2.3.3 硫酸工业的三废治理学案
学习目标：
1．了解硫酸工业“三废”的处理和利用。
2．通过有关硫酸工业的计算，进一步巩固多步反应的化学原理。
情感目标：
通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。
学习重点难点：硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论。
学习过程：
一、自学探究
1．硫酸工业“三废”的处理和利用：
（1）尾气中的SO2，用 吸收，可得到 肥。反应方程式是 。你认为还可以用 等物质吸收，请写出有关的化学反应方程式。
（2）污水中含有 ，可用 吸收，反应方程式是 。
（3）废渣的利用。
2．硫酸生产过程中的三个反应是 热反应，请你提出充分利用这些热能的方案。
3．如果要筹建一间硫酸厂，你认为应该考虑哪些因素？
4．讨论：学过的化工生产（如钢铁工业、合成氨、硝酸工业、煤和石油化工、氯碱工业等）中，应该如何处理环境和综合经济效益等问题？
二、总结与评价
【总结】
【例题】SO2是引起大气污染的主要有害气体之一，我国大气质量标准中规定大气中SO2的最高浓度限值如下表：
大气中SO2三级标准浓度限值
浓度限值[mg/(m3空气)]
一级标准 二级标准 三级标准
年日平均 0.02 0.06 0.10
日平均 0.05 0.15 0.25
任何一次 0.15 0.50 0.70
注：“年日平均”为任何一年的平均浓度均值不许超过的限值；“日平均”为任何一日的平均浓度不许超过的限值；“任何一次”为任何一次采样测定不许超过的浓度限值。
（1）据报道，1952年2月，某城市雾大无风，家庭和工厂排出的烟雾经久不散，大气中SO2的含量高达3.8mg/（m3空气） ，烟尘达4.5mg/（m3空气），居民健康普遍受到危害，4天之内死亡人数约4000，流经该城市的主要河道也因此而受到污染，引起鱼类死亡。大气中的SO2将直接危害陆生高等植物的____组织，大气中SO2超标最容易影响人的_______系统而患疾病，而河流中鱼类死亡与SO2造成大气污染所形成______有关。
（2）某空气污染监测仪是根据SO2和Br2水的定量反应来测定空气中的SO2含量的。反应的溴来自一个装有酸性（稀硫酸）的KBr溶液的电解池阳极的氧化反应，电解池的阳极室与阴极室是隔开的。当测量某地区空气中SO2的含量时，一天中作了三次取样监测，每次取样的空气（已除尘）都以1.5×10-4m3.min-1的流速进入电解池的阳极室，从电流计显示出每次的电流强度分别为8.56×10-6A、9.25×10-6A 、8.12×10-6A，每次都能够保持电解池中Br2浓度恒定并恰好与二氧化硫完全反应（设空气中不含与溴反应的其它杂质、1个电子电量为1.6×10-19C）。
写出此监测过程中发生反应的化学方程式。计算该地区空气中二氧化硫的含量有没有达到大气质量标准？
（3）当大气中SO2污染较严重时，目前有一种降低其危害的方法是用直升飞机喷撒白垩粉，其化学方程式为___________________。
（4）某火力发电厂所在地有较丰富的碳酸钙矿和菱镁矿，若该发电厂以含硫重油作燃料，请就地取材提出三种化学反应原理与（3）不同的“脱硫”方法（用化学方程式表示，）：
第一种______________；第二种______________； 第三种______________。
（5）某10 6 kW火力发电厂以重油为燃料。以含硫3.5%的重油为燃料，重油使用量为0.18 dm3.kW-1.h-1（重油的密度为0.95g.cm3）。该厂开工率（每年实际运转天数）为80%，对烟道气的脱硫效率为90%。问一年间对烟道气脱硫回收的SO2能生成多少吨石膏（CaSO4·2H2O）？
[分析讲解]（1）从化学、生物学科中学过有关的基础知识，很容易答出SO2易破坏植物的叶组织，SO2最易影响人的呼吸系统，SO2污染大气后形成酸雨严重时会使湖泊、河流中鱼类等死亡。
（2）根据电解原理可写出电解KBr溶液的化学方程式为
2KBr+2H2O2KOH+H2↑+Br2
再根据SO2的性质可写出SO2跟Br2水反应的化学方程式：
Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr
当I=8.56×10-6A时
n(e)= (8.56×10-6)/(1.6×10-19×6.02×1023)=8.89×10-11(mol)
根据反应的化学式可得出，当电极上有2mol电子通过时就有1molSO2参加反应，所以大气中SO2的含量为：
