高中化学《硫酸工业中的三废处理》微课精讲+知识点+教案课件+习题
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知识点：
烟气净化
采用硫磺制酸时，炉气较纯净，其净化流程较简单。而对于硫铁矿和冶炼烟气制酸，烟气中往往含有一些固态和气态的有害杂质，固态杂质包括冶炼粉尘及脉石粉粒， 气态杂质有三氧化二砷、氟化物、二氧化硒、三氧化硫、水蒸气等。其净化通常分为初步净化和深度净化，初步净化的目的为回收高温炉气热量，以及除掉粗粉尘。
污酸的处置
污酸的处置和再利用也是目前硫酸生产亟需解决的难题。据统计，对于硫铁矿和冶炼烟气制酸，每生产1t硫酸，大约排放1～2t硫酸质量分数为5% ～ 10%左右的污酸。由于污酸中含有大量的砷、汞、铅、锌等有害元素，污酸的直接利用有一定难度。常规方法是采用石灰乳或石灰乳－铁盐法中和处理，其中酸被 中和，砷、铅等重金属离子则以固态沉淀形式伴随石膏沉淀与液体分离，实现废水达标排放。但经中和处理后的废水由于硬度高，直接循环利用有一定问题，且中和 产生的渣量较大，经计算，1t 质量分数为10% 硫酸含量的污酸，理论上将产生175.5kg 石膏( CaSO4·2H2O)渣，由于渣中含砷、铅等多种重金属，属于危险废物，需要围埂筑坝建渣场进行堆放，而且渣场底部需设多层防浸溶层、设置排水系统等。随着国家新环保法实施，渣的处理压力也越来越大。
尾气治理
尽管多数厂家采用“二转二吸”，但工艺和原料的波动，仍会造成尾气SO2浓 度超出国家排放标准。常规处理方法有氨－酸法、石灰石－石膏法、钠碱法、柠檬酸钠、活性焦法等，其中石灰石－石膏法应用最普遍，且多用于中小型硫酸厂，此 法原料廉价，操作简单，但生成的石膏浆液难处理且易造成管道堵塞。大型企业如贵溪冶炼厂则采用活性焦吸附法处理制酸尾气，得到高浓度SO2，但原料及运行成本高; 还有企业如中盐株化等采用氨－酸法处理尾气二氧化硫，但氨的挥发性易造成二次污染。
视频教学：
练习：
1．治理“三废”，保护环境最主要的方法是( )
A．减少污染严重的工厂 B．把“三废”深埋
C．提高认识 D．变废为宝，综合利用
【解析】减少污染应从源头上抓起减少排放，而治理则要变废为宝，综合利用。
【答案】 D
2．接触法生产硫酸的过程中，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汽、供热或发电
A．①② B．①③④ C．①②③ D．①②③④
【解析】硫酸厂尾气中含有SO2，可用氨水吸收处理；硫酸厂废水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸厂废渣中含有SiO2、Fe2O3等，可用于制造水泥、炼铁；由于硫酸生产过程中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来降低生产成本。
【答案】 D
3．工业上以黄铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是（ ）
A.NaOH溶液、酚酞试液 B.石灰水、石蕊试液
C.碘水、淀粉溶液 D.氨水、酚酞试液
【解析】测定SO2含量必须要能跟SO2反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性，没变色，而D在SO2还没与氨水完全反应时就开始变色了。B项石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显。
【答案】 C
4．构建和谐社会的内容之一是人类与环境的和谐发展，而“绿色化学”的内容是指从技术经济上设计可行的化学反应，尽可能减少对环境的副作用，下列化学反应不符合“绿色化学”概念的是( )
A．消除硫酸厂尾气中的SO2：
SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3
B．消除硝酸工业尾气的氮氧化物的污染：
NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
C．制CuSO4：Cu＋2H2SO4(浓)=====△ CuSO4＋SO2↑＋2H2O
D．制CuSO4：2Cu＋O2＋2H2SO4=====△ 2CuSO4＋2H2O
【解析】选项中给出的4个反应均符合化学反应规律，从技术上、原理上均是可行的，但C项会产生污染环境的SO2气体，不符合“绿色化学”的主旨。
【答案】 C
5． 有关硫酸工业综合经济效益的说法中正确的是( )
A．甲地有丰富的硫铁矿资源，水源能源充足，交通便利，是风景秀丽的旅游胜地，虽当地使用硫酸的工业不多，但为提高当地经济效益宜建硫酸厂
B．为减少SO2对空气的污染，可以建筑高烟囱，使含SO2的尾气在高空扩散稀释，到达地面时达到安全浓度
C．硫酸生产过程排放的污染物主要是含SO2的尾气、固体烧渣、废酸和废水等
