《高中化学 1.1化工生产过程中的基本问题课件 新人教版选修2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 1.1化工生产过程中的基本问题课件 新人教版选修2.ppt（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课题课题1 化工生产过程中的基本问题化工生产过程中的基本问题如果以硫黄如果以硫黄为原料制硫酸，你能原料制硫酸，你能试着用化学方程式表示制着用化学方程式表示制硫酸的反硫酸的反应原理原理吗？提示提示S(s)O2(g)=SO2(g)(放热反应放热反应)SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l)(放热反应放热反应)试列列举一些能引起大气一些能引起大气污染的行染的行为。提示提示煤的燃烧煤的燃烧工业废气的任意排放工业废气的任意排放燃放鞭炮燃放鞭炮飞机、汽车尾气的排放飞机、汽车尾气的排放 冰箱、空调的制冷剂氟氯代冰箱、空调的制冷剂氟氯代烃的排放等。烃的排放等。121了解生了解生产硫酸的基本流程。硫酸的基本流
2、程。2了解生了解生产原料的原料的选择。3了解化学科学了解化学科学实验与化工生与化工生产的区的区别。4注意生注意生产中的三中的三废处理，防止理，防止环境境污染。染。化工生产与化学反应的关系化工生产与化学反应的关系化工生产是以化工生产是以_为依据，以为依据，以_为基为基础的。任何生产的完成都要符合础的。任何生产的完成都要符合_。确定化工生产反应原理与过程的一般方法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于某一具体的化工产品，研究生品，研究生产过程要从程要从产品的品的_ _和和_考考虑，来确定，来确定_。笃学笃学一一依据化学反应原理确定生产过程依据化学反应原理确定生产过程1.2化学反化
3、学反应原理原理实验室研究室研究化学反化学反应规律律化学化学组成成性性质原料和生原料和生产路路线确定化工生产反应原理与过程的案例研究确定化工生产反应原理与过程的案例研究生产硫酸生产硫酸(1)原料：从原料：从H2SO4的组成看，原料应该是自然界存在的含的组成看，原料应该是自然界存在的含_物质，如物质，如_ (主要成分是主要成分是FeS2)等。等。(2)生产步骤：生产硫酸的主要化学过程可以分成生产步骤：生产硫酸的主要化学过程可以分成_、_和和SO3转化为硫酸三个阶段。转化为硫酸三个阶段。(3)工业上制硫酸的基本生产原理：工业上制硫酸的基本生产原理：造气：以造气：以S为原料制备为原料制备SO2，反应化
4、学方程式为，反应化学方程式为_(属属_反应，填反应，填“放热放热”或或“吸热吸热”，下同，下同)。催化氧化：将催化氧化：将SO2氧化成氧化成SO3，反应化学方程式为，反应化学方程式为_(属属_反应反应)。SO3吸收：三氧化硫转化成硫酸，反应化学方程式为吸收：三氧化硫转化成硫酸，反应化学方程式为_(属属_反应反应)。3硫黄、黄硫黄、黄铁矿硫硫SO2的生成的生成SO2转化化为SO3放放热2SO2O2放放热SO3H2O =H2SO4放放热在工在工业生生产中，中，选择原料除依据原料除依据_外，外，还有有许多因素需要考多因素需要考虑，如，如_、_、能源、能源、_用用水的供水的供应能力、能力、_、_、预处
5、理成本及理成本及_等。等。工业制硫酸的原料工业制硫酸的原料目前，世界大多数国家生目前，世界大多数国家生产硫酸主要以硫酸主要以_为原料，我原料，我国主要是以国主要是以_为原料。原料。笃学二笃学二生产中原料的选择生产中原料的选择1. 原料选择依据原料选择依据2化学反化学反应原理原理厂址厂址选择原料原料工工业贮存存运运输环境保境保护硫黄硫黄黄黄铁矿生产中反应条件的选择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在化工生产中要通过反应条件的控制使_和和_都比较理想，还要同时考虑都比较理想，还要同时考虑_ _和和_。硫酸工业生产中条件的选择硫酸工业生产中条件的选择二氧化硫催化氧化的条件是：二氧
