1.1化工生产过程中的基本问题 课件 (4)
文档属性
| 名称 | 1.1化工生产过程中的基本问题 课件 (4) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 573.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2016-07-11 22:15:37 | ||
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文档简介
课件27张PPT。走进化学工业 《高中化学》
选 修 21.1《化学生产过程中 的基本问题》教学目标 知识与能力
1．以硫酸工业为例了解化工生产中的基本问题；
2．通过分析和讨论交流等途径认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强创新意识。
教学重点：如何利用化学原理解决化工生产过程的相关问题。
教学难点：
1．如何利用化学原理解决化工生产过程的相关问题。
2．如何从环保角度和经济角度思考化工生产的问题，真正做到化工生产与人、环境的和谐。
探究建议：参观化工厂或观看有关的影像资料片，考察企业的选址情况，收集产品的生产原理、原料利用率、能耗、投资和成本核算等资料，撰写考察报告。
课时划分：一课时 一个生产工艺的实现，涉及许多问题，如化学反应
原理、原料选择、能源消耗、设备结构、工艺流程、
环境保护，以及综合经济效益等。 化工生产是以化学反应原理为依据，以实验研究为基础的。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。下面我们以硫酸工业为例，了解化工生产中
的一些基本问题。硫酸的性质(1)物理性质:硫酸是一种无色,难挥发,易溶于水的油状液体。
浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此,稀释硫酸时应该把______倒入______中,并_____.
(2)化学性质:
硫酸具有酸性,浓硫酸具有______性,______性和______性等三大特性.浓硫酸水不断搅拌吸水脱水强氧化硫酸的消耗量是衡量一个国家工业发达水平的一种标志(1)自然界中有没有天然的硫酸?(2)工业上如何制取硫酸?思考: (一)硫酸工业生产的原理思考:1,自然界中存在的含硫的物质有哪些?2.这些物质要经过哪些中间产物才能变成硫酸?请写出有关的化学方程式!一、依据化学反应原理确定生产过程硫酸生产反应式(一)硫酸工业生产的原理第一步：第二步：第三步：以硫黄为原料:(造气)(催化氧化)(吸收)因此:工业上制硫酸主要分 _________个生产过程.一、依据化学反应原理确定生产过程硫酸生产反应式第一步：以黄铁矿FeS2为原料因此:硫酸生产中的三种原料:硫黄(或黄铁矿)、空气、和水第二步：第三步：(一)硫酸工业生产的原理 思考:
是用硫黄还是用黄铁矿(主要成分FeS2)作为原料生产硫酸?(造气)(催化氧化)(吸收)一、依据化学反应原理确定生产过程 在工业生产中，原料的选择除依据化学反应原理外，还有许多因素要考虑，如厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、运输、预处理成本及环境保护等。
生产中原料的选择硫酸生产反应式(二)硫酸工业原料的选择第一步：思考:
是用黄铁矿(主要成分FeS2)还是用硫磺作为原料生产硫酸?生产中的三种原料:黄铁矿、空气、和水第二步：第三步：以黄铁矿（FeS2）为原料以硫黄（S）为原料第一步：第二步与第三步与上面完全相同。生产中的三种原料:硫黄、空气、和水。从原料的来源、含量、生产中对环境的影响等因素综合考虑: 早期黄铁矿储量比较大，虽然由它制硫酸产生的废弃物多，处理成本高，但那时对环境保护不够重视，且天然硫黄矿资源缺乏，又难以从国外购进，所以用黄铁矿来制硫酸。从目前的状况来看，很多国家都已限制以黄铁矿为原料制硫酸。目前，世界大多数国家生产硫酸主要以硫黄为原料，所用的硫黄主要来源于天然硫黄矿及从天然气、石油中回收的硫黄，来源不再单一。现一般不用黄铁矿而是用硫黄来生产硫酸了二、生产中原料的选择硫酸生产反应式想一想:从生产硫酸的原理看,硫酸厂中的生
产设备最少应分几部分?工业中通常用98.3%的硫酸溶液代替水来吸收SO3(三)硫酸工业生产的三个主要设备阅读P6表1-1,思考温度较____时,越有利于SO2转化为SO3?注意:工业生产中反应温度的选择除了考虑转化率，
往往还要考虑反应速度及该温度下催化剂的活性.思考:是否温度越低越有利于SO2 转化为SO3 ?硫酸工业生产的三个适宜条件: 低应选择温度:(1)低温(400~5000C)
三、生产中反应条件的控制表1-1，不同温度下SO2的平衡转化率阅读P6表1-2,思考压强的增大,SO2的转化率_____越高注意:工业生产中压强的选择除了考虑转化率，往往还要考虑成本
和能量消耗（即材料的强度、设备的制造、动力的提供）等问题思考:是否压强越高越好 ?硫酸工业生产的三个适宜条件: 应选择压强:(2)常压三、生产中反应条件的控制表1-2，不同压强下SO2的平衡转化率(1)低温(400~5000C)
(2)常压
(3)适当过量的空气
⑷合适催化剂（V2O5）
硫酸工业生产的三个适宜条件: 三、生产中反应条件的控制 近年来，环境保护条件提升到首先要考虑的因素。
所以，预处理及生产过程中产生的废气、废液、废渣
情况及处理成本，往往成为是否采用该工艺的决定性
因素。
三废（废气、废液、废渣）处理或消灭于生产过程
中，是近年来化工技术发展的方向之一。除在设计工
艺与选择原料时应优先考虑环境保护因素处，创造性
地使废料变为生产原料，实现废弃物的零排放应当是
绿色化学技术的目标之一，化学将对这一目标的实现
提供最有力的支持，并且近年来已在某些化工生产中
得以实现。
1、如何处理尾气中的SO2?2、,如何处理废水中的酸性物质?3,如何利用废渣和生产过程中的产生的
