人教版化工生產(chǎn)過程中的基本問題

目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引一二一、生產(chǎn)中的三廢處理1.尾氣吸收工業(yè)上硫酸生產(chǎn)的尾氣中含有少量SO2,可用Ca(OH)2吸收,使其生成CaSO3,再用H2SO4處理,生成SO2和CaSO4?；瘜W(xué)方程式為SO2+Ca(OH)2CaSO3+H2O,CaSO3+H2SO4CaSO4+SO2↑+H2O。實驗室一般用NaOH溶液吸收,化學(xué)方程式為2NaOH+SO2Na2SO3+H2O。2.污水處理硫酸生產(chǎn)過程中的污水,含有酸性雜質(zhì),可用石灰乳中和法處理,化學(xué)方程式為Ca(OH)2+H2SO4CaSO4+2H2O。預(yù)習(xí)交流1硫酸生產(chǎn)中的酸性廢水,選擇用石灰乳處理,為什么不選擇堿性更強(qiáng)的NaOH?提示:NaOH的堿性太強(qiáng),同樣會對水體造成污染,同時NaOH的造價比Ca(OH)2高得多。目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引一二3.廢渣的利用用黃鐵礦為原料制硫酸的過程中產(chǎn)生的廢渣可作為煉鐵的原料、制造水泥的原料;可提煉貴重的有色金屬或用于制磚等。目標(biāo)導(dǎo)航一二預(yù)習(xí)導(dǎo)引二、能量的充分利用硫酸生產(chǎn)過程中的三個反應(yīng)都是放熱反應(yīng),如果能充分利用這些熱量,不但可以由硫酸廠自行提供能量,而且還可以向外界輸出大量能量,可大大降低生產(chǎn)成本。一般生產(chǎn)1t硫酸約需消耗100kW·h的電能。生產(chǎn)1t硫酸放出的反應(yīng)熱相當(dāng)于200kW·h的電能。

預(yù)習(xí)交流2你認(rèn)為硫酸工業(yè)可以怎樣合理利用能源?提示:(1)在沸騰爐(造氣爐)旁設(shè)置蒸汽鍋爐進(jìn)行發(fā)電;(2)在接觸室(催化反應(yīng)室)中設(shè)置熱交換器一方面預(yù)熱反應(yīng)原料氣,另一方面使接觸氧化到適宜溫度;(3)在接觸室(催化反應(yīng)室)附近建造浴室,提高勞動福利或創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二一、硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論活動與探究根據(jù)你的預(yù)習(xí),結(jié)合課本,請從以下三個方面入手討論硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益,并完成下表:①尾氣吸收:一般用氨水吸收,使其生成(NH4)2SO3,然后再用硫酸處理,便生成SO2和(NH4)2SO4。即SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3,(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2↑+H2O。SO2可用于繼續(xù)生產(chǎn),(NH4)2SO4可作肥料。問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二②污水處理:用石灰乳中和。Ca(OH)2+H2SO4CaSO4+2H2O③廢渣利用:黃鐵礦礦渣一般可用于制造水泥或制磚,含鐵量高的礦渣可用于煉鐵。

在沸騰爐旁設(shè)置“廢熱”鍋爐,產(chǎn)生蒸汽來發(fā)電;在接觸室中設(shè)熱交換裝置,利用SO2氧化為SO3放出的熱來預(yù)熱即將參加反應(yīng)的SO2和O2,使其達(dá)到適宜反應(yīng)的溫度;生產(chǎn)中如能充分利用這些“廢熱”,不僅不需外界向硫酸廠供應(yīng)能量,還可由硫酸廠向外界輸出大量能量。問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二一般要從原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場需求、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等諸多方面入手考慮。問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二遷移與應(yīng)用例1下列廢物處理方法中正確的是(