D．选择硫酸厂厂址时，当经济利益与环保问题有冲突时，为提高人们的物质生活水平，应先考虑经济利益的问题
【解析】 A项中，硫酸厂产生的SO2会污染环境，且H2SO4使用量小，会增加外销的成本；B项中，高烟卤并不能减小SO2的排放量；D项中，应首先考虑环保问题。
【答案】 C
课件：
教案：
【学习目标】
1.了解硫酸工业生产中的三废处理的方法，防止环境污染。
2.了解硫酸工业生产中如何实现能量的综合利用。
3.理解硫酸工业的有关计算。
【重点难点】
1.理解硫酸工业的有关计算。[来源:Z§xx§k.Com]
2.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
课前预习
【情景材料】化工生产中废渣，一般是由未反应的固体原料或是在生产过程中新生成的固体所形成的。化工废渣属于环境污染物，但许多化工废渣都有一定程度的利用价值。从可持续发展的大战略上看待化工废渣的合理利用或处理，价值就更高了。如何处理硫酸工业中的三废及能量利用？
【预习内容】
根据教材有关内容填写下列空白：
一、生产中的三废处理
1．尾气吸收
硫酸生产的尾气中含有少量 ，可用 吸收，使其生成 ，再用 处理，生成
方程式为 、 ；
2.污水处理
硫酸生产过程中的污水，含有 杂质，可用 中和法处理。方程式为 。
3.废渣的利用
废渣可用来制 或制造 。
炉渣和矿灰，可作为 的原料。
二、能量的充分利用
硫酸生产过程中的三个反应都是 热反应，如果分利用这些热量，不但可以由硫酸厂自行提供能量，而且还可以 ，可大大降低生产成本。
一般生产1t硫酸约需消耗 的电能。生产1t硫酸放出的反应热相当于
的电能。如果能够充分利用这些热量，不但可以由硫酸厂自行 能量，还可以向外界 大量的能量，可大大降低 。[来源:学科网ZXXK]
预习内容答案
一、1.SO2 Ca(OH)2 CaSO3 H2SO4
SO2 +Ca(OH)2 =CaSO3+H2O H2SO4+CaSO3= CaSO4+H2O+SO2↑
2.酸性 石灰乳 Ca(OH)2 + H2SO4= CaSO4+2H2O
3．砖 水泥 炼铁
二、放 向外界输出大量能量 100 kW·H 200 kW·H 提供 输出 生产成本
堂中互动
【问题探究1】常说的工业三废指的是什么？硫酸工业生产过程中三废如何处理？
【教师点拨】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。
分析解答:三废处理方法：①尾气吸收。 ②污水处理 利用不同化工生产过程中产生的污
【即学即练1】下列废物处理方法中正确的是( )
A.化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸收
B.化学实验中产生的二氧化氮废气可用烧碱溶液吸收
C.用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废渣可用于提取燃料
D.用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废气可用于提取漂白剂
1.BD【解析】二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小，A项错误；二氧化氮可跟烧碱溶液发生化学反应2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，B项正确；黄铁矿本来就是无机矿物质，又经过高温煅烧后，废渣的主要成分是氧化铁、二氧化硅、氧化铝等，从中提取燃料是不现实的，C项错误；硫酸生产厂的废气中含有较高浓度的二氧化硫
【问题探究2】你认为硫酸工业可以怎样合理利用能源？
【教师点拨】硫酸工业的能
分析解答：（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。
【即学即练2】接触法生产硫酸的过程中，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汽、供热或发电
A.①② B.①③④ C.①②③ D.①②③④
2.D【解析】硫酸厂尾气中含有SO2，可用氨水吸收处理；硫酸厂废水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸厂废渣中含有SiO2、Fe2O3等，可用于制造水泥、炼铁；由于硫酸生产过程中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来降低生产成本。
【问题探究3】硫酸工业中涉及多步反应，计算起来比较烦琐，如何快速掌握硫酸工业中多步反应的计算？
【教师点拨】通过本题的计算进一步掌握物质纯度，转化率、产率的计算关系式，并在多步反应中找出量的相当式进行简捷的计算。（1）关系式法：先写出多步反应的化学方程式，然后找出反应物和生成物之间物质的量（或质量）之比，