6、化硫催化氧化的条件是：_ _。笃学三笃学三生产中反应条件的控制生产中反应条件的控制1.2化学反化学反应速率速率反反应物的物的转化率化率控制某些反控制某些反应条件的成本条件的成本实际可能性可能性常常压、V2O5作催化作催化剂、400500 尾气吸收尾气吸收生产硫酸的尾气中含有少量生产硫酸的尾气中含有少量_，可用，可用_吸收，然后吸收，然后再用硫酸处理，生成的再用硫酸处理，生成的SO2可返回用作生产硫酸的原料，其可返回用作生产硫酸的原料，其化学反应方程式为：化学反应方程式为： _、_。废渣的利用废渣的利用用黄用黄铁矿为原料生原料生产硫酸的硫酸的过程中，排出的炉渣和程中，排出的炉渣和矿灰，灰，可作可
7、作为_；可以用来提；可以用来提炼_；废渣渣还可以作可以作为制造制造_或用于或用于_。笃学四笃学四硫酸工业废气和废渣的处理硫酸工业废气和废渣的处理1.2SO2石灰水石灰水SO2Ca(OH)2=CaSO3H2OCaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O炼铁的原料的原料贵重的有色金属重的有色金属水泥的原料水泥的原料制制砖化工生化工生产过程中通常都要消耗大量的能量。硫酸工程中通常都要消耗大量的能量。硫酸工业充分充分利用利用废热的方法是：在催化反的方法是：在催化反应室中室中设热交交换装置，利用装置，利用SO2氧化氧化为SO3时放出的放出的热量来量来预热即将参加反即将参加反应的的SO2和和O2。 笃学五
8、笃学五能量的充分利用能量的充分利用SO3的吸收是用水的吸收是用水还是是98%的硫酸？的硫酸？为什么？什么？提示提示实际生产中，并不直接用水吸收实际生产中，并不直接用水吸收SO3，而是用，而是用98%的硫酸吸收。这样可避免形成酸雾并提高吸收率。的硫酸吸收。这样可避免形成酸雾并提高吸收率。98%的的硫酸吸收硫酸吸收SO3后形成了发烟硫酸，其中后形成了发烟硫酸，其中SO3的含量可高达的含量可高达20%，将发烟硫酸在水中稀释就能得到各种不同浓度的硫，将发烟硫酸在水中稀释就能得到各种不同浓度的硫酸。酸。【慎思慎思1】工工业制硫酸需要哪些原料？分成哪几个制硫酸需要哪些原料？分成哪几个阶段？段？发生生哪些反
9、哪些反应？需要哪些？需要哪些设备？提示提示【慎思慎思2】A在生在生产中常用中常用过量的空气量的空气B在生在生产中常用中常用过量的量的SO2C在生在生产中采用中采用V2O5作催化作催化剂D在生在生产中采用常中采用常压提示提示增大空气浓度即增大增大空气浓度即增大O2的浓度，使平衡向正反应方的浓度，使平衡向正反应方向移动，提高了向移动，提高了SO2的转化率；增大压强可使的转化率；增大压强可使SO3的体积的体积分数提高，但对设备的要求及成本都相应提高。分数提高，但对设备的要求及成本都相应提高。答案答案B【慎思慎思3】为了提高硫酸工了提高硫酸工业的的综合合经济效益，下列做法正确的效益，下列做法正确的是是
10、 ()。对硫酸工硫酸工业生生产中中产生的生的废气、气、废渣、渣、废液液进行行综合利用合利用充分利用硫酸工充分利用硫酸工业生生产中的中的“废热”不把硫酸厂建在人口稠密的居民区和不把硫酸厂建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区保要求高的地区ABCD提示提示建立处理建立处理“三废三废”措施，严格执行国家措施，严格执行国家“三废三废”排放标排放标准；准；变变“三废三废”为宝，实行综合利用。尽可能地利用为宝，实行综合利用。尽可能地利用“废气、废气、废渣、废液、废热废渣、废液、废热”，既可以提高原料的利用率，降低成本，既可以提高原料的利用率，降低成本，又能减少对环境的污染。硫酸厂对环境的污染是比较严重的，
11、又能减少对环境的污染。硫酸厂对环境的污染是比较严重的，不能建立在人口稠密的地区和环保要求高的地区。不能建立在人口稠密的地区和环保要求高的地区。答案答案D【慎思慎思4】你你认为硫酸工硫酸工业可以怎可以怎样合理利用能源？合理利用能源？提示提示(1)在沸腾炉在沸腾炉(造气炉造气炉)旁设置蒸气锅炉进行发电。旁设置蒸气锅炉进行发电。(2)在接触室在接触室(催化反应室催化反应室)中设置热交换器，一方面预热反中设置热交换器，一方面预热反应原料气，另一方面使接触氧化后的气体降温到适宜温度。应原料气，另一方面使接触氧化后的气体降温到适宜温度。(3)在接触室在接触室(催化反应室催化反应室)附近建造浴室，提高劳动福
