科學(xué)實(shí)驗(yàn)中為了探索某個(gè)反應(yīng)或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)化學(xué)反應(yīng)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)中為了探索某個(gè)反應(yīng)或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)化學(xué)反應(yīng)，將不惜巨資；它與工業(yè)生產(chǎn)屬于兩個(gè)不同的問(wèn)題——工業(yè)生產(chǎn)主要考慮經(jīng)濟(jì)利益。讓我們作為一個(gè)制硫酸的工程師，來(lái)進(jìn)行硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的的討論?！舅伎碱}】1、化工生產(chǎn)除了遵循科學(xué)原理、來(lái)實(shí)現(xiàn)某個(gè)反應(yīng)，還應(yīng)考慮的問(wèn)題是哪些？2、什么工業(yè)“三廢”？任意排放會(huì)產(chǎn)生哪些影響？3、一個(gè)現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)努力的方向是什么？4、硫酸工業(yè)排放的尾氣的成分是什么？處理的方法和反應(yīng)方程式？5、硫酸工業(yè)中排放的廢水的成分是什么？你將用什么方法處理？寫出有關(guān)的方程式？6、硫酸工業(yè)的排出的廢渣的成分是什么？可以有哪些用途？7、硫酸工業(yè)中有哪些地方將需要?jiǎng)恿Γ啃枰哪芰?？生產(chǎn)1t硫酸消耗的能量理論上是多少？生產(chǎn)1t硫酸理論上能產(chǎn)生的能量是多少？你設(shè)計(jì)工廠時(shí)將如何充分利用余熱？8、硫酸工廠的規(guī)模和生產(chǎn)成本的關(guān)系是什么？9、考慮硫酸工廠的規(guī)模與哪些因素有關(guān)？那個(gè)是主要因素？10、硫酸工廠的選址是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，應(yīng)考慮哪些因素？起決定的因素是什么？哪些因素不能考慮建設(shè)硫酸工廠？§2關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論1、工業(yè)“三廢”——廢氣、廢液、廢渣2、“三廢”的任意排放一方面污染環(huán)境，影響人民的健康，另一方面浪費(fèi)原料，提高成本。3、現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應(yīng)向著無(wú)廢物排放的“封閉式”的生產(chǎn)工具方向努力。SO2+2NH3·H2O==（NH4）2SO3（NH4）2SO3+H2SO4=（NH4）2SO4+SO2↑+H2O

SO2可循環(huán)利用，制硫酸；硫酸銨作化肥，提高工作效率。4、硫酸工業(yè)的尾氣吸收；Ca（OH）2+H2SO4==CaSO4+2H2O5、污水處理；黃鐵礦的礦渣用于制造水泥的原料、制磚的原料、含鐵量高的礦渣可以作為煉鐵的原料。6、廢渣的利用；7、能源的合理運(yùn)用8、生產(chǎn)規(guī)模；年生產(chǎn)4萬(wàn)噸以上9、廠址的選擇是有下列因素決定的（1）

附近地區(qū)是否有大量的市場(chǎng)需求（2）

附近地區(qū)是否有原料供應(yīng)（3）

土地供應(yīng)是否充足（4）

水資源是否充足（5）

能源是否充足廉價(jià)（6）

交通是否方便（7）

是否達(dá)到環(huán)境保護(hù)（1）

附近地區(qū)是否有市場(chǎng)需求（2）

附近地區(qū)是否有原料供應(yīng)（3）

是否達(dá)到環(huán)境保護(hù)，不能靠近人口稠密區(qū)，不能靠近旅游景點(diǎn)。主要因素①煤炭基地②大型硫酸廠③自來(lái)水廠④療養(yǎng)院⑤大型商場(chǎng)⑥食品廠⑦化工廠⑧造紙廠⑨污水處理廠⑩高等院校⑾黃鐵礦居民區(qū)鐵路公路河流防護(hù)林耕地果園⑨①②③④⑩⑤⑥