（2）元素守衡法：找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系。找出此关系的简便方法，就是分析原料与产物之间所含关键元素原子个数关系，
分析解答：FeS2～2H2SO4， S～H2SO4。若已知（欲求）FeS2含量，用前面的关系式，若已知（欲求）S的含量，用后一关系式，且二氧化硫转化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2（或S）进行计算。
【即学即练3】含FeS265%的硫铁矿在煅烧时有1.8%的硫损失而混入炉渣，二氧化硫转化为三氧化硫的利用率为99%。由这种硫铁矿制2t98%的硫酸，需硫铁矿多少吨？
3. 189.9t
【解析】题中65%为硫铁矿的纯度，有1.8%的硫损失也即是1.8%的FeS2损失，二氧化硫的利用率（转化率）也即是FeS2的利用率。设需这种硫铁矿的质量为x。
解法一： FeS2 ～ 2H2SO4[来源:学科网]
120 2×98
x×65%(1-1.8%)×99% 2t×98% x=189.9t
解法二： S ～ H2SO4
32 98
64/120x×65%×(1-1.8%)×99% 2t×98% x=189.9t
练案
A组（课堂反馈 满分50分）
一、选择题（每小题5分，共35分）
1.工业制硫酸用硫黄作为原料产生的污染较用硫铁矿小，主要方面是( )
A.废气 B.废渣 C.废水 D.酸雨
1.B【解析】用硫铁矿制硫酸，废渣较多，而用硫黄作为原料，几乎没有废渣，但废气的量没有减少，也会产生废水。
2.环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数，下列名词与环境污染无关的是( )
①温室效应 ②赤潮 ③酸雨 ④光化学污染
⑤臭氧层空洞 ⑥水俣病 ⑦潮汐 ⑧大脖子病
A.①② B.⑦⑧ C.⑥⑦⑧ D.②⑤⑦
2.B【解析】①③④⑤属于大气污染，②⑥属于水污染，潮汐是一种自然现象，大脖子病是因人体缺乏碘元素造成的，所以⑦⑧不属于环境污染。
3.工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是( )
A.NaOH溶液、酚酞试液 B.石灰水、石蕊试液
C.碘水、淀粉溶液 D.氨水、酚酞试液
3.C【解析】测定SO2含量必须要能跟SO2反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性，没变色，而D在SO2还没与氨水完全反应时就开始变色了。C项石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显。
4.某制药厂尾气中含少量SO2气体，一般用NaOH溶液或氨水吸收，以防污染环境。分别用0.1 mol·L－1的NaOH溶液或同浓度的氨水处理相同量的尾气，两种方法所需吸收液的体积关系是( )
A．NaOH溶液的体积大于氨水 B．NaOH溶液的体积等于氨水
C．NaOH溶液的体积小于氨水 D．无法判断
4.B【解析】SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O，SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O。
5.在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列说法中不正确的是( )
A.从①处通入SO3，整个吸收操作采取逆流的形式
B.从②处喷下98%的硫酸，瓷环的作用是增大接触面积
C.从③处导出的气体只含有少量SO2，可直接排入大气
D.从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸
5.C【解析】三氧化硫的吸收通常使用98%的硫酸，不用水或稀硫酸，原因是水或稀硫酸吸收三氧化硫时容易形成酸雾，吸收速率慢，不利于三氧化硫的吸收；气体的吸收常采用逆流原理
6.下图为硫酸工业生产中的某一设备，下列说法正确的是( )
A.上图所示设备为吸收塔
B.在该设备中应该尽量增大压强，提高SO2的转化率
C.热交换的目的，一方面使即将参加反应的气体达到一定温度，另一方面降低体系温度有利于生成SO3
D.在A处流出的气体为SO2、SO3、O2
6.C【解析】本题考查工业制硫酸的设备分析。图中装置为接触室，A错误；在该设备中压强不宜过大，压强过大对设备和动力的要求比较高，不利于节省成本，B错误；在该设备中使用了热交换器，热交换的目的，一方面使即将参加反应的气体达到一定温度，另一方面降低体系温度有利于生成SO3，C正确；在A处流出的气体为SO2、O2，循环利用，D错误。
7.把含硫48%的硫铁矿先制成硫酸，再吸收氨气制成硫酸铵。1t这种硫铁矿在理论上能制得硫酸铵( )
A.1.06 t B.1.98 t C.2.14 t D.2.26 t
7.
