(共11张PPT)
（人教选修２）
山东省 张艳红
硫酸有哪些用途？
硫酸是化学工业中的重要产品之一。首先硫酸大量用于化肥和农药的生产，如每生产1吨的过磷酸钙要消耗360公斤硫酸，化肥生产消耗占硫酸产量的50%以上；在有机合成工业中，硫酸用于各种磺化反应和硝化反应，生产醚、酯、有机酸、也要消耗硫酸；在无机化学工业中，HF、H3PO4等的生产及K、Fe、Cu、Zn、Al的硫酸盐的生产等，都要消耗硫酸；在冶金工业及国防工业中，如生产炸药；石油工业、染料、人造纤维、食品、电池、搪瓷、医药、机械加工工业等许多部门，都要用到硫酸。既然需要这么多硫酸，那么怎样制取呢？
１、造气
4FeS2(S) +11 O2 (g)＝ 2Fe2O3 (s)+8SO2(g)
或S（S）＋O2（g）＝SO2（g）
２、催化氧化
2SO2(g) + O2 (g)= 2SO3(g)
３、吸收
SO3 (g) + H2O(l) = H2SO4(l)
沸腾炉
接触室
青山绿水
水污染
土壤污染
再 见
中山大学
气
造气|SO
化反应室
净化,干燥
400~500
吸收塔发烟硫酸稀释室
贮荐
压,偃化剂
硫酸工业流程
化工生产过程中的基本问题
思考讨论了
复合肥料
硫酸钾型
总养分≥40%
21-6-13
净含量:(0±015
0308113B537C04
原产国·挪威
生产商:摞威海德鲁公司
通回
总结】
总结]工业制硫酸的反应原理
工业制硫酸王要生产流程
接触法制硫酸的主要设备剖面
接触法制硫酸的简单工业流程
矿
SO3
HSO
弗虅炉
接触麾
吸收塔
硫酸厂实际生产设备风
优美的大自然
盛
被污杀的大旬然新人教第一单元课题1 化工生产过程中的基本问题 教案
教学目标：1.了解生产硫酸的基本流程
2.了解生产中原料的选择
3. 了解化学科学实验与化工生产的区别。
4.注意生产中的三废处理，防止环境污染
教学过程：
[共同复习硫酸的用途.引入第一个大问题。]
一、依据化学反应原理确定生产过程
【师】硫酸是化学工业中的重要产品之一。首先硫酸大量用于化肥和农药的生产；在有机合成工业中，硫酸用于各种磺化反应和硝化反应，生产醚、酯、有机酸、也要消耗硫酸；在无机化学工业中，HF、H3PO4等的生产及K、Fe、Cu、Zn、Al的硫酸盐的生产等，都要消耗硫酸；在冶金工业及国防工业中，如生产炸药；石油工业、染料、人造纤维、食品、电池、搪瓷、医药、机械加工工业等许多部门，都要用到硫酸。既然需要这么多硫酸，那么怎样制取呢？
【师、生】1、应结合硫酸的组成和性质，来确定原料和生产路线。经分析可知，生产硫酸主要化学过程可分为二氧化硫的生成和二氧化硫转化为三氧化硫两个主要阶段。
2、其具体生产原理为
造气：4FeS2(S) +11 O2 (g) 2Fe2O3 (s)+ 8SO2(g) 或S（S）＋O2（g）SO2（g）
二氧化硫的催化氧化：2SO2(g) + O2 (g) 2SO3(g)
三氧化硫的吸收：SO3 (g) + H2O() = H2SO4()
注意：工业上是用98.3%的浓硫酸来吸收SO3的，而不是直接用水或稀硫酸作吸收剂，原因是用后者吸收时容易形成酸雾，吸收速率慢。
3、工业制硫酸主要生产流程
参看P5图1-2 ，造气→净化、干燥→催化反应室→吸收塔→稀释室→贮存室
另外，还需要考虑原料的净化、适宜反应条件及设备的选择、废热的利用等。
二、生产中原料的选择
1、我国生产硫酸需考虑的问题
（1）从基建投资、加工费用及环保方面考虑，用硫磺制硫酸优于用黄铁矿制硫酸。
（2）我国天然硫资源缺乏，而且开采条件比较复杂。
（3）我国黄铁矿储量比天然硫要大。
（4）硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短、设备简单、三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化。
（5）由于原料多需进口，硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸略高等等方面。
2、以FeS2为原料
第一步4FeS2(S) +11 O2 (g) 2Fe2O3 (s)+ 8SO2(g)
第二步2SO2(g) + O2 (g) 2SO3(g)
第三步SO3 (g) + H2O() = H2SO4()