12、利或附近建造浴室，提高劳动福利或创造经济效益。创造经济效益。【慎思慎思5】接触氧化的反接触氧化的反应为：H98.3 kJmol1这是一个气体是一个气体总体体积缩小的、放小的、放热的可逆反的可逆反应。(1)温度温度要点一要点一 | 硫酸工业硫酸工业SO2接触氧化适宜条件的选择接触氧化适宜条件的选择SO2接触氧化是一个放接触氧化是一个放热的可逆反的可逆反应，根据化学平衡移，根据化学平衡移动理理论判断，温度判断，温度较低低对提高提高SO2的的转化率有利。但是，温化率有利。但是，温度度较低低时催化催化剂活性不高，反活性不高，反应速率低。在速率低。在实际生生产中，中，选定定400500 作作为操作温度，
13、操作温度，这时反反应速率和速率和SO2的的转化率都比化率都比较理想。理想。(2)压强强SO2接触氧化是一个气体接触氧化是一个气体总体体积缩小的可逆反小的可逆反应，根据化，根据化学反学反应速率影响因素和化学平衡移速率影响因素和化学平衡移动理理论判断，加判断，加压对提提高化学反高化学反应速率和速率和SO2的平衡的平衡转化率有利。但是，在常化率有利。但是，在常压、400500 时，SO2的平衡的平衡转化率已化率已经很高，加很高，加压必必须对设备的要求高，增大投的要求高，增大投资和能量消耗，故在和能量消耗，故在实际生生产中，中，通常采用常通常采用常压操作，并不加操作，并不加压。(3)接触氧化的适宜条件
14、接触氧化的适宜条件常常压、较高的温度高的温度(400500 )和催化和催化剂。在在实际化工生化工生产中中还要同要同时考考虑控制某些反控制某些反应条件的条件的成本和成本和实际可能性。可能性。以黄以黄铁矿为原料生原料生产硫酸的工硫酸的工艺流程流程图如下：如下：(1)将煅将煅烧黄黄铁矿的化学方程式的化学方程式补充完整。充完整。(2)接触室中接触室中发生反生反应的化学方程式是的化学方程式是_。【例例1】(3)依据工依据工艺流程流程图判断下列判断下列说法正确的是法正确的是_(填字母填字母)。A为使黄使黄铁矿充分燃充分燃烧，需将其粉碎，需将其粉碎B过量空气能提高量空气能提高SO2的的转化率化率C使用催化使
15、用催化剂能提高能提高SO2的反的反应速率和速率和转化率化率D沸沸腾炉排出的炉排出的矿渣可供渣可供炼铁(4)能用于能用于测定硫酸尾气中定硫酸尾气中SO2含量的是含量的是_(填字母填字母)。ANaOH溶液、酚溶液、酚酞试液液BKMnO4溶液、稀硫酸溶液、稀硫酸C碘水、淀粉溶液碘水、淀粉溶液D氨水、酚氨水、酚酞试液液解析解析(3)催化剂只能改变可逆反应的化学反应速率，而不催化剂只能改变可逆反应的化学反应速率，而不会使其平衡发生移动，故不能提高会使其平衡发生移动，故不能提高SO2的转化率及反应过程的转化率及反应过程中放出的热量；中放出的热量；ABD正确。正确。(4)要测定要测定SO2的含量，所用试剂需
16、能与的含量，所用试剂需能与SO2反应，且能明显反应，且能明显指示反应的终点，分析知答案为指示反应的终点，分析知答案为B、C。(5)对于可逆反应，其热化学方程式中的焓变是指可逆反应对于可逆反应，其热化学方程式中的焓变是指可逆反应进行到底的热效应，计算时根据方程式列比例计算即可。一进行到底的热效应，计算时根据方程式列比例计算即可。一万吨万吨98%的的H2SO4溶液中含溶液中含H2SO4的质量为的质量为9.8109g，SO3 H2SO4H80 g 98 g 196.6 kJ0.5m(SO3) 9.8109 g Q(3)ABD(4)BC(5)8.0103 t，9.83109 kJ 在硫酸的工在硫酸的工
17、业制法中，下列生制法中，下列生产操作与操作与说明生明生产操作的主要原因二者都正确的是操作的主要原因二者都正确的是()。A硫硫铁矿燃燃烧前要粉碎，因前要粉碎，因为大大块的硫的硫铁矿不能在空气不能在空气 中燃中燃烧B从沸从沸腾炉出来的炉气需炉出来的炉气需净化，因化，因为炉气中炉气中SO2会与会与杂 质反反应CSO2氧化氧化为SO3时需使用催化需使用催化剂，这样可以提高可以提高SO2的的 转化率化率DSO3用用98.3%的的浓H2SO4吸收，目的是防止形成酸吸收，目的是防止形成酸雾， 以便使以便使SO3吸收完全吸收完全【体验体验1】解析解析将硫铁矿粉碎使燃烧速率更快、反应更充分；净将硫铁矿粉碎使燃烧