（8.89×10-11×60×64×103）/（1.5×10-4×2）=0.576[mg/(m3空气)]
依次可算得当I= 9.25×10-6A 时，大气中SO2的含量为0.608 [mg/(m3空气)]；当I= 8.12×10-6A时，大气中SO2含量为0.554[mg/(m3空气)]。
对照标准，虽每次取样的测试结果没有超过0.70[mg/(m3空气)],但日平均值没有达标，所以从SO2含量角度看被监测地区的大气没有达到大气质量标准。
（3）联系碳酸和亚硫酸的酸性强弱及亚硫酸盐的还原性就可写出有关的化学方程式：
2SO2+2CaCO3+O2=2CaSO4+2CO2
（4）用煅烧石灰石制得生石灰，再制成石灰桨，用石灰桨浊液来吸收SO2
2Ca(OH)2+2SO2+O2=2CaSO4+2H2O
煅烧菱镁矿，制氧化镁，用氧化镁浊液来吸收SO2：
2Mg(OH)2+2SO2+O2=2MgSO4+2H2O
用氢氧化钠溶液来吸收，再用石灰使氢氧化钠再生，氢氧化钠溶液可循环使用，消耗掉的是石灰：2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O， Na2SO3+Ca(OH)2=CaSO3↓+2NaOH。
（5）每1molS从理论上可生成1mol CaSO4.2H2O ,设可制得xt即：
S CaSO4·2H2O
32（t） 172(t)
360×24×80%×106×0.18×0.95×103×10-6×3.5% ×90% (t) x (t)
得x =2.0×105（t）
可制得2.0×105吨CaSO4·2H2O。
【练习】
1．目前我国许多城市和地区定期公布空气质量报告，在空气质量报告中，一般不涉及（ ）。
A．SO2 B．NO2 C．CO2 D．可吸入颗粒物
2．下列说法中不正确的是（ ）。
A．硫酸工业的尾气必须回收、净化处理，主要为了充分利用原料
B．“酸雨”中主要含有硫的氧化物以及所形成的硫酸及硫酸盐
C．大气中，大量的SO2来源于煤和石油燃烧、金属矿石的冶炼
D．消除大气污染的主要方法之一是减少污染物的排放
3．以下烟气经净化处理后，可用做气体燃料的有（ ）。
①硫酸工业尾气 ②硝酸工业尾气 ③高炉煤气 ④焦炉煤气 ⑤炼钢过程中产生的棕色烟气 ⑥煅烧石灰石的气体产物
A．①②④ B．①③⑤ C．③④⑤ D．④⑤⑥
4．为防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合使用。请写出燃烧时，有关“固硫”（不使含硫化合物进入大气）反应的化学方程式： 。
5．煤是重要的化工原料，用煤做燃料，不仅是极大的浪费，而且燃烧时生成的SO2排放到空气会形成酸雨污染环境。若煤中含有5%的FeS2，燃烧时有90%的硫的化合物转化为SO2。我国计划从2001年至2005年，将SO2的排放量从1995万吨降为1800万吨，意味着2005年比2001年应少燃烧这种煤多少万吨？若以形成硫酸酸雨计算，2005年雨水中减少排放硫酸多少万吨？
针对性练习：
1．“绿色化学”（Green Chemistry）的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径。下列各项属于“绿色化学”的是（ ）
A．处理废弃物 B．治理污染点 C．减少有毒物质 D．杜绝污染源
2．大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染分一次污染物和二次污染物。二次污染物在物理、化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中的其它物质发生反应，生成新的污染物。如2NO + O2=2NO2，则NO2 就是二次污染物，由NO2导致的污染就是NO的二次污染。下列物质①SO2 ②NO ③NO2 ④HCl ⑤CO2不易导致二次污染的是（ ）。
A．①②③④⑤ B．①③⑤ C．④⑤ D．只有④
3．对于可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，ΔH= -98.3kJ/mol。下列说法中正确的是
（ ）。
A．达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等
B．达到平衡时，反应物和生成物的物质的量保持不变
C．加入催化剂，可以提高SO2的转化率
D．升高温度，可以提高SO2的转化率