3、
以硫磺为原料:
第一步S（S）＋O2（g）SO2（g）
第二步2 SO2（g）＋O2（g）2 SO3（g）
第三步SO3（g）＋H2O（）= H2 SO4（）
硫和黄铁矿相比，因后者产生的废弃物太多，处理成本太高，因此，目前硫酸生产中的三种原料为硫磺, 空气,和水。
4、 生产规模和厂址的选择
现代化工业生产一般要求有较大的规模，便于采用先进的技术和设备以提高劳动生产率，
便于“废热”利用，便于环境保护，成本低。根据以上原则和我国国情，我国硫酸工业宜发展年产在4万吨以上的制硫酸装置。
三、生产中反应条件的控制
阅读P6表1-1，结合二氧化硫催化氧化的反应特点：
反应方程式2 SO2（g）＋O2（g）2 SO3（g），属放热的可逆反应。
【师】是否温度越低越有利于SO2 转化为SO3 ？
【生】选择温度：低温(400~500C)，因为在此温度范围内，反应速度和SO2的平衡转化率都比较高。但应注意:工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温度下催化剂的活性。
【师】阅读P6表1-2,分析随压强的增大，SO2的转化率怎么改变？是否压强越高越好
【生】应选择压强:常压。原因是增大气压，SO2
的平衡转化率提高并不多，但却大大增大了动力和设备的要求，增大了生产成本和能量消耗。所以硫酸厂通常采用常压操作。
【师】注意:工业生产中压强的选择，往往还要考虑成本和能量消耗等问题。
四、 生产中三废的处理
1、 废气的组成：SO2,O2,N2。其中的SO2是形成酸雨的主要因素。
常用的处理方法——氨水吸收法
（1）SO2+2NH3+H2O==（NH4）2SO3
（2）（NH4）2SO3+H2SO4==（NH4）2SO4+SO2+H2O
或 用NH3·H2O 书写：
2NH3·H2O+SO2 ===(NH4)2SO3+H2O (NH4)2SO3 +SO2+H2O=NH4HSO3
或用碱液（Na2CO3）吸收法：
Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2 Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3
处理后的产品也可进一步利用：
（NH4）2SO4作化肥 ； SO2可循环利用，可作它用。
2、废水的处理—石灰乳中和法
硫酸工业生产过程中的污水常含有硫酸等酸性杂质，一般用石灰乳中和处理：
H2SO4+Ca（OH）2=CaSO4+2H2O 。
3、废渣的利用
硫酸工业生产过程中黄铁矿的矿渣一般用作制造矿渣水泥和矿渣砖，含铁品位高的矿渣，经处理后可用于炼铁，如： Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2，有的也可分离后循环利用，提炼贵重的有色金属，剩下的作铺路用的沥青。
学点五、能量的充分利用
1.生产1t硫酸需消耗100kw·h的电能，硫酸生产的三个过程都是放热反应，生产1t硫酸放出的反应热相当于200kw·h的电能。这些废热的利用，可以向外界输出大量的能量，能大大降低生产成本 。
2.可以利用SO2氧化成SO3 时，放出的热量用来预热即将参加反应的SO2 和O2 。
3. 硫酸工业的能量循环（理论：放热大于吸热）
开动机器设备——电能
维持接触室400-500度----热能
4FeS 2+11O 2=2Fe 2O3+8SO 2 吸热
2SO 2+O 2=2SO3 放热
SO3+H 2O=H 2SO4 放热
思考：你认为硫酸工业可以怎样合理利用能源？
提示：（1）在沸腾炉（造气炉）旁设置蒸汽锅炉进行发电
（2）在接触室（催化反应室）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到适宜温度
（3）在接触室（催化反应室）附近建造浴室，提高劳动福利或创造经济效益。第一单元课题1 化工生产过程中的基本问题 素材
1、我国硫酸生产的原料问题
（1）1988～1992年中国硫酸生产的原料构成(%)
（2）我国的硫酸工业起始于19世纪70年代。在旧中国产量很少，产量最高的1942年约18万吨，1949年产量只有4万吨。新中国成立后，硫酸工业获得了高速发展。