⑦⑧夏季風(fēng)向冬季風(fēng)向⑾1．該城市布局是否合理？請(qǐng)分析原因。2.圖中②處分布大型硫鐵礦（主要成分是FeS2）。寫出制取二氧化硫、三氧化硫的化學(xué)方程式。3.接觸法制硫酸的尾氣中，還含有少量的二氧化硫，如果排入大氣，就會(huì)造成環(huán)境污染。你認(rèn)為該企業(yè)應(yīng)該采用什么方法回收、利用尾氣中的二氧化硫？鐵路離高校太近！接觸法制硫酸的有關(guān)計(jì)算原料的起始量原料的轉(zhuǎn)化量原料的轉(zhuǎn)化率（原料的利用率）×100%產(chǎn)品的理論產(chǎn)量產(chǎn)品的實(shí)際產(chǎn)量產(chǎn)率×100%例1:體積分?jǐn)?shù)SO2占7%、O2占11%、N2占82%混合氣體100體積，進(jìn)入接觸室后，混合氣體的體積變成97體積，求SO2的轉(zhuǎn)化率（氣體的體積均在同溫同壓下測(cè)得）。2SO2+O2=2SO3△V100–972121解：用差量法計(jì)算。設(shè)原混和氣體為100mL6SO2的轉(zhuǎn)化率：67×100%=85.7%解：利用關(guān)系式法解決硫酸工業(yè)中多步反應(yīng)的計(jì)算。設(shè)可制得98%的硫酸Wt例2：燃燒2噸含F(xiàn)eS280%的黃鐵礦，理論上能生產(chǎn)98%的硫酸多少噸？FeS2————————2H2SO4120

2×982×80%98%×W求得：W=2.67t例3：⑵燃燒2噸含硫48%的黃鐵礦，理論上能生產(chǎn)98%的硫酸多少噸？（若還有2%的硫留在爐渣里）S————————H2SO432982×48%×(1－5%)98%×W求得：W=2.94t例4：用接觸法制硫酸，日產(chǎn)80％的硫酸163.2t，問(wèn)每日需含F(xiàn)eS248%的硫鐵礦多少噸？（燃燒時(shí)有1.5％的硫損失而混入爐渣中）FeS2————————2S12分析：設(shè)S

原有100mol，則損失1.5molnt

1.5no

100FeS2損失率：wtwo×80%=1.5％規(guī)律A：化合物中某一元素的損失率就是該化合物的損失率。

FeS2————————2H2SO4解:設(shè)需硫鐵礦Wt120

2×98W×48%×(1－1.5%)80%×163.2求得：W=169.1t例5：含F(xiàn)eS2

80%的黃鐵礦煅燒時(shí)損失硫2%，用SO2氧化成SO3損失20%，求制得1t98%濃H2SO4需要黃鐵礦多少噸？分析：設(shè)SO2

原有100mol，則損失20mol2SO2————2S————FeS2

2120nt

100no規(guī)律B：各步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率(損失率)可看作原料的轉(zhuǎn)化率(損失率)。W=0.96tFeS2————————2H2SO4120

2×98W×80%×(1－2%)×(1－20%)98%×11、有硫鐵礦1.0g，灼燒后，設(shè)生成的SO2氧化完全生成硫酸再用氯化鋇溶液使之轉(zhuǎn)化成沉淀3.5g，求該礦石樣品中所含硫化亞鐵的百分率即樣品純度。（答案：90.13%）練習(xí)2BaSO4————2S————FeS2

2×233120

3.5w

2、用含F(xiàn)eS2a%的黃鐵礦生產(chǎn)H2SO4，已知該礦石燃燒損失硫?yàn)閎%，SO2的轉(zhuǎn)化率c%，SO3的吸收率d%，若生產(chǎn)e%H2SO4500t需要多少噸原料？FeS2————————2H2SO4120

2×98W×a%×(1－b%)×(1－c%)×(1－d%)e%×500用“兩點(diǎn)三區(qū)法”解有關(guān)連續(xù)反應(yīng)的范圍討論題一、連續(xù)反應(yīng)的特點(diǎn)原料相同、條件相同、產(chǎn)物因某原料用量不同而不同的一類反應(yīng)叫連續(xù)反應(yīng)。例如：原料均為H2S和O2，條件均為點(diǎn)燃，但因?yàn)镺2的用量不同，產(chǎn)物可能是S或SO2或S和SO2的混和物。高中階段常見(jiàn)的連續(xù)反應(yīng)有：⑴多元弱酸及其酸酐（SO2、CO2、H2S、H3PO4

