归纳与整理课堂实录

第一单元

走进化学工业

课题1化工生产过程中的基本问题

教学目标分析

课标解读

1．依据化学反应原理，掌握生产硫酸的基本流程。

2．了解硫酸工业生产中原料、厂址和规模的选择。

3．了解硫酸生产过程中反应条件的控制及能量的综合利用。

4．了解化学科学实验与化工生产的区别。

5．了解工业生产中三废处理的方法，防止环境污染。

重点难点

1.掌握硫酸工业生产中的“三原料、三阶段、三设备、三反应”。(重点) 2.能运用化学平衡原理分析二氧化硫催化氧化反应的适宜条件，了解硫酸生产过程中反应条件的控制。(重难点)

教学方案设计

新课导入

硫酸是一种重要的基本化工原料，也是一个国家化学工业生产能力的重要标志。生产硫酸最古老的方法是用绿矾(FeSO4·7H2O)为原料，放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸，所以古代称硫酸为“绿矾油”。你了解现代工业生产硫酸的流程吗？你了解工业生产中怎样处理“三废”防止环境污染吗？让我们共同学习本课题知识掌握化工生产过程中的基本问题。

课前自主导学

依据化学反应原理确定生产过程

1.化工生产与化学反应的关系

化工生产依据化学反应原理符合化学反应规律基础实验室研究

2．确定化工生产反应原理与过程的一般方法

对于某一具体的化工产品，研究生产过程要从产品的化学组成和性质考虑，来确定原料和生产路线。

3．确定化工生产反应原理与过程的案例研究

——生产硫酸

(1)原料：从H2SO4的组成看，原料应该是自然界存在的含硫的物质，如硫黄、黄铁矿(主要成分是FeS2)等。

(2)步骤：生产硫酸的主要化学过程可以分成SO2的生成、SO2转化为SO3和SO3转化为硫酸三个阶段。

(3)原理：工业制硫酸的“三阶段”与“三反应”

点燃造气

以S为原料S＋O2=====SO2

以黄铁矿

高温为原料4FeS2＋11O2=====2Fe2O3＋8SO2催化氧化催化剂2SO2＋O22SO3吸收SO3＋H2O===H2SO4

Δ生产中反应条件的控制

1.生产中反应条件的选择

在化工生产中要通过反应条件的控制使化学反应速率和反应物的转化率都比较理想，还要同时考虑控制某些反应条件的成本和实际可能性。

2．硫酸工业生产中条件的选择

1 化学二氧化硫的催化氧化

反应

温度

压强

化工条件

400～500℃

常压

采用SO2的转化反应速率和该条率随压强SO2转化率件的增大的并都较理想

原因

不多

生产中三废的处理

1.尾气吸收

催化剂

V2O5

催化剂能同等程度增大正、逆反应速率

硫酸(1)过程:硫酸尾气(含少量SO2)CaSO3――→SO2(返②回作生产硫酸的原料) (2)过程中涉及的化学方程式

①SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O ②CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O 2．污水处理

不同的化工生产过程产生的污水所含有的杂质不同，除要进行一般的处理外，还要根据杂质的性质，利用不同的化学方法进行处理。

3．废渣的利用

用黄铁矿为原料生产硫酸的过程中，会排出一些炉渣和矿灰，可作为炼铁的原料；还可以用来提炼贵重的有色金属；还可以作为制造水泥的原料或用于制砖。

2．硫酸生产过程中的污水中含有酸性物质，为减小其对环境的危害应如何处理？

【提示】

可用碱性物质将其中和，如用石灰乳或纯碱处理废水。涉及的方程式为Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O、Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑

能量的充分利用

1.硫酸生产过程中的三个反应都是放热反应。

2．硫酸工业充分利用废热的方法是：利用SO2氧化为SO3时放出的热量来预热即将参加反应的SO2和O2。

3．你认为在硫酸工业中合理利用能源，可采取哪些措施？

课堂互动探案

化学原理在硫酸工业生产中的应用

【问题导思】

①在硫酸的生产过程中，常用过量的空气，其目的是什么？

【提示】

增加一种反应物的量可使平衡向正反应方向移动，同时提高了SO2的转化率。

②SO2被催化氧化成SO3，为了提高SO3的产率接触室中应取等温过程，还是绝热过程为宜？

【提示】

采用等温过程。

1．化学反应速率和化学平衡原理

2SO2(g)＋O2(g)催化剂2SO3(g)(放热反应) Δ(1)提高反应速率的“措施”