（3） 我国生产的硫酸以硫铁矿为主要原料，1957年用硫铁矿生产的硫酸占总产量的93.8％。从60年代开始，用有色金属冶炼烟气制硫酸有了较大发展。70年代初，开始发展用硫黄制硫酸。硫铁矿生产的硫酸所占比重有所下降。
（4） 我国著名的硫铁矿有：广东云浮硫铁矿，该矿是亚洲最大的硫铁矿，世界有名。矿床储量2.08亿吨，含硫品位高达31.04％。目前年生产能力300万吨。安徽铜陵新桥矿，年生产能力110万吨。此外还有内蒙古炭窑口硫铁矿、广东英德、山西阳泉、南京云台山等。
（5） 内蒙古东升庙硫铁矿已完成勘探工作，探明储量2．89亿吨，伴生有可观的锌、铝、铜、银、金、钴、镉等金属，是我国北方最大的硫铁矿。
（6） 经四川省化工地质队探明，四川叙永县两河硫铁矿区五角山矿段矿石储量为1.65亿吨平均品位17％，属特大型硫铁矿床。
（7） 对硫铁矿渣的利用，除一部分含铁量较高的矿渣用于炼铁以外，相当一部分矿渣用作生产水泥的原料。上海硫酸厂和北海化肥厂研究用硫铁矿渣制砖的技术取得成功，为处理矿渣开辟了新的途经。接蚀法硫酸厂用硫铁矿作原料的硫利用率，1950年为82％，1956年提高到90.4％，1983年达到94.6％，比较先进的工厂达到96.2％，接近于国际先进水平。采用硫铁矿制硫酸的沸腾焙烧（固体流态化）技术是50年代发展起来的。1950年联邦德国巴斯夫（BASF）公司首先建设了试验炉。1952年有几个系统投入生产。同时，多尔（Dorr）公司也开始应用这项技术。我国南京永利宁厂，在将硫酸原料改为硫铁矿之后，于1956年开发了自己的硫铁矿沸腾焙烧技术，并在同年应用于该厂新建的硫酸第四系统。我国的沸腾焙烧技术也步入了国际硫酸工业的前列。
（8） 硫酸生产过程中放出大量反应热。对反应热的利用程度是衡量硫酸工业技术水平的一个重要标志。60年代后期，南京化学工业公司磷肥厂和大连化工厂分别试用强制循环和自然循环产生中压蒸汽的余热锅炉，回收利用焙烧硫铁矿的高温反应热，取得成功。1978年以来，国家重视这项成就的推广应用，拨出大量资金和材料，使大部分大、中型硫酸厂实现了硫酸生产的余热利用，收到了显著的效果。例如南京化学工业公司磷肥厂，每年生产硫酸20多万吨，回收利用余热产生的中压过热蒸汽，发电3000多万度。该厂生产硫酸用电量大约占发电量的一半，另一半送入了电网。这表明，硫酸工厂回收利用余热以后，可以把一个消费动力的工厂，转变为向外供应动力的工厂。
2、 二氧化硫污染大气的罪魁——煤，平均含硫量约为2.5%-3%。为治理煤燃烧时造成的二氧化硫污染，一种办法是事先从煤中除去硫。
但是只有一部分煤中的硫主要以黄铁矿（FeS2）的形态存在；这样的煤以脱硫工艺处理后其含硫量可降低到约为1%。大部分的煤中还含有较多的有机硫化合物，这样的煤以脱硫平均只能除去原含硫量的约40%。
另一类治理二氧化硫污染的办法是处理生成的二氧化硫。高浓度的SO2（如某些有色金属治炼厂排放的） 可直接 用于生产硫酸。低浓度的SO2多用碱吸收法处理，已采用过的及还在采用的碱性吸收剂有石灰浆液、石灰石浆液、氢氧化镁浆液、氨水、氢氧化钠等。例如有石灰浆液吸收SO2，生成难溶于水的亚硫酸钙： SO2+Ca（OH）2=CaSO3+H2O
还可进一步利用空气中的氧气将CaSO3氧化为石膏 (CaSO4·2H2O）应用，反应方程式为： 2CaSO3+O2+4H2O=2[CaSO4·2H2O]
但是，至今还没有找到令人完全满意的治理SO2污染大气的办法。
3. 硫酸工业三废的处理
尾气的组成：SO2,O2,N2
（1）废气—氨水吸收法
SO2+2NH3+H2O=（NH4）2SO3
（NH4）2SO3+H2SO4=（NH4）2SO4+SO2+H2O
（或 NH3·H2O 2NH3·H2O+SO2===(NH4)2SO3+H2O、(NH4)2SO3 +SO2+H2O=NH4HSO3
）
或：碱吸收法： Na2CO3
Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2
Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3
处理物（NH4）2SO4作化肥
SO2可循环利用，可作它用
（2）废水—石灰乳中和法
硫酸工业生产过程中的污水常含有硫酸等杂质，一般用石灰乳中和处理