等）與堿反應(yīng)；⑵C與O2、CuO、FeO、SiO2等反應(yīng)；⑶Cl2與P、NH3、FeBr2等反應(yīng)；⑷Fe、H2S、NH3等與O2的應(yīng)；⑸鋁鹽(Al3+)與強(qiáng)堿反應(yīng)；⑹偏鋁酸鹽(AlO2-)與強(qiáng)酸反應(yīng)；（7）二烯烴、炔烴(CnH2n-2)與H2反應(yīng)；（8）鐵與稀HNO3反應(yīng)；（9）AgNO3、CuSO4溶液與氨水反應(yīng)等；（10）Mg、Zn與FeCl3

溶液反應(yīng)；（11）強(qiáng)酸與多元弱酸鹽反應(yīng)：如HCl與Na2CO3、H2SO4與Ca3(PO4)3反應(yīng)等；（12）兩種離子同時(shí)反應(yīng)：如NaHCO3與Ca(OH)2、KAl(SO4)2與Ba(OH)2等。二、連續(xù)反應(yīng)的重要題型連續(xù)反應(yīng)的重要題型是范圍討論題，即當(dāng)某原料用量為不同的取值范圍時(shí)，討論產(chǎn)物的組成或產(chǎn)物產(chǎn)量與該原料用量的函數(shù)關(guān)系。該題型的特點(diǎn)是思維容量大，能力要求高，在高考或競(jìng)賽化學(xué)試題中屢見(jiàn)不鮮。因此歸納得出連續(xù)反應(yīng)范圍計(jì)論題的解題規(guī)律，形成清晰有效的解題思路，顯得非常必要和重要。三、例題分析例題：1升H2S氣體與a升O2混和點(diǎn)燃，若反應(yīng)前后的溫度和壓強(qiáng)相同（20℃、1.01×105Pa），試討論當(dāng)a的取值范圍不同時(shí)，燃燒后氣體的總體積Ｖ（用含a的表達(dá)式表示）。⑴填寫下表⑵在坐標(biāo)圖上畫出Ｖ＝f(a)的關(guān)系曲線解：⑴H2S和O2恰好完全反應(yīng)，生成S和H2O2H2S＋O2＝2S＋2H2O211aa＝1/2時(shí)，V＝0

⑵H2S和O2恰好完全反應(yīng)，生成SO2和H2O2H2S＋3O2＝2SO2＋2H2O2321a1a＝3/2時(shí)，V＝1⑶a<1/2時(shí)(H2S剩余)2H2S＋O2＝2S＋2H2O2

12a←

aV＝1-2a注意：當(dāng)a＝1/2時(shí)V＝0，故第⑴種結(jié)果V＝0是第⑶種結(jié)果V＝1-2a的特殊值。⑷a>3/2時(shí)(O2剩余)2H2S＋3O2＝2SO2＋2H2O2

3

21→3/2

1V＝1+(a-3/2)＝a-1/2注意：當(dāng)a＝3/2時(shí)V＝1，第⑵種結(jié)果V＝１也是第⑷種結(jié)果V＝a-1/2的特殊值。⑸1/2<a<3/2時(shí)(H2S和O2均無(wú)剩余)

2H2S＋O2＝2S＋2H2O2

1/2S+O2=SO2a-1/2a-1/2

V＝a-1/2

填表時(shí)，上述五種討論結(jié)果可以合并成三種：①0<X≤

1/2時(shí)V=1-2a(計(jì)算依據(jù)均為2H2S＋O2＝2S＋2H2O)；②X≥

3/2時(shí)V=a-1/2(計(jì)算依據(jù)均為2H2S＋3O2＝2SO2＋2H2O)；③1/2<a<3/2時(shí)V=a-1/2。也可以進(jìn)一步合并成兩種情況：①0<a≤1/2時(shí)V=1-2a；②a>1/2時(shí)V=a-1/2。當(dāng)然，要不要合并以及合并成幾種情況，須看題目要求作圖時(shí)，先找特殊點(diǎn):①a=0，V=1；②a=1/2，V=0；③a＝3/2，V＝1

再連點(diǎn)成線即可:因?yàn)閂＝f(a)是線性方程。解題中，氧氣的用量被定量地分成五種情況：a＝1/2，a＝3/2，a<1/2，a>3/2，1/2<a<3/2。表示在數(shù)軸上就是兩個(gè)點(diǎn)三個(gè)區(qū)：四、連續(xù)反應(yīng)范圍討論題的解法