18、速率更快、反应更充分；净化化SO2的主要目的是防止杂质使催化剂中毒；催化剂只的主要目的是防止杂质使催化剂中毒；催化剂只能提高反应速率，不能提高能提高反应速率，不能提高SO2的转化率。的转化率。答案答案D(1)三三废：废气、气、废液、液、废渣渣(2)三三废处理方法：理方法：尾气吸收尾气吸收法一法一石灰水吸收法石灰水吸收法SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O；CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O。法二法二氨水吸收法氨水吸收法SO22NH3H2O=(NH4)2SO3；(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O。要点二要点二 | 硫酸工业生产过程中三废的处理硫酸工业生产过程
19、中三废的处理污水水处理理利用不同化工生利用不同化工生产过程中程中产生的生的污水所含的水所含的杂质不同，根不同，根据据杂质的性的性质利用不同的化学方法利用不同的化学方法进行行处理。硫酸工理。硫酸工业废水中常含有硫酸，常用石灰乳中和：水中常含有硫酸，常用石灰乳中和：Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O。废渣的利用渣的利用黄黄铁矿的的矿渣的主要成分是渣的主要成分是Fe2O3和和SiO2，可作，可作为制造水制造水泥的原料或用于制泥的原料或用于制砖。含。含铁高的高的矿渣渣经处理后可以理后可以炼铁，有的也可分离后循有的也可分离后循环利用或提利用或提炼贵重的有色金属或将其用重的有色金属或将其用于于铺
20、路。路。下列下列废物物处理方法中正确的是理方法中正确的是 ()。A化学化学实验中中产生的二氧化硫生的二氧化硫废气可用气可用浓硫酸吸收硫酸吸收B化学化学实验中中产生的二氧化氮生的二氧化氮废气可用水吸收气可用水吸收C用黄用黄铁矿作原料生作原料生产硫酸的硫酸的过程中程中产生的生的废渣可用于渣可用于 提取燃料提取燃料D用黄用黄铁矿作原料生作原料生产硫酸的硫酸的过程中程中产生的生的废气可用于气可用于 提取漂白提取漂白剂【例例2】解析解析二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小，二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小，A项错误；项错误；二氧化氮一般用烧碱溶液吸收，发生的反应为：二氧化氮一般用烧碱溶液吸收，发生的反应为：
21、2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O，B项错误；黄铁矿本项错误；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是氧化铁、二氧化硅、氧化铝等，从中提取燃料是不现实的，的，C项错误；硫酸生产厂的废气中含有较高浓度的二氧项错误；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，化硫气体，二氧化硫可用作漂白剂，D项正确。项正确。答案答案D (1)SO2主要来自于硫酸工厂主要来自于硫酸工厂废气和含硫气和含硫矿物的燃物的燃烧。若若用用Na2SO3溶溶液液来来吸吸收收工
22、工厂厂的的SO2尾尾气气，加加热吸吸收收液液可可获得得高高浓度度的的SO2，变废为宝宝。你你能能写写出出主主要要的的化化学学方方程程式式吗？为除除去去燃燃料料中中的的硫硫，可可采采用用如如图脱脱硫硫工工艺。你你能能写写出出主主要的化学方程式要的化学方程式吗？【体验体验2】(2)接接触触法法制制硫硫酸酸过程程中中既既产生生出出废渣渣、又又产生生尾尾气气，这与与绿色工色工业生生产是相悖的。是相悖的。请你写出你写出这些些废渣、尾气的用途。渣、尾气的用途。废渣用途：渣用途：_，尾气用途：尾气用途：_。 讨论主要从三个方面入手：一是主要从三个方面入手：一是环境保境保护与原与原料的料的综合利用；二是能量的