提高化学反应速率的措施升高温度在沸腾炉中煅烧时，将原料粉碎增大

与空气的接触面积使用催化剂

(2)硫酸工业生产的“三条件”

平衡角度①温度低温有利于提高SO2的转化率。

反应速率低温时催化剂活性不高，反应速率低。

综合――→400～500 ℃作为操作温度，此时反应速率和考虑SO2转化率均较理想。

平衡角度②压强增大压强对提高SO2转化率有利

综合反应速率增大压强可提高反应速率――→常压。原

考虑因是常压下SO2转化率已经很高，增大压强会增加投资和能量消耗

③适当过量的空气

目的是提高SO2的转化率。

综上所述，催化氧化的适宜条件是常压、较高的温度(400～500 ℃)和催化剂。

2．逆流原理的应用

沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应充分进行；98%浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。

3．热交换原理的应用

由于2SO2＋O2400 催化剂℃～500 ℃2SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，使反应后的气体预热作为接触室的原料气，达到节约能源、降低生产成本的目的。

4．循环操作原理的应用

由于2SO2O2400 催化剂2SO3是可逆反应，尾℃～500 ℃气中还有一定的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气体送回接触室，提高原料利用率，同时减少废气排放。

硫酸工业中连续多步反应的计算

【问题导思】

①利用黄铁矿(FeS2)为原料生产硫酸时，假设每步反应均能完全转化，1mol FeS2能生产多少硫酸？

【提示】

利用元素守恒法1mol FeS2可生产2mol硫酸。

②什么是原料转化率？多步反应的转化率与各步反应的转化率有何关系？

消耗原料的质量【提示】

原料转化率＝×100%，原料的总质量多步反应的转化率＝各步反应转化率的乘积。

1．关系式法

关系式法解题需要找准关系式，找关系式的一般方法是根据涉及的多步反应的化学方程式，依照元素质量守恒或电子转移数目守恒的原则找出连续多步反应中元素的转化关系，如在用黄铁矿制硫酸

2 时，根据转化过程中硫元素守恒的原则可以找到这样的关系式：

FeS2～2SO2～2SO3～2H2SO4或

S～SO2～SO3～H2SO4

在工业制硫酸的有关计算中通常就利用以上两关系式解题。

2．常见量的计算公式

纯矿物的质量(1)矿物的纯度＝×100% 矿物的总质量原料利用的质量(2)原料利用率＝×100% 原料的总质量(3)原料转化率＝原料利用率＝1－原料损失率

实际产量(4)产率＝×100% 理论产量(5)多步反应的总转化率＝各步反应转化率的乘积当堂达标

1．下列关于硫酸工业生产的说法中正确的是(

) A．建筑高烟囱，使尾气在高空扩散稀释

B．设置“废热”锅炉，产生蒸气来供热或发电

C．使用V2O5作催化剂，提高SO2的转化率

D．在吸收塔中，直接用水吸收三氧化硫

【答案】

B 2．硫酸工业中，常用浓硫酸吸收三氧化硫，而不用水来吸收的原因是(

) A．三氧化硫溶于浓硫酸，不易溶于水

B．用浓硫酸吸收三氧化硫速度虽慢，但损失三氧化硫少

C．用水吸收易形成酸雾，吸收速度慢

D．用水吸收得到的不是纯硫酸

【答案】

C 3．在制硫酸的工业中有以下反应：2SO2(g)＋催化剂2SO(g)

ΔH＜0，下列说法错误的是

O2(g)4003～500℃(

) A．生产中通入过量的空气，可以提高二氧化硫的转化率

B．生产中选择400～500℃，不仅能加快反应速率，而且催化剂的活性好

C．根据实际情况在生产中选择常压，可以提高综合经济效益

D．在接触室被氧化生成的三氧化硫，进入吸收塔被水吸收制成硫酸

【答案】

D 4．(2013·烟台高二检测)2013年初我国大部分地区出现了严重的雾霾天气，环境保护引起了公众广泛的关注。治理工业“三废”，保护环境最主要的方法是(

) A．关闭污染严重的工厂B．把“三废”深埋

C．提高认识D．变废为宝，综合利用【答案】

D