⒈寫出連續(xù)反應(yīng)的兩個(gè)總反應(yīng)方程式：“原料→中問(wèn)產(chǎn)物”為第一總式，“原料→最終產(chǎn)物”為第二總式。例如：Cl2與NH3反應(yīng)：⑴3Cl2+2NH3（不足）＝N+6HCl；⑵3Cl2+8NH3（過(guò)量）＝N2+6NH4Cl。⒉根據(jù)總式找出兩個(gè)界點(diǎn)（界點(diǎn)就是恰好完全反應(yīng)時(shí)求出的特殊值，在曲線上界點(diǎn)即為拐點(diǎn)）。如例題中，求出的兩個(gè)界點(diǎn)為a＝1/2和a＝3/2。再如Cl2與NH3反應(yīng)，設(shè)NH3的體積分?jǐn)?shù)為X，則X＝2/5和X＝8/11就是兩個(gè)界點(diǎn)。⒊在數(shù)軸上標(biāo)出兩個(gè)界點(diǎn)，得到三個(gè)區(qū)間（以Cl2與NH3的反應(yīng)為例）：⒋就兩點(diǎn)三區(qū)五種情況分別進(jìn)行討論。以Cl2與NH3的反應(yīng)為例，每種情況使用的方程式為：①0<X≤2/5時(shí)，3Cl2+2NH3

＝N+6HCl；②8/11/≥X<1時(shí)，3Cl2+8NH3

＝N2+6NH4Cl；③2/3<X<8/11時(shí)，3Cl2+2NH3

＝N+6HClNH3+HCl＝NH4Cl（注意：這里使用的是第一總式和中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物的方程式）。⒌合并整理后填表（一般使用同一個(gè)方程式計(jì)算出來(lái)的結(jié)果合并在一起）。⒍根據(jù)產(chǎn)物產(chǎn)量與某原料用量的函數(shù)關(guān)系在坐標(biāo)圖上畫圖（找出特殊點(diǎn)連接成線）由于引用了數(shù)軸上的知識(shí)，上述解法，可稱之為“兩點(diǎn)三區(qū)法”。這一稱呼，形象、妥貼，易被師生接受；這一解法，能極大地提高了學(xué)生解連續(xù)反應(yīng)范圍討論題的自信心和正確率。事實(shí)證明，充分注重學(xué)科滲透，讓學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，可以化難為易，培養(yǎng)興趣，提高其解決綜合問(wèn)題的能力。五、幾點(diǎn)說(shuō)明⒈兩點(diǎn)三區(qū)法：一般適用于連續(xù)發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)的范圍討論題。這句話有三層意思：⑴連續(xù)反應(yīng)討論題還有其它特殊解法。上述例題中，由于S+O2＝SO2

反應(yīng)前后氣體體積不變，所以用量差法解時(shí)只須用一個(gè)方程式：2H2S+O2＝2S+2H2O。

H2S不足，即a>1/2時(shí)，2H2S+O2＝2S+2H2O△V

231升1.5升

V＝(1+a)-1.5＝a-0.5

O2不足，即a≤1/2時(shí)，2H2S+O2＝2S+2H2O△V

13

a升3a升

V＝(1+a)-3a＝1-2a⑵

兩點(diǎn)三區(qū)法還可以解其它題型。例題：今有濃度均為3mol／l的鹽酸和硫酸溶液100ml，分別加入等質(zhì)量的鐵粉，反應(yīng)完畢后生成的氣體質(zhì)量比是3:4，則鹽酸中加入鐵粉的質(zhì)量為............................................()

A.5.6克B.8.4克C.11.2克D.16.8克分析：Fe+2HCl＝FeCl2+H2↑

8.4g0.3mol0.3gFe+H2SO4＝FeSO4+H2↑16.8g0.3mol0.6g

顯然，可以把鐵的質(zhì)量分成兩點(diǎn)三區(qū)五種情況進(jìn)行討論：⑶兩點(diǎn)三區(qū)法適用的題型是連續(xù)發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)的范圍討論題。例題：稱取金屬鈉、鋁、鐵各m克，在室溫下分別與Ｖ升4摩／升的鹽酸充分反應(yīng)。試推斷下列三種情況下，Ｖ的取值范圍（用含m的表達(dá)式表示）：①鋁與鹽酸反應(yīng)，放出H2最多；②鈉與鹽酸反應(yīng)放出H2最多；③鋁鐵分別與Ｖ升鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生H2一樣多。分析：Na──HCl（鈉過(guò)量時(shí)可再與水反應(yīng)）23g1mol

92Vg4VmolAl──3Cl