23、充分利用；三是生合利用；二是能量的充分利用；三是生产规模及厂模及厂址的址的选择，特，特别是注意是注意环保与原料、能量的充分利用。保与原料、能量的充分利用。(1)环境保境保护与与综合利用原料合利用原料硫酸工硫酸工业三三废的的处理：理：尾气吸收：石灰水吸收法尾气吸收：石灰水吸收法SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O；CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O【探究过程探究过程】实验探究一实验探究一 硫酸工业综合经济效益硫酸工业综合经济效益污水水处理：硫酸工理：硫酸工业污水中常含有硫酸，常用石灰乳中和：水中常含有硫酸，常用石灰乳中和：Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O废渣的利用：渣的利
24、用：黄黄铁矿矿渣一般可用于制造水泥或制渣一般可用于制造水泥或制砖，含，含铁量高的量高的矿渣可用渣可用于于炼铁。在最在最终产生的三生的三废中，往往中，往往还含有未反含有未反应的反的反应物，物，为了充分了充分利用原料，在收集利用原料，在收集产品品时可将剩余反可将剩余反应物重新并入原料中，使物重新并入原料中，使生生产过程程带有局部循有局部循环的特点，的特点，这是化工生是化工生产工工艺设计中常用中常用的方法。的方法。(2)能量的充分利用能量的充分利用许多化学反多化学反应是放是放热反反应，化工生，化工生产中中应充分利用反充分利用反应热，这对于降低生于降低生产成本具有重要的意成本具有重要的意义：在沸在沸腾
25、炉旁炉旁设置置“废热”锅炉，炉，产生蒸汽来生蒸汽来发电；在催化反；在催化反应室中室中设热交交换装置，利用装置，利用SO2氧化氧化为SO3时放出的放出的热量来量来预热即将参加反即将参加反应的的SO2和和O2，使其达到适宜反，使其达到适宜反应的温度；的温度；生生产中如能充分利用中如能充分利用这些些“废热”，不，不仅不需外界向硫酸厂不需外界向硫酸厂供供应能量，能量，还可由硫酸厂向外界可由硫酸厂向外界输出大量能量。出大量能量。(3)生生产规模和厂址的模和厂址的选择一般要一般要对原料、水源、能源、土地供原料、水源、能源、土地供应、市、市场需求、交通、需求、交通、环境保境保护等因素等因素进行行综合性和系合
26、性和系统性的研究。性的研究。在以下条件下，你在以下条件下，你认为A城市城市该不不该建硫酸厂？建硫酸厂？(1)A城市郊区有丰富的黄城市郊区有丰富的黄铁矿资源、水源、能源充足，交源、水源、能源充足，交通方便。通方便。(2)A城市需使用硫酸的工城市需使用硫酸的工业不多，而离它不多，而离它远的的B城市是一城市是一个消耗硫酸甚多的工个消耗硫酸甚多的工业城市。城市。(3)A城市是一个城市是一个风光秀光秀丽的旅游城市，的旅游城市，对环境保境保护的要求的要求甚高，而且土地价格甚高，而且土地价格较贵，土地供，土地供应紧张。【案例案例】解析解析全面分析三个条件：第一个条件有利于全面分析三个条件：第一个条件有利于A
27、城市建硫城市建硫酸厂；第二个条件从市场需求和运输成本考虑，在酸厂；第二个条件从市场需求和运输成本考虑，在A城市城市建厂不如在建厂不如在B城市建厂合算；第三个条件从根本上否定了城市建厂合算；第三个条件从根本上否定了在在A城市建厂的设想。因为是一个风光秀丽的旅游城市，城市建厂的设想。因为是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，必然会破坏旅游资源，果在该地建污染比较严重的硫酸厂，必然会破坏旅游资源，得不偿失。所以结论是：在得不偿失。所以结论是：在B城市建硫酸厂，再运输少量城市建硫酸厂，再运输少量硫酸到硫酸到A城市供应生产的需要，这样资源配置比较合理。城市供应生产的需要，这样资源配置比较合理。答案答案不不该在在A城市建硫酸厂城市建硫酸厂
