第一篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊(cè) 第五單元 硫酸工業(yè) 第二節(jié)關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論(備課

●備課資料

一、2005年我國(guó)硫酸需求預(yù)測(cè)

據(jù)專家估計(jì)，2005年我國(guó)硫酸產(chǎn)品的需求量就達(dá)2776.03萬(wàn)噸。

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，特別是磷肥產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)，硫酸產(chǎn)品的需求量也在不斷地增長(zhǎng)，90年代以前，雖然表觀消費(fèi)量增長(zhǎng)較快，但進(jìn)口量很小。近年來(lái)我國(guó)硫酸產(chǎn)品的凈進(jìn)口量和表觀消費(fèi)量逐年增加。

目前我國(guó)硫酸產(chǎn)品消費(fèi)構(gòu)成為：化肥約占72%，化工產(chǎn)品約占10%，輕工產(chǎn)品約占7%，其他約占11%。化肥是硫酸消費(fèi)的最大用戶。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，化肥的用量在逐年增長(zhǎng)，特別是高效復(fù)合型化肥將是今后化肥工業(yè)的發(fā)展方向，致使對(duì)硫酸產(chǎn)品需求量的增長(zhǎng)將有較大的促進(jìn)。

硫酸作為一種無(wú)機(jī)強(qiáng)酸產(chǎn)品在我國(guó)發(fā)展很快，1994年我國(guó)硫酸的產(chǎn)量為1530.4萬(wàn)噸，到了1998年我國(guó)硫酸產(chǎn)量已達(dá)1911.4萬(wàn)噸，平均每年增長(zhǎng)95.25萬(wàn)噸，平均年增長(zhǎng)率為5.8%。預(yù)計(jì)2005年我國(guó)硫酸產(chǎn)量可達(dá)2687.5萬(wàn)噸。

近年來(lái)，隨著我國(guó)化肥工業(yè)的飛速發(fā)展，硫酸產(chǎn)品的消費(fèi)量也在不斷遞增，1994年我國(guó)硫酸產(chǎn)品的表觀消費(fèi)量為1530.5萬(wàn)噸，到了1998年我國(guó)硫酸表觀消費(fèi)量已達(dá)到了1940.6萬(wàn)噸，平均每年表觀消費(fèi)量增長(zhǎng)102.5萬(wàn)噸，平均年表觀消費(fèi)增長(zhǎng)率為6.15%。

因此，按近年我國(guó)硫酸產(chǎn)量和消費(fèi)量的平均增長(zhǎng)率推算，到2005年我國(guó)硫酸產(chǎn)量將滿足不了需求，約有89萬(wàn)噸的缺口。

目前，我國(guó)硫酸工業(yè)與國(guó)外比較，存在的主要問(wèn)題是規(guī)模小、熱利用率不高等。開(kāi)發(fā)大規(guī)模、低能耗的硫酸生產(chǎn)裝置，前景看好。

二、我國(guó)硫酸工業(yè)存在三方面問(wèn)題

國(guó)家化工品質(zhì)量抽查中發(fā)現(xiàn)，我國(guó)硫酸工業(yè)目前主要存在以下三方面問(wèn)題： 一是產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)不規(guī)范仍然存在。一些小型企業(yè)產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)手段不完善，計(jì)量器具校驗(yàn)不定期，標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定不規(guī)范，有個(gè)別企業(yè)甚至連工業(yè)硫酸(GB534－89)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文本也沒(méi)有。

二是國(guó)內(nèi)工業(yè)硫酸已供大于求，但一些企業(yè)仍盲目上馬。國(guó)內(nèi)的部分企業(yè)缺乏必要的市場(chǎng)預(yù)測(cè)和論證，依舊建設(shè)新的裝置和擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。同時(shí)受進(jìn)口化肥、硫酸的沖擊，硫酸需求量減少，導(dǎo)致供大于求的局面更趨嚴(yán)重。

三是企業(yè)競(jìng)相將硫鐵礦制酸改為硫磺制酸。各企業(yè)為了降低成本，紛紛將硫鐵礦制酸改為硫磺制酸，但這勢(shì)必直接影響硫鐵礦制酸工業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)，還使我國(guó)硫磺制酸行業(yè)易受國(guó)際市場(chǎng)的控制。

三、硫酸工業(yè)面臨兩大挑戰(zhàn)

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，資源利用和技術(shù)改進(jìn)仍是硫酸工業(yè)生存和發(fā)展面臨的兩大挑戰(zhàn)。