大量热能?工业：实验室：ＳＯ２＋２ＮaＯＨ＝Ｎa２ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ用石灰乳(Ca(OH)2或石灰石粉中和.废渣:分离后循环利用,剩下的作铺路用或用于制砖四、生产中的三废处理五、能量的充分利用硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能(工厂里把它们叫做“废热”)以降低生产成本。在沸腾炉旁设置“废热”锅炉，产生蒸汽来发电；在接触室中设热交换装置。据测算，生产1t硫酸约需消耗100kW·h的电能，而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相当于200kW·h的电能。例1、在接触法制硫酸的工业生产中，下列生产操作与说明这些操作的主要原因都正确的是（）
A、黄铁矿煅烧前需要粉碎，因为大块黄铁矿不能燃烧
B、从沸腾炉出来的炉气需要净化，这样可以提高产品的纯度。
C、SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可以提高反应速率和SO2的转化率。
D、用质量分数为98.3%的浓硫酸吸收SO3，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全。D例2、石膏也可用于工业生产二氧化硫，进而生产硫酸。天然石膏的化学式为CaSO4·2H2O.将天然石膏脱水后，第2步化学反应就可以制得二氧化硫。
1）写出第1步反应的化学方程式 。
2) 在第二步化学反应中，下列原料可以使用的是（用序号填空） 。
写出有关的化学方程式 。 ①空气 ②氧气 ③硫酸 ④焦炭
3）在第2步化学反应中，可能排出空气的气态污染物是 。它们的主要危害是 。④SO2、COSO2形成酸雨，CO能使人中毒D 例4.接触法生产H2SO4的过程中，对废气、废水、废渣、废热的处理正确的是（ ）
①尾气用氨水处理
②污水用石灰乳处理
③废渣用来造水泥、炼铁
④设置废热锅炉产生蒸气供热或发电。
A ① ② B ① ③ ④
C ① ② ③ D ① ② ③ ④ D化工生产过程(1)确定化学反应原理
(2)选择原料
(3)选择设备和工艺流程
(4)三废处理(环境保护)
(5)能源的利用(综合经济利益)
(6)其它问题(如厂址，成本，反应条件等问题）小结:(本节课重点)1,工业上接触法制硫酸概括为“四个三” :
三种原料:
三个反应:
三个生产过程:
三个主要设备:
硫酸工业生产的四个适宜条件:
2,硫酸生产中的废气及废液的处理方法.硫黄(或黄铁矿),空气,和水
造气,催化氧化,吸收沸 腾 炉,接 触 室,吸收塔(1)低温(400~5000C)
(2)常压
(3)适当过量的空气
⑷合适催化剂（V2O5） 绿色化学又称“环境化学”：“环境友好化学”“清洁化学”，绿色化学是近十年来才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。绿色化学的最大的特点是在始端采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。 世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一
绿色化学的核心内容之一是“原子经济，即充分利用反应物中的各个原子， 因而既能充分利用资源，又能防止污染。用原子利用率衡量反应的原子经济性，为高效的有机合成反应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中，达到零的排放。绿色有机合成应该是原子经济的。
绿色化学的核心内容之二，其内涵主要体现在五个“R”上，
第一是Reducrion----“减量”，即减少“三废”排放；
第二是----Reuse“重复使用”，诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，这是降低成 本和减废的需要。
第三是----Recycling“回收”，可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求；
第四是----Regeneration“再生”，即变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径；
第五是----Rejection“拒用”，指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的，有毒副作用污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用，这是杜绝污染的最根本方法。知识之窗
选 修 21.1《化学生产过程中 的基本问题》教学目标 知识与能力
1．以硫酸工业为例了解化工生产中的基本问题；
2．通过分析和讨论交流等途径认识实际化工生产技术问题的复杂性，增强创新意识。
教学重点：如何利用化学原理解决化工生产过程的相关问题。
教学难点：
1．如何利用化学原理解决化工生产过程的相关问题。
2．如何从环保角度和经济角度思考化工生产的问题，真正做到化工生产与人、环境的和谐。
探究建议：参观化工厂或观看有关的影像资料片，考察企业的选址情况，收集产品的生产原理、原料利用率、能耗、投资和成本核算等资料，撰写考察报告。
课时划分：一课时 一个生产工艺的实现，涉及许多问题，如化学反应
原理、原料选择、能源消耗、设备结构、工艺流程、
环境保护，以及综合经济效益等。 化工生产是以化学反应原理为依据，以实验研究为基础的。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。下面我们以硫酸工业为例，了解化工生产中
的一些基本问题。硫酸的性质(1)物理性质:硫酸是一种无色,难挥发,易溶于水的油状液体。
浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此,稀释硫酸时应该把______倒入______中,并_____.