4．在容积相等的甲乙两个密闭容器中，分别都充入2mol SO2和1mol O2，使它们在相同温度下发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)。设在反应过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，达到平衡后，如甲容器中SO2的转化率为25%，则乙容器中SO2的转化率应当是（ ）。
A．25% B．< 25% C．>25% D．无法判断
5．接触法制硫酸生产过程中，假如进入接触室的原料气为100m3，反应后体积减少为92m3，已知原料气中SO2、O2、N2的体积比为20:15:65，则SO2的转化率为（ ）。
A．90% B．80% C．70% D．60%
6．在一定条件下，某密闭容器发生如下反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ， H= -98.3kJ/mol，反应达到平衡后SO2、O2、SO3的物质的量之比为3:2:5，保持其它条件不变，升温后重新达到平衡，SO3、O2的物质的量分别为2α mol和α mol，则此时容器内SO2的物质的量应为（ ）。
A． mol B． mol C． mol D． mol
7．硫酸工业常用 收SO3，是为了避免 ；在生产过程中为了提高原料的利用率，常用 、 。
8．冶金工业上为降低硫的氧化物对空气的污染，常用CO在500℃、铝矾土催化下还原SO2，处理烟道废弃回收硫，写出该反应的化学方程式 。
9．以下可逆反应中，达到平衡后，通过升高温度可提高反应物转化率的是 ；通过增大压强可提高反应物转化率的是 ；改变压强，转化率不变的是 。
①A(s)+B(g) C(g)， ΔH < 0；
②N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)， ΔH < 0；
③2NO2(g) 2NO(g) +O2(g)，ΔH > 0；
④2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，ΔH < 0。
⑤CO(g)+NO2(g) CO2(g) +NO(g)，ΔH < 0；
10．以黄铁矿为原料，用接触法制硫酸。黄铁矿煅烧时FeS2的利用率为90%，SO2的转化率为95%，SO3吸收为H2SO4时的损耗率为2%，。现有含70% FeS2的黄铁矿1 t，可生产98%的硫酸多少t
11．某化工厂硫酸车间，为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后混合气体中含氧气的体积分数为11%。若空气中氧气的体积分数为21%，且不考虑各生产阶段的物料损失。问该厂生产100 t 98%的硫酸需要消耗标准状况下空气多少m3。
参考答案
练习答案：
1．B 2．A 3．C
4．2CaO+2SO2+O2 =CaSO4
5．4062.5万吨，298.6万吨。
针对性练习答案：
1．D 2．C 3．B 4．C 5．B 6．B。
7．98.3%的浓H2SO4，形成酸雾，阻碍SO3的吸收，粉碎的黄铁矿、过量的空气。
8．2CO+SO22CO2 +S
9．③，②④，①⑤。
10．0.978 t
11．224000 m3。2.4.1 从海水中提取镁学案
学习目标：
1．了解镁的提取及物理性质，掌握镁的原子结构和化学性质。
2．通过交流与讨论，理解海水提镁的原理与过程，了解化学实验与化工生产的区别。通过实验探究培养学生观察能力、分析问题和解决问题的能力。
情感目标：
认识开发利用海水这一巨大资源的重大意义。
对于如何提高化工生产的经济效益有一个常识性的认识。
学习重点难点：提取镁的化学原理；镁的化学性质。
学习工具：镁条、砂纸、坩埚钳、酒精灯、试管、装满二氧化碳的集气瓶、稀硫酸等。
学习过程：
[多媒体展示]镁在高科技领域以及工业生产中的应用；海洋元素含量资料，引出本节课的课题
[板书]一、镁的提取
[讲述]镁主要以化合态的形式存在于地壳和海水(MgCl2)中。海水中镁的总储量约为1.8×1015t
[交流与讨论]
１、如何实现Mg2+ 的富集和分离？
[讲述]可以加入一种试剂使Mg2+ 沉淀
２、是不是直接往海水中加沉淀剂？
[讲述]不是，因为海水中的Mg2+ 的浓度很小，直接加沉淀剂不利于Mg2+ 的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂
３、从综合角度考虑选用哪种试剂作沉淀剂好？为什么？
[讲述]因为海边有丰富的贝壳，可用来制得Ca(OH)2 ，从原料来源以及经济等综合角度考虑选用Ca(OH)2试剂作沉淀剂好