二、填空题（共15分）
8.(7分)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步化学反应就可制得二氧化硫。
(1)写出第1步反应的化学方程式__
(2)在第2步化学反应中，下列原料可以使用的是(用序号填空)________。写出有关化学反应的方程式______________________________________。
①空气 ②氧气 ③硫酸 ④焦炭
(3)在第
8.(1)CaSO4·2H2O△CaSO4＋2H2O（2分）
(2)④（1分）2CaSO4＋C高温2CaO＋2SO2↑＋CO2↑（2分）
(3)二氧化硫和一氧化碳（1分） 二氧化硫导致酸雨，一氧化碳使人中毒（2分）
【解析】在CaSO4→SO2的变化中硫元素被还原，所以要使用还原剂(焦炭)。焦炭的氧化产物中有可能含有一氧化碳。
9.(8分)工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2，O2外，还含有SO2、微量的SO3和酸雾。为了保护环境，同时提高硫酸工业的综合经济效益，应尽可能将尾气中的SO2转化为有用的副产品。请按要求回答下列问题：
(1)将尾气通入氨水中，能发生多个反应，写出其中可能发生的两个氧化还原反应的化学方程
(2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氢铵，此时溶液的温度会自行降低，并析出晶体。
①导致溶液温度降低的原因可能是____________________________________________。
②析出的晶体可用于造纸工业，也可用于照相用显影液的生产。已知该结晶水合物的
相对分子质量为134，则其化学式为_____________________。
③生产中往往需要向溶液中加入适量的对苯二酚或对苯二胺等物质，其目的是___________
_____________________________________________________________。
9.(1)2H2SO3＋O2===2H2SO4（2分）
2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4或2NH4HSO3＋O2===2NH4HSO4 （2分）
(2)①反应吸热（1分） ②(NH4)2SO3·H2O（2分） ③防止亚硫酸铵被氧化 （1分）
【解析】(1)尾气中的SO2与NH3·H2O的反应：SO2＋2NH3·H2O===(NH4)SO3，当SO2继续通入则发生：(NH4)2SO3＋SO2＋H2O===2NH4HSO3。发生的氧化还原反应应是SO32－、HSO3－被氧气氧化为SO42－；(2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中主要含NH4HSO3，加入的氨水或碳酸氢铵与NH4HSO3反应生成(NH4)2SO3。①导致溶液温度降低的原因应是反应吸热。②Mr[(NH4)2SO3]＝116，结合结晶水合物的相对分子质量134，可知结晶水合物含1分子H2O，化学式为(NH4)2SO3·H2O。③(NH4)2SO3易被氧气氧化，且对苯二酚或对苯二胺具有还原性，所以加入适量的对苯二酚或对苯二胺等物质，其目的是防止亚硫酸铵被氧化。
B组（课后拓展）
1.已知氢氧化钙和碳酸钙在水中存在下列溶解平衡：Ca(OH)2(s) ==Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)，CaCO3(s)==CO32－(aq)＋Ca2＋(aq)。在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。为了除去有害气体SO2并变废为宝，常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气。
(1)写出上述两个反应的化学方程式：
①SO2与CaCO3悬浊液反应______________________________________；
②SO2与Ca(OH)2悬浊液反应___________________________
(2)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的理由___________________________。