(2)化学性质:
硫酸具有酸性,浓硫酸具有______性,______性和______性等三大特性.浓硫酸水不断搅拌吸水脱水强氧化硫酸的消耗量是衡量一个国家工业发达水平的一种标志(1)自然界中有没有天然的硫酸?(2)工业上如何制取硫酸?思考: (一)硫酸工业生产的原理思考:1,自然界中存在的含硫的物质有哪些?2.这些物质要经过哪些中间产物才能变成硫酸?请写出有关的化学方程式!一、依据化学反应原理确定生产过程硫酸生产反应式(一)硫酸工业生产的原理第一步：第二步：第三步：以硫黄为原料:(造气)(催化氧化)(吸收)因此:工业上制硫酸主要分 _________个生产过程.一、依据化学反应原理确定生产过程硫酸生产反应式第一步：以黄铁矿FeS2为原料因此:硫酸生产中的三种原料:硫黄(或黄铁矿)、空气、和水第二步：第三步：(一)硫酸工业生产的原理 思考:
是用硫黄还是用黄铁矿(主要成分FeS2)作为原料生产硫酸?(造气)(催化氧化)(吸收)一、依据化学反应原理确定生产过程 在工业生产中，原料的选择除依据化学反应原理外，还有许多因素要考虑，如厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、运输、预处理成本及环境保护等。
生产中原料的选择硫酸生产反应式(二)硫酸工业原料的选择第一步：思考:
是用黄铁矿(主要成分FeS2)还是用硫磺作为原料生产硫酸?生产中的三种原料:黄铁矿、空气、和水第二步：第三步：以黄铁矿（FeS2）为原料以硫黄（S）为原料第一步：第二步与第三步与上面完全相同。生产中的三种原料:硫黄、空气、和水。从原料的来源、含量、生产中对环境的影响等因素综合考虑: 早期黄铁矿储量比较大，虽然由它制硫酸产生的废弃物多，处理成本高，但那时对环境保护不够重视，且天然硫黄矿资源缺乏，又难以从国外购进，所以用黄铁矿来制硫酸。从目前的状况来看，很多国家都已限制以黄铁矿为原料制硫酸。目前，世界大多数国家生产硫酸主要以硫黄为原料，所用的硫黄主要来源于天然硫黄矿及从天然气、石油中回收的硫黄，来源不再单一。现一般不用黄铁矿而是用硫黄来生产硫酸了二、生产中原料的选择硫酸生产反应式想一想:从生产硫酸的原理看,硫酸厂中的生
产设备最少应分几部分?工业中通常用98.3%的硫酸溶液代替水来吸收SO3(三)硫酸工业生产的三个主要设备阅读P6表1-1,思考温度较____时,越有利于SO2转化为SO3?注意:工业生产中反应温度的选择除了考虑转化率，
往往还要考虑反应速度及该温度下催化剂的活性.思考:是否温度越低越有利于SO2 转化为SO3 ?硫酸工业生产的三个适宜条件: 低应选择温度:(1)低温(400~5000C)
三、生产中反应条件的控制表1-1，不同温度下SO2的平衡转化率阅读P6表1-2,思考压强的增大,SO2的转化率_____越高注意:工业生产中压强的选择除了考虑转化率，往往还要考虑成本
和能量消耗（即材料的强度、设备的制造、动力的提供）等问题思考:是否压强越高越好 ?硫酸工业生产的三个适宜条件: 应选择压强:(2)常压三、生产中反应条件的控制表1-2，不同压强下SO2的平衡转化率(1)低温(400~5000C)
(2)常压
(3)适当过量的空气
⑷合适催化剂（V2O5）
硫酸工业生产的三个适宜条件: 三、生产中反应条件的控制 近年来，环境保护条件提升到首先要考虑的因素。
所以，预处理及生产过程中产生的废气、废液、废渣
情况及处理成本，往往成为是否采用该工艺的决定性
因素。
三废（废气、废液、废渣）处理或消灭于生产过程
中，是近年来化工技术发展的方向之一。除在设计工
艺与选择原料时应优先考虑环境保护因素处，创造性
地使废料变为生产原料，实现废弃物的零排放应当是
绿色化学技术的目标之一，化学将对这一目标的实现
提供最有力的支持，并且近年来已在某些化工生产中
得以实现。
1、如何处理尾气中的SO2?2、,如何处理废水中的酸性物质?3,如何利用废渣和生产过程中的产生的