H2SO4+Ca（OH）2=CaSO4+2H2O
（3）废渣—硫酸工业生产过程中黄铁矿的矿渣一般用作制造矿渣水泥和矿渣砖，含铁品位高的矿渣，经处理后可用于炼铁。
Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2
4. 环境污染：由于人为的因素，环境受到有害物质的污染，使生物的生长繁殖和人类的正常生活受到了有害的影响。
（1） 大气污染
大气污染的定义：
大气中有毒、有害物质的含量超过了正常值或大气的自净能力时就产生了大气污染
主要的大气污染 物：
硫的化合物、氮的化合物、碳的氧化物和氢化物、烟尘、含卤化合物、放射性物质
大气污染物的产生：
工业尾气的大量排放，矿石燃料产生的气体和烟尘
大气污染物的危害：
危害人体健康和动物的生长，形成酸雨，影响植物生长，形成温室效应、破坏臭氧层。
（2）水污染
水污染的定义：
使水和水体的物理、化学性质发生变化或使生物群落组成发生变化，从而降低了水体使用价值的现象叫水污染
水污染的种类：
酸、碱、盐等无机物、重金属、植物营养物质、石油农药以及合成洗涤剂。
水污染的来源：
工业污水、生活污水的排放化肥农药、合成洗涤剂的滥用等
水污染的危害：
水污染对水产业、工业、农业、畜牧业和人类的身体健康都有很大的危害。
（3）赤 潮
我们日常生活中的污水和某些工业废水中，经常含有一定量的氮和磷等植物营养物质，农业中大量使用的化肥也离不开氮和磷这两种元素，同时我们日常使用的合成洗涤剂中也含有不少的磷，这些污水聚集后，使水中微生物和藻类迅速生长，它们的繁殖、生长、腐败，使水中氧气大量减少，导致鱼类等水生生物死亡，使水质恶化。这种由于水体中植物营养物质过多而引起的污染，叫水体的“富营养化”，这种现象在海湾出现叫“赤潮”。
（4）土壤污染
土壤污染的定义：
进入土壤的污染物超过了土壤净化能力，就会引起土壤质量下降，这种现象叫土壤污染。
土壤污染的主要物质：
城市污水、工业废水、生活垃圾、工矿企业固体废弃物、化肥农药。
土壤污染的危害：
影响植物的生长、使人类的食品受到污染、有害物质随水流动造成水的污染
（5）、全球性的环境恶化已经引起了广泛的关注，我国政府为了改善环境作出了不懈努力，但也应该看到，我们要做的还很多：
每年27亿立方吨的工业污水只有不到30%经过处理，而又只有不到50%的“处理过”的工业污水能达到国家标准
在绝大多数工业城镇，灰尘和悬浮颗粒含量超标几倍
每年有5亿多的肥沃土地被侵蚀流失
现存的淡水资源只有2400吨/单位/年，不到世界平均水平的1/4
（6）由于环境污染，使国内每年的损失约为２８３０亿元。专家呼吁，增强公众每一个人的环保意识是当务之急。据《光明日报》报道，在由环境污染造成的损失中，水质污染带来的损失为５００亿元。自６０年代到现在，全国监测的４３２条大小河流中，８０％受到了不同程度污染。全国２８００多个湖泊，凡能接纳城镇污水的，大多水质受到污染。同时，大气污染带来的损失为２００亿元，这主要有城市燃煤、工业企业排放废气及机动车尾气污染。此外，生态环境破坏和自然灾害带来的损失为２０００亿元。其他污染如固体废物排放、噪声污染等造成的损失也高达１３０亿元。
(摘自中国环境网)
（7）纳米技术——绿色世界显身手
纳米技术的崛起，人类利用资源和保护环境的能力得到拓展。为彻底改善环境和从源头上根本控制新的污染源产生，创造了条件，为今后的可持续发展提供具有高科技含量的环境保障。
如把银纳米微粒加入到袜子中能够清除脚臭味。采取了纳米材料新设计的冰箱、洗衣机既可以抗菌，又可以除味，增强其防污性能。纳米材料还可以降解有机磷农药、城市垃圾等。可以预见，具有科技含量的绿色产品将成为未来世界主要商品市场的主导产品。
（8）6月5日世界环境日
联合国系统和各国政府每年都在6月5日的这一天开展各项活动来宣传与强调保护和改善人类环境的重要性。
世界环境日主题：
1996年 我们的地球、居住地、家园
1997年 为了地球上的生命
1998年 为了地球上的生命——拯救我们的海洋
1999年 为了地球上的生命——拯救地球就是拯救未来
2000年 2000环境千年—— 行动起来吧
2001年 世间万物,生命之网
2002年 让地球充满生机
2003年 水——20亿人生命之所系
2004年 海洋兴亡匹夫有责