)A.化學(xué)實驗中產(chǎn)生的二氧化硫廢氣可用濃硫酸吸收B.化學(xué)實驗中產(chǎn)生的二氧化氮廢氣可用燒堿溶液吸收C.用黃鐵礦作原料生產(chǎn)硫酸的過程中產(chǎn)生的廢渣可用于提取燃料D.用黃鐵礦作原料生產(chǎn)硫酸的過程中產(chǎn)生的廢氣可用于提取漂白劑思路點(diǎn)撥:無論化學(xué)實驗還是化工生產(chǎn)都要注意防止污染環(huán)境。問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二解析:二氧化硫在濃硫酸中的溶解度非常小,A項錯誤;二氧化氮可跟燒堿溶液發(fā)生反應(yīng),化學(xué)方程式為2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O,B項正確;黃鐵礦本來就是無機(jī)礦物質(zhì),又經(jīng)過高溫煅燒后,廢渣的主要成分是氧化鐵、二氧化硅、氧化鋁等,從中提取燃料是不現(xiàn)實的,C項錯誤;硫酸生產(chǎn)廠的廢氣中含有較高濃度的二氧化硫氣體,二氧化硫可用作漂白劑,D項正確。答案:BD問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二遷移訓(xùn)練1化工廠廠址選擇是一個復(fù)雜的問題,受到原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場需求、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)等諸多因素的制約。硫酸廠應(yīng)建在(

)①靠近原料產(chǎn)地,遠(yuǎn)離消費(fèi)中心的地區(qū)②靠近消費(fèi)中心,稍偏離原料產(chǎn)地的地區(qū)③交通便利,人口稠密的居民區(qū)④建在環(huán)保要求高的地區(qū),便于“三廢”的治理A.①②③④ B.①③④C.①②④ D.②解析:由于硫酸是腐蝕性液體,運(yùn)輸費(fèi)用比較高,這就決定了硫酸廠靠近消費(fèi)中心比靠近原料產(chǎn)地更為有利,①錯,②對。硫酸廠對環(huán)境的污染比較嚴(yán)重,因此不應(yīng)建在人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū),③④錯誤。答案:D問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二化工廠廠址選擇涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)和市場需求等諸多因素,應(yīng)對這些因素綜合考慮,權(quán)衡利弊,才能作出合理的選擇。一般應(yīng)考慮下列因素:①是否有市場需求;②是否接近原料供應(yīng)地;③土地供應(yīng)是否充足;④水源是否充足;⑤能源是否充足且廉價;⑥交通運(yùn)輸是否方便;⑦能否達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求。問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二二、硫酸工業(yè)的多步計算活動與探究已知某硫酸廠用接觸法制硫酸的生產(chǎn)過程中,在燃燒黃鐵礦時損失硫為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));在SO2的接觸氧化時有92%的SO2轉(zhuǎn)化為SO3;在吸收塔中損失SO3為0.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。現(xiàn)有含F(xiàn)eS295%的黃鐵礦(雜質(zhì)不含硫元素)100t,可制得98%的硫酸多少噸?解析:本題涉及多個百分?jǐn)?shù),如果考生分步來計算,那解題過程會很煩瑣,導(dǎo)致解題錯誤。只要理解每個百分?jǐn)?shù)的含義,利用守恒法進(jìn)行計算,簡化解題步驟,會起到事半功倍的效果。生產(chǎn)過程中涉及的反應(yīng)有:問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二據(jù)硫元素守恒綜合得關(guān)系式:FeS2~2H2SO4從數(shù)學(xué)中的集合對應(yīng)關(guān)系知,各有關(guān)硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均可歸因于起始原料黃鐵礦的硫元素,扣除100

t黃鐵礦中有關(guān)部分在各步反應(yīng)中的損失,實際上用于生成硫酸的FeS2的質(zhì)量為:m(FeS2)=100

t×95%×(1-0.6%)×(1-5%)×92%≈82.53

t問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二設(shè)可制得98%H2SO4的質(zhì)量為x,則有:FeS2

~

2H2SO4120

2×9882.53

t

x·98%解得x≈137.56

t答案:可制得98%的濃硫酸137.56t。問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二遷移與應(yīng)用例2用含F(xiàn)eS278%的黃鐵礦制硫酸,若煅燒時損失6%的硫,在接觸氧化時又損失2%,求制得1t98%的硫酸需這種礦石多少噸?解析:接觸氧化時硫損失2%,即FeS2的轉(zhuǎn)化率為98%,設(shè)需硫鐵礦的質(zhì)量為x,根據(jù)各化學(xué)方程式中反應(yīng)物和生成物之間的比例關(guān)系,可找出FeS2與每步反應(yīng)中產(chǎn)物之間的關(guān)系式:4FeS2~8SO2~8SO3~8H2SO4容易得出反應(yīng)關(guān)系:FeS2

