丰富的黄铁矿资源，通过运输黄铁矿的方式在C地建硫酸厂是可行的。所以在C地建一个大型磷肥厂，并配套建一个大型硫酸厂的建议是正确的。
［布置作业］习题一、2、3 二、1
●板书设计
第二节 关于硫酸工业综合经济效益的讨论
一、环境保护与综合利用原料
1.废气处理
①氨水吸收，再用硫酸处理
SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3
(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O
②用Na2SO3溶液吸收，然后加热吸收液
SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3
2NaHSO3Na2SO3＋SO2↑＋H2O
③用NaOH溶液吸收，再用石灰乳和O2处理
SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O
Na2SO3＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋2NaOH
2CaSO3＋O2===2CaSO4
Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O
二、能量的充分利用
若能充分利用“废热”，则不仅不需要由外界向工厂供能，而且还可以由工厂向外界供能。
三、生产规模和厂址选择
1.生产规模——年产4万吨以上
2.厂址选择——原料、水源、能源、交通、土地供应、市场需求等。
●教学说明
过去课本中关于化工生产的知识，只研究它的化学原理和简单生产流程，不研究经济效益问题，学生对化工生产的认识也就是片面的，本节内容对化工生产中的一些经济问题，作了常识性介绍。目的使学生对这些问题有一个初步的，概括的认识。
教学中以硫酸工业为例，从环境保护和综合利用原料，合理利用能量以及化工生产的规模和厂址选择三个方面展开讨论，将化工生产知识与工业经济观念密切结合起来，培养学生分析问题和解决问题的能力，这对于他们今后参加社会主义建设极为有用。
在教学策略上本课尽可能采用资料、投影多媒体等教学手段，以激发学生学习兴趣。通过阅读、讨论、讲解等教学方法，训练学生思维和阅读能力，同时增进师生之间，学生之间的交流与合作。
●综合能力训练题
1.据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%以上。研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿多元。为了有效控制酸雨，目前国务院已批准了《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。
(1)你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是
①不用煤作燃料；②把工厂烟囱造高；③燃料脱硫；④在已酸化的土壤中加石灰；⑤开发新能源。
A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤
(2)在英国进行的一个研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地表面SO2浓度。在20世纪的60年代～70年代的10年间，由发电厂排放出的SO2增加了35%，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取 并简述其理由。
(3)用传统的煤、石油作燃料，其主要缺点是什么 与传统的煤、石油燃料相比，哪种物质可作为新的能源 主要优点又是什么
(4)目前一座中等城市每年用煤约300万吨，其含硫量如按1%计算，则每一年排放SO2
吨，若此SO2有60%转化为H2SO4? ?，相当于生成 吨98%的H2SO4。
(5)为了防止酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上常将生石灰和含硫煤混合使用，请写出燃烧时，有关“固硫”(不使硫化物进入大气)反应的化学方程式 ，并比较此法与将“石灰石粉末与含硫煤混合”防止酸雨的方法，哪个更好些 (填“生石灰法”或“石灰石法”)
(6)国际上最新采用“饱和亚硫酸钠溶液吸收法”，请写出有关反应的化学方程式
解析：本题从实际出发，设计了一系列有关SO2气体对环境影响的问题讨论，考查学生解决实际问题的能力，解题时只要认真，细心地审题，便不难得出结论。
(1)形成酸雨的物质主要是SO2，氮氧化物等，防止措施就是杜绝这些污染源的产生。
(2)造高烟囱的作用仅仅是转移了SO2，却并未对产生SO2的来源进行根治，所以全球SO2的量并未减少。
(3)分析时可从煤、石油为不可再生资源，且其中含有N、S元素，燃烧时可形成SO2、NOx进入大气，导致酸雨的产生等方面分析，新能源的理想物质是H2，学生在初中就已学过并应熟悉它的优点。
(4)据S ～ SO2
32 64
300万吨×1％ m(SO2)
m(SO2)＝＝6×104吨
SO2 ～ H2SO4
64 98
6×104×60％ m(H2SO4)·98%
m(H2SO4)＝＝5．625×104吨
(5)生石灰固硫的反应为：CaO＋SO2===CaSO3 2CaSO3＋O2===2CaSO4 石灰石法固硫的反应为：CaCO3CaO＋CO2↑ CaO＋SO2===CaSO3 2CaSO3＋O2===2CaSO4，很明显，生石灰法固硫要优于石灰石法，因石灰石固硫多了CaCO3的分解反应，其既吸收能量，又产生CO2，从而降低了煤炭的燃烧效益并促进了温室效应。
答案：(1)C
(2)不可取。因为SO2排放总量没有减少，进一步形成的酸雨仍会对全球造成危害。
(3)煤、石油为不可再生资源；燃烧时形成的SO2、NOx等严重污染大气，形成酸雨；且燃烧后的主要产物CO2，又将导致温室效应。H2；①来源广泛(可用水作为原料来制取)，
②燃烧时放热多(为同质量汽油的3倍)，③燃烧产物不污染环境。
(4)6×104 t； 5.63×104 t
(5)CaO＋SO2CaSO3 2CaSO3＋O2===2CaSO4 生石灰法
(6)Na2SO3＋SO2＋H2O===2NaHSO3
2.某空气污染监测仪是根据SO2和Br2的定量反应来测定空气中SO2含量的。参加反应的溴，来自一个装满酸性(H2SO4)KBr溶液的电解槽阳极上的氧化反应，电解槽的阳极室与阴极室是隔开的。当测量某地区空气中SO2含量时，空气(经过除尘)以1.5×10－4 m3·min－1的流速进入电解槽的阳极室，电流计显示每分钟通过电子是5.136×10－9 mol，此条件下能保持溴浓度恒定并恰好与SO2完全反应。设被测空气中不含其他能与溴反应的杂质。
(1)写出此监测过程发生的主要反应的化学方程式。
(2)计算该地区空气中SO2的含量(g·m－3)(保留两位小数)。
解析：本题考查的知识点是通过测定空气中污染物的含量的工作原理，考查KBr的电解和SO2的还原性及有关计算。
(1)由题中所给信息可知，某空气污染监测仪的工作原理包含电解酸性KBr溶液和电解的阳极产物Br2和SO2反应的两个过程，故有关反应方程式为：
2KBr＋H2SO4K2SO4＋H2↑＋Br2 ①
SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr ②
(2)设每分钟电解KBr溶液生成Br2的物质的量为x，则根据反应式①得
2Br－－2e－ === Br2
2 mol 1 mol
5.136×10－9 mol? x
x=2.568×10－9 mol
由反应式②可知，1 mol Br2与1 mol SO2恰好完全反应，则每分钟被Br2吸收的SO2也为2.568×10－9 mol;故空气中SO2的含量应为：
＝1．10×10－3 g·m－3
答案：(1)2KBr＋H2SO4K2SO4＋H2↑＋Br2，SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
(2)1.10×10－3 g·m－3

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