硫磺資源有限影響硫酸工業(yè)發(fā)展。近年來(lái)，各企業(yè)為了降低成本，競(jìng)相將硫鐵礦制酸改為硫磺制酸，國(guó)際間硫磺需求量的短缺也促使國(guó)內(nèi)硫磺制酸裝置紛紛上馬。按2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃，我國(guó)將在云南和貴州興建兩個(gè)大型磷肥基地，自然增大了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)硫酸的需求量。據(jù)估計(jì)，屆時(shí)我國(guó)對(duì)硫磺的年進(jìn)口將達(dá)4萬(wàn)萬(wàn)噸，我國(guó)也將成為世界最大的硫磺進(jìn)口國(guó)，同時(shí)面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增大。國(guó)內(nèi)大部分硫磺制酸裝置以進(jìn)口硫磺為原料，影響硫磺市場(chǎng)價(jià)格的因素不僅是世界硫磺的供需平衡，還包括國(guó)內(nèi)商家對(duì)硫磺資源的需求，據(jù)估計(jì)，隨我國(guó)硫磺進(jìn)口量的不斷增長(zhǎng)，至2000年底之前，全球硫磺供求關(guān)系將呈現(xiàn)新局面，甚至在年初硫磺價(jià)格就會(huì)開(kāi)始上漲。大量進(jìn)口硫磺制酸勢(shì)必影響硫鐵礦制酸工業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)也使我國(guó)硫磺制酸行業(yè)易受國(guó)際市場(chǎng)的控制。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，為防止國(guó)內(nèi)行業(yè)過(guò)分依賴進(jìn)口資源而再度出現(xiàn)此類現(xiàn)象，進(jìn)口硫磺的數(shù)量必須適度控制，力求使世界過(guò)剩量維持足夠水平，防止硫磺價(jià)格的上漲，我國(guó)已嚴(yán)格了硫

磺進(jìn)口審批手續(xù)，并要求現(xiàn)有硫鐵礦制酸裝置要審慎，嚴(yán)禁輕易將硫鐵礦制酸改為硫磺制酸，力求每年必須進(jìn)口的硫磺數(shù)量保持較低水平，便于應(yīng)對(duì)國(guó)際市場(chǎng)的變化。我國(guó)硫鐵礦制酸仍占硫酸產(chǎn)量的大部分，近年貴州省發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量逾百億噸的特大型硫鐵礦，該礦具有礦質(zhì)好、易開(kāi)采、成本低的特點(diǎn)，顯然，這一新礦的發(fā)現(xiàn)與開(kāi)發(fā)，不僅能為西南地區(qū)的硫酸工業(yè)提供大量質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的原料，同時(shí)，隨我國(guó)加工外油能力的增大，石油中可回收大量硫酸，也為我國(guó)硫資源供應(yīng)開(kāi)辟了令人樂(lè)觀的前景。為使硫酸行業(yè)具備回避進(jìn)口、減少國(guó)際市場(chǎng)沖擊的能力，我國(guó)應(yīng)合理調(diào)整資源利用結(jié)構(gòu)，立足于本國(guó)資源，加速開(kāi)發(fā)現(xiàn)有資源，如貴州新礦，同時(shí)保護(hù)現(xiàn)有礦山的生產(chǎn)能力，使國(guó)內(nèi)在硫資源供應(yīng)上保持足夠的實(shí)力，當(dāng)然，這需要政策的傾斜和各級(jí)主管部門給予經(jīng)濟(jì)上的扶持，而且，應(yīng)利用有色冶煉工業(yè)迅速發(fā)展的有利形勢(shì)，發(fā)展煙氣制酸技術(shù)，而對(duì)于進(jìn)口原料合理調(diào)節(jié)，價(jià)廉多進(jìn)、價(jià)高少進(jìn)，既可以充分利用，又不能過(guò)分依賴。

硫酸生產(chǎn)污染嚴(yán)重。相比而言，以硫磺為原料則可使凈化污水中不含砷、氟重金屬等雜質(zhì)，易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但硫鐵礦制酸畢竟是我國(guó)硫酸生產(chǎn)的重頭戲，我國(guó)必須對(duì)硫鐵礦制酸加大科技投入，依托科技創(chuàng)新改進(jìn)生產(chǎn)工藝，降低成本，有效利用我國(guó)資源優(yōu)勢(shì)，盡量減少進(jìn)口，降低對(duì)國(guó)際市場(chǎng)的依賴。