~

2H2SO4120

t

2×9878%×94%×98%x

1×98%問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二解得x≈0.84

t。答案:0.84t問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二遷移訓(xùn)練2含硫48%的黃鐵礦煅燒時FeS2損失2%,則下列說法中不正確的是(

)A.該黃鐵礦含F(xiàn)eS2也是48%B.硫損失也是2%C.鐵損失也是2%D.該黃鐵礦含F(xiàn)eS290%答案:A問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測一二硫酸工業(yè)中涉及多步反應(yīng),計算起來比較煩瑣,對于多步反應(yīng)的計算,一般可采取以下方法。(1)關(guān)系式法:先寫出多步反應(yīng)的化學(xué)方程式,然后找出反應(yīng)物和生成物之間物質(zhì)的量(或質(zhì)量)之比,列出關(guān)系式,即可一步計算。原料FeS2與產(chǎn)品H2SO4之間的關(guān)系可以根據(jù)反應(yīng)找出4FeS2~8SO2~8SO3~8H2SO4,即FeS2~2H2SO4。(2)元素守恒法:找出主要原料和最終產(chǎn)物之間物質(zhì)的量的對應(yīng)關(guān)系。找出此關(guān)系的簡便方法,就是分析原料與產(chǎn)物之間所含關(guān)鍵元素原子個數(shù)關(guān)系,如:FeS2~2H2SO4,S~H2SO4。若已知(欲求)FeS2含量,用前面的關(guān)系式,若已知(欲求)S的含量,用后一關(guān)系式,且二氧化硫轉(zhuǎn)化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2(或S)進(jìn)行計算。問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測123451.在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中,為了利于SO2的轉(zhuǎn)化,且能充分利用熱能,采用了中間有熱交換器的接觸室(如圖)。下列有關(guān)說法中錯誤的是(

)A.上端進(jìn)入的氣體溫度較高,下端出來的氣體溫度較低B.預(yù)熱含有SO2的混合氣體,有利于接觸氧化C.A處流出的氣體為SO2和O2D.預(yù)熱SO3,有利于被濃硫酸吸收問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測12345解析:干燥的SO2與O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的有利條件是催化劑和400~500

℃的溫度,在通常狀況下基本不發(fā)生反應(yīng),即使在加熱的條件下,也基本上不發(fā)生反應(yīng)。從熱交換器(或接觸室)左側(cè)進(jìn)入熱交換器的SO2與O2的混合氣體,在熱交換器內(nèi)只是被加熱升高溫度,沒有與催化劑接觸,基本上沒有SO3生成。從熱交換器內(nèi)出來的熱的SO2與O2的混合氣體,進(jìn)入接觸室內(nèi)的催化劑區(qū)域后,發(fā)生可逆反應(yīng)生成SO3,并放出大量的熱,SO3溫度過高不易被吸收,所以下端出來的氣體溫度較低。答案:D問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測123452.治理“三廢”,保護(hù)環(huán)境,最主要的方法是(

)A.減少污染嚴(yán)重的工廠B.把“三廢”深埋C.提高認(rèn)識D.變廢為寶,綜合利用解析:對“三廢”處理,最好是變廢為寶,節(jié)約資源,綜合利用。答案:D問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測123453.下列關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論中,敘述錯誤的是(

)A.充分利用三個反應(yīng)放出的熱能,來降低生產(chǎn)成本B.為了防止尾氣的污染,用氨水吸收尾氣C.硫酸工廠要遠(yuǎn)離人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū),遠(yuǎn)離硫酸消費(fèi)中心D.生產(chǎn)過程中含有少量硫酸的污水,可用石灰乳中和處理解析:硫酸工廠要遠(yuǎn)離人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū),但遠(yuǎn)離硫酸消費(fèi)中心,勢必增加運(yùn)輸成本。答案:C問題導(dǎo)學(xué)當(dāng)堂檢測123454.工業(yè)上以硫鐵礦為原料制硫酸所產(chǎn)生的尾氣中除了含有N2、O2外,還含有SO2等對環(huán)境有較大影響的有害氣體。能用于測定硫酸尾氣中SO2含量的是(

)A.NaOH溶液、酚酞溶液B.石灰水、石蕊溶液C.碘水、淀粉溶液D.氨水、酚酞溶液解析:測定SO2含量必須選能與SO2反應(yīng)