思考：如何由贝壳制得氢氧化钙？
[讲述]贝壳(CaCO3)→CaO→Ca(OH)2
[交流与讨论]
1、如何制得无水MgCl2 ？
[讲述]先加盐酸反应，再浓缩得MgCl2 6H2O晶体，然后再将MgCl2 6H2O晶体在一定条件下加热脱水即可得无水MgCl2
2、由MgCl2 到Mg究竟用还原法还是电解法好？
[讲述]由于镁本身比较活泼，用还原法比较困难，工业上常使用电解熔融的氯化镁得到镁
[投影]教材P55图2-15从海水中提取镁的流程
[思考]电解产生的Cl2怎么处理？
[讲述]可以循环利用，这样既可以节约资源又可以减轻Cl2任意排放对环境造成的污染。
[练习]根据讨论，在下列方框中填入合适的物质的化学式完成工业上用海水提镁的工艺流程，并写出a、b、c三个步骤的化学方程式：
过滤 加盐酸 脱水 电解
海水 母液 b MgCl2溶液
a 浓缩 c
煅烧
贝壳 石灰乳
a ；
b ；
c 。
[过渡]镁是我们熟悉的金属，在高科技领域以及工业生产中有重要的作用，那么镁具有哪些性质呢？
[学生活动]书写Mg的原子结构
[讲述] Mg原子的最外层只有两个电子，很容易失去，结构决定性质，我们可以预测Mg是一种活泼的金属。
[板书]二、镁的化学性质
1、[演示实验]
探究一：取一小段除去氧化膜的镁条投入盛有一定量稀盐酸的试管中；
现象：镁条逐渐溶解，有大量气体产生
结论或化学方程式：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
2、[演示实验]
探究二：取一根除去氧化膜的镁条，点燃后插入充满CO2的集气瓶中。
现象：燃着的镁条在CO2中继续燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着
结论或化学方程式：2Mg + CO2=2MgO+C
3、[讲述]镁条在氮气中燃烧
点燃
反应的化学方程式：3 Mg +N2＝ Mg3N2
[学生活动]观察触摸一根擦亮的镁条并结合生活实际及课本知识，总结镁的物理性质。
[板书]三、镁的物理性质
镁银白色金属光泽，密度小，硬度小，镁合金的硬度和强度较大 。
[讲述]镁的用途1、制合金
2、信号弹、焰火
3、制耐火材料（MgO）熔点高
[小结]海水提镁的流程及镁的化学性质。
[拓展视野]
镁的应用：
镁合金可用于汽车发动机、车身、车轮、驾驶盘及盘轴、座椅架、仪表盘、变速箱以及变速凸轮等部件的制造。典型镁合金部件的重量仅为相同体积的铝合金的64%，铁的23%。而每减轻100kg的重量、燃料消耗就可以降低5%，这对于节约能源、降低排放具有重大意义。
镁在航空航天和军事上的应用更加广泛，用它可以设计制造飞行器机身和构件、火箭、导弹、卫星和探测器等。太空飞船和卫星部件使用镁合金后能适应太空运行的特殊环境。
在通读设备调研中，镁合金可以部分取代工程塑料，用于电视机、数字投影仪、播放器、电话机、像机、计算机部件及小型碟片的设计制造等。
[板书设计]
镁的提取及应用
一、镁的提取
1、MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2
2、Mg(OH)2+2HCl= MgCl2+2H2O
3、MgCl2== Mg+ Cl2↑
二、镁的化学性质
1、Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
2、2Mg + CO2=2MgO+C
3、3 Mg +N2＝ Mg3N2
三、镁的物理性质
[巩固练习]：
1、海水中含的MgCl2是Mg的重要来源之一,从海水中提镁，可按如下步骤进行：
（1） 将贝壳制成石灰乳
（2） 在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉淀物
（3） 将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物
（4） 将产物熔融后电解
关于提取镁，下列说法中不正确的是（ ）
A、 此法的优点之一是原料来源丰富
B、 进行（1）、（2）、（3）步的目的是从海水中提取MgCl2
C、 第四步会产生氯气
D、 以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应
2.将镁在SO2中燃烧后，生成的物质可能有
方程式为 。
（SO2与CO2性质类似，S与氧气的性质类似）
3.将2.4g镁在空气中燃烧，反应转移的电子数为_____________。专题2 从自然资源到化学品
第三单元 硫酸工业
第四单元 镁和铝的冶炼
