生成中三废的处理教学实录

第一章

第一节

化工生产过程中的基本问题

第2课时 硫酸工业中的三废处理及能量利用

学

案

学习任务一、硫酸工业

【温故知新】

(一）用方程式表示硫酸工业反应的三个阶段（书P4---5）

1．一阶段：造气

设备为

1)

原料为FeS2

属于

反应（“放热”或“吸热”下同）

2)

原料为S

。属于

反应。

2．二阶段：接触氧化

设备为

方程式为

属于

反应。

3．三阶段：SO3

的吸收

设备为

方程式为

。属于

反应。

吸收SO3 用

（“H2O”还是“98%的浓硫酸”）

【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白：（书P7--8）

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 。[来源:学科网ZXXK]

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

堂中互动

【问题探究1】1、常说的工业三废指的是什么？

2、硫酸工业生产过程中三废成分是什么？

3、如何处理三废？

【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？提示：对废热的利用

【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来源学科网

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

（课堂小结）

【自主练习】

一、选择题（每小题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，废渣较多，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。

2.环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数，下列名词与环境污染无关的是(

) 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.②⑤⑦

2.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含量必须要能跟SO2反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性，没变色，而D在SO2还没与氨水完全反应时就开始变色了。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。

4.某制药厂尾气中含少量SO2气体，一般用NaOH溶液或氨水吸收，以防污染环境。分别用0.1 mol·L－1的NaOH溶液或同浓度的氨水处理相同量的尾气，两种方法所需吸收液的体积关系是(

) 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===Na2SO3＋H2O，SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O。

5.在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列说法中不正确．．．的是(

)

A.从①处通入SO3，整个吸收操作采取逆流的形式

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

D.从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸

5.C【解析】三氧化硫的吸收通常使用98%的硫酸，不用水或稀硫酸，原因是水或稀硫酸吸收三氧化硫时容易形成酸雾，吸收速率慢，不利于三氧化硫的吸收；气体的吸收常采用逆流原理，这样有利于气、液的充分接触，吸收效果好；从吸收塔上部导出的气体是N2、没有起反应的O2和少量二氧化硫，直接排入大气会污染环境，所以应用吸收剂吸收或循环使用。

6.下图为硫酸工业生产中的某一设备，下列说法正确的是( )

A.上图所示设备为吸收塔

B.在该设备中应该尽量增大压强，提高SO2的转化率

C.热交换的目的，一方面使即将参加反应的气体达到一定温度，另一方面降低体系温度有利于生成SO3

D.在A处流出的气体为SO2、SO3、O2

6.C【解析】本题考查工业制硫酸的设备分析。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，不利于节省成本，B错误；在该设备中使用了热交换器，热交换的目的，一方面使即将参加反应的气体达到一定温度，另一方面降低体系温度有利于生成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，再吸收氨气制成硫酸铵。1t这种硫铁矿在理论上能制得硫酸铵(

) A.1.06 t

B.1.98 t

C.2.14 t

D.2.26 t 7.B【解析】根据“S”―→H1 t×48%2SO4―→(NH4)2SO4关系式可得出m[(NH4)2SO4]＝32×132＝1.98 t。[来源:Zxxk.Com]

二、总结高中阶段学习的化学工业，并写出对应的化工生产原理。

1）合成氨工业：

2）氯碱工业：

3）硝酸工业：

4）硫酸工业：

5）工业制取盐酸：

6）玻璃工业：

7）侯氏制碱法：

8）工业制铝

：

9）工业制钠：

10）工业制镁

：

11）工业制粗硅

：

12）工业冶炼铁：