硫酸工業(yè)協(xié)會(huì)武希彥理事長(zhǎng)介紹說(shuō)，硫酸工業(yè)加強(qiáng)環(huán)境污染的治理，嚴(yán)格評(píng)價(jià)硫鐵礦制酸工藝，控制污物排放量也是行業(yè)工作重點(diǎn)。硫鐵礦制酸污染嚴(yán)重的原因不僅僅在于工藝，我國(guó)現(xiàn)有的硫酸生產(chǎn)廠家近600個(gè)，多數(shù)規(guī)模小、布點(diǎn)廣泛，不僅不利于管理，還給周圍環(huán)境造成極大的危害，部分小硫酸廠廢氣、廢水排放超標(biāo)。據(jù)報(bào)道，國(guó)內(nèi)工業(yè)硫酸已供大于求，但一些企業(yè)對(duì)市場(chǎng)缺乏必要的預(yù)測(cè)和論證，只顧及眼前利益，依舊建設(shè)新裝置和擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)受進(jìn)口化肥、硫酸的沖擊，供大于求的局面日趨嚴(yán)重。各自為政、混亂生產(chǎn)致使有些企業(yè)產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)手段不規(guī)范。一方面是企業(yè)面臨嚴(yán)峻的治污任務(wù)，一方面是有些企業(yè)盲目上馬，如此惡性循環(huán)的原因就是行業(yè)缺乏有序的宏觀調(diào)控，大量的資金擱置在生產(chǎn)過(guò)剩產(chǎn)品的工藝上，與其如此，莫不如增加技術(shù)改造的投入，通過(guò)大型化、集約化和科技創(chuàng)新改進(jìn)現(xiàn)有工藝，有效利用資源；消滅污染，加強(qiáng)環(huán)境治理。

四、硫磺制酸應(yīng)在幾方面加大研究和開(kāi)發(fā)力度

專家認(rèn)為，雖然我國(guó)硫磺制酸近幾年得到較大發(fā)展，但與國(guó)外比還有較大差距，為了加快我國(guó)硫磺制酸的發(fā)展，應(yīng)在以下幾方面加大研究和開(kāi)發(fā)力度：

1.裝置大型化。據(jù)資料介紹，硫磺制酸裝置能力在1200 t/d以上時(shí)，國(guó)外硫磺制酸裝置最大規(guī)模已達(dá)3000 t/d，大部分裝置在1000 t/d以上，因此我們應(yīng)著手開(kāi)發(fā)1000 t/d以上的大型硫磺制酸裝置。

2.采用先進(jìn)的技術(shù)工藝。兩轉(zhuǎn)兩吸流程在工藝、設(shè)備上已日趨成熟，新建裝置應(yīng)盡量采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，同時(shí)應(yīng)選用高活性、低燃點(diǎn)的新型釩催化劑，從而提高轉(zhuǎn)化率，降低能耗和減少二氧化硫排放。

3.綜合利用余熱資源。應(yīng)充分利用硫磺制酸過(guò)程中產(chǎn)生的大量高、中、低溫余熱。高、中溫余熱可用于產(chǎn)生中壓或次高壓蒸氣，低溫余熱可利用HRS裝置回收低壓蒸氣。

4.消化吸收引進(jìn)的國(guó)外先進(jìn)設(shè)備。我國(guó)新建或改建硫酸裝置中從國(guó)外引進(jìn)了許多先進(jìn)裝置，如上海硫酸廠15萬(wàn)噸/年硫磺制酸裝置引進(jìn)了美國(guó)TECHNOTHERM公司制造的火管鍋、日本的硫磺泵和硫磺噴槍等。這些設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，性能好，國(guó)內(nèi)廠家應(yīng)積極消化吸收其制造技術(shù)，提高我國(guó)硫磺制酸裝置總體水平。

5.提高裝置自動(dòng)化水平。硫磺制酸流程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，工藝穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有硫磺制酸裝置與國(guó)際先進(jìn)水平相比有很大差距，在新建或改建硫磺制酸裝置時(shí)，應(yīng)采用微機(jī)集散控制系統(tǒng)，提高裝置的自動(dòng)化水平。

五、研究性課題示例

工業(yè)設(shè)計(jì)：化工廠的選址以及工藝流程的設(shè)計(jì)。

研究建議：諸如硫酸廠、硝酸廠等化工廠的選址直接關(guān)系到人們的生活、工廠的持續(xù)性發(fā)展。選址需選擇在遠(yuǎn)離市民生活區(qū)，需選擇在交通發(fā)達(dá)、水源豐富的地方，需考慮到環(huán)境保護(hù)措施，如尾氣的排放等等因素。