(3)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地表面的SO2浓度。在上世纪的60～70年代的十年间，由发电厂排放的SO2增加了45%，但由于建造高烟囱的结果，地表面SO2浓度却降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取并简述理由：
。
1.(1)①CaCO3＋SO2===CaSO3＋CO2 ②SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O
(2)由于Ca(OH)2的溶解度太小，澄清石灰水吸收SO2的效果不好
(3)不可取，这种方法虽然能减少地表面SO2的浓度，但SO2仍然存在，污染并未消除
【解析】本题以工业尾气中SO2的处理为背景，考查了环保知识，解答问题的关键是从反应的实质入手。[来源:学#科#网]
2.黄铁矿(主要成分为FeS2)是工业制取硫酸的重要原料，其煅烧产物为SO2和Fe3O4。
(1)将0.050 mol SO2
(2)已知上述反应是放热反应，当该反应处于平衡状态时，在体积不变的条件下，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有________(填字母)。
A．升高温度 B．降低温度 C．增大压强
D．减小压强 E．加入催化剂 F．移出氧气
(3)SO2尾气用饱和Na2SO3溶液吸收可得到重要化工原料，反应的化学方程式为_________
_____________________________。
(4)将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后，加入铁粉，可制备FeSO4。酸溶过程中需保持溶液足够酸性，其原因是______________________________________。
2.(1) 2SO2(g) ＋ O2(g)
起始浓度/mol·L－1 0.050 0.030 0
平衡浓度/mol·L－1 0.050－0.040 0.030－0.040/2 0.040
所以，K＝c2SO3c2SO2·cO2＝0.040 mol·L－120.010 mol·L－12×0.010 mol·L－1＝1.6×103 L·mol－1
α(SO2)＝0.050 mol·L－1－0.010 mol·L－10.050 mol·L－1×100%＝80%
(2)BC
(3)SO2＋H2O＋Na2SO3===2
(4)抑制Fe3＋、Fe2＋的水解，防止Fe2＋被氧化成Fe3＋
【解析】(2)欲提高SO2转化率，则平衡需正向移动，根据反应方程式知，降低温度、增大压强都使平衡右移，B、C正确。(4)因Fe2＋、Fe3＋均能水解，为防止水解，故需加酸抑制；铁粉除了能将Fe3＋还原为Fe2＋外，还可防止Fe2＋被氧化。
3.某化工厂每小时生产a 吨98%（质量分数）硫酸。为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为b%。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，则
（1）该厂每小时消耗标准状况下空气的体积为 m3。
（2）为满足题设要求，b%的下限等于 。
3.(1)22400a/(21-b)；（2）7%
【解析】根据S+O2=SO2反应前后气体体积不变，求出燃烧后O2的体积。（1）每小时生产的纯硫酸为(a×106g×98%)÷98g/mol=a×104mol。生产过程中生成的SO2和SO3也都是a×104mol。设每小时消耗空气的体积为V，则由S+O2=SO2消耗O2的体积等于生成的SO2体积，即燃烧前空气的体积等于燃烧后混合气体的体积，据此可得以下关系：空气中O2的体积=反应中消耗的O2的体积+燃烧后混合气体中O2的体积，即V×21%=a×104 mol×22.4L/mol×10-3 m3/L+V×b%，V=22400a/(21-b)。
（2）“b的下限”，其含义是指燃烧后剩余的O2在第二步催化氧化时恰好完全反应，也就是说，燃烧前空气中的氧（空气体积的21%）恰好满足两步反应。因S+O2=SO2和O2+2SO2=2SO3两步反应耗O2之比为2:1，故燃烧后（第一步反应后）混合气体中O2的体积分数的下限是b%=(1/3)×21%=7%。
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