大量热能?工业：实验室：ＳＯ２＋２ＮaＯＨ＝Ｎa２ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ用石灰乳(Ca(OH)2或石灰石粉中和.废渣:分离后循环利用,剩下的作铺路用或用于制砖四、生产中的三废处理五、能量的充分利用硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能(工厂里把它们叫做“废热”)以降低生产成本。在沸腾炉旁设置“废热”锅炉，产生蒸汽来发电；在接触室中设热交换装置。据测算，生产1t硫酸约需消耗100kW·h的电能，而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相当于200kW·h的电能。例1、在接触法制硫酸的工业生产中，下列生产操作与说明这些操作的主要原因都正确的是（）
A、黄铁矿煅烧前需要粉碎，因为大块黄铁矿不能燃烧
B、从沸腾炉出来的炉气需要净化，这样可以提高产品的纯度。
C、SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可以提高反应速率和SO2的转化率。
D、用质量分数为98.3%的浓硫酸吸收SO3，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全。D例2、石膏也可用于工业生产二氧化硫，进而生产硫酸。天然石膏的化学式为CaSO4·2H2O.将天然石膏脱水后，第2步化学反应就可以制得二氧化硫。
1）写出第1步反应的化学方程式 。
2) 在第二步化学反应中，下列原料可以使用的是（用序号填空） 。
写出有关的化学方程式 。 ①空气 ②氧气 ③硫酸 ④焦炭
3）在第2步化学反应中，可能排出空气的气态污染物是 。它们的主要危害是 。④SO2、COSO2形成酸雨，CO能使人中毒D 例4.接触法生产H2SO4的过程中，对废气、废水、废渣、废热的处理正确的是（ ）
①尾气用氨水处理
②污水用石灰乳处理
③废渣用来造水泥、炼铁
④设置废热锅炉产生蒸气供热或发电。
A ① ② B ① ③ ④
C ① ② ③ D ① ② ③ ④ D化工生产过程(1)确定化学反应原理
(2)选择原料
(3)选择设备和工艺流程
(4)三废处理(环境保护)
(5)能源的利用(综合经济利益)
(6)其它问题(如厂址，成本，反应条件等问题）小结:(本节课重点)1,工业上接触法制硫酸概括为“四个三” :
三种原料:
三个反应:
三个生产过程:
三个主要设备:
硫酸工业生产的四个适宜条件:
2,硫酸生产中的废气及废液的处理方法.硫黄(或黄铁矿),空气,和水
造气,催化氧化,吸收沸 腾 炉,接 触 室,吸收塔(1)低温(400~5000C)
(2)常压
(3)适当过量的空气
⑷合适催化剂（V2O5） 绿色化学又称“环境化学”：“环境友好化学”“清洁化学”，绿色化学是近十年来才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。绿色化学的最大的特点是在始端采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。 世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一
绿色化学的核心内容之一是“原子经济，即充分利用反应物中的各个原子， 因而既能充分利用资源，又能防止污染。用原子利用率衡量反应的原子经济性，为高效的有机合成反应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中，达到零的排放。绿色有机合成应该是原子经济的。
绿色化学的核心内容之二，其内涵主要体现在五个“R”上，
第一是Reducrion----“减量”，即减少“三废”排放；
第二是----Reuse“重复使用”，诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，这是降低成 本和减废的需要。
第三是----Recycling“回收”，可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求；
第四是----Regeneration“再生”，即变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径；
第五是----Rejection“拒用”，指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的，有毒副作用污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用，这是杜绝污染的最根本方法。知识之窗