參考答案：

按現(xiàn)代的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要建立生態(tài)工業(yè)園區(qū)。所謂生態(tài)工業(yè)園區(qū)，就是依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論和工業(yè)生態(tài)學(xué)原理而設(shè)計(jì)成的一種新型工業(yè)組織形態(tài)，是生態(tài)工業(yè)的聚集場(chǎng)所。生態(tài)工業(yè)園區(qū)遵從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的減量化(Reduce)、再使用(Reuse)、再循環(huán)(Recycle)的3R原則，其目標(biāo)是盡量減少區(qū)域廢物，將園區(qū)內(nèi)一個(gè)工廠或企業(yè)產(chǎn)生的副產(chǎn)品用作另一個(gè)工廠的投入或原材料，通過(guò)廢物交換循環(huán)利用、清潔生產(chǎn)等手段，最終實(shí)現(xiàn)園區(qū)的污染物“零排放”。工業(yè)生態(tài)學(xué)將工業(yè)園區(qū)這樣一個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)設(shè)想為自然生態(tài)系統(tǒng)，也存在著物質(zhì)、能量和信息的流動(dòng)與儲(chǔ)存，并通過(guò)工業(yè)代謝研究，利用生態(tài)系統(tǒng)整體性原理，將各種原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)物乃至所排放的廢物，利用其物理、化學(xué)成分間的相互聯(lián)系、相互作用，互為因果的組成一個(gè)結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)的共生網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，生態(tài)工業(yè)園區(qū)才是最具環(huán)保意義和生態(tài)綠色概念的工業(yè)園區(qū)。

生態(tài)工業(yè)園區(qū)與一般的工業(yè)園區(qū)是有本質(zhì)區(qū)別的，其園區(qū)內(nèi)企業(yè)之間的關(guān)系更為復(fù)雜，并且生態(tài)工業(yè)園區(qū)的建立要比一般的工業(yè)園區(qū)困難得多。在生態(tài)工業(yè)園區(qū)中，由于一個(gè)企業(yè)產(chǎn)生的“廢物”或副產(chǎn)品是另一個(gè)企業(yè)的“營(yíng)養(yǎng)物”，園區(qū)內(nèi)彼此靠近的工業(yè)企業(yè)或公司就形成一個(gè)相互依存、類似于自然生態(tài)食物鏈過(guò)程的“工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)”。我們通常用“工業(yè)共生”“要素耦合”和“工業(yè)生態(tài)鏈”等概念來(lái)表征這種工業(yè)企業(yè)之間的關(guān)系。

生態(tài)工業(yè)園區(qū)大致可分為3種類型，即改造型、全新型和虛擬型。改造型園區(qū)是對(duì)現(xiàn)已存在的工業(yè)企業(yè)通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，在區(qū)域內(nèi)成員間建立起廢物和能量的交換關(guān)系；全新型園區(qū)是在園區(qū)良好規(guī)劃和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，從無(wú)到有地進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設(shè)，使得企業(yè)間可以進(jìn)行廢物、廢熱等的交換；虛擬型園區(qū)不嚴(yán)格要求其成員在同一地區(qū)，它是利用現(xiàn)代信息技術(shù)，通過(guò)園區(qū)信息系統(tǒng)，首先在計(jì)算機(jī)上建立成員間的物、能交換聯(lián)系，然后再在現(xiàn)實(shí)中加以實(shí)施，這樣園區(qū)內(nèi)企業(yè)可以和園區(qū)外企業(yè)發(fā)生聯(lián)系。虛擬型園區(qū)可以省去一般建園所需的昂貴的購(gòu)地費(fèi)用，避免建立復(fù)雜的園區(qū)系統(tǒng)和進(jìn)行艱難的工廠遷址工作，具有很大的靈活性，其缺點(diǎn)是可能要承擔(dān)較昂貴的運(yùn)輸費(fèi)用。

比如，浙江省衢州沈家工業(yè)園區(qū)位于錢塘江上游，緊臨無(wú)機(jī)化工原料基地和氟化工基地，易獲得充足的化工原料，具備發(fā)展精細(xì)化工的有利條件。該園區(qū)現(xiàn)已有幾十家化工企業(yè)入駐發(fā)展，并已成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展支柱，但由于化工企業(yè)易造成環(huán)境污染，使得園區(qū)保持水體清潔的任務(wù)十分艱巨。該園區(qū)在建設(shè)規(guī)劃過(guò)程中，著重從以下幾個(gè)方面入手：

①產(chǎn)品規(guī)劃和物質(zhì)集成：通過(guò)對(duì)園區(qū)的產(chǎn)品和企業(yè)現(xiàn)狀的充分分析，綜合考慮集聚性、市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)性、技術(shù)可行性等因素，辨析出適合沈家園區(qū)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品集合；在以上工作的基礎(chǔ)上，提出了物質(zhì)替代和源頭削減、廢物的利用和交換、廢物再循環(huán)3個(gè)不同層次上的物質(zhì)集成方案；最后對(duì)園區(qū)企業(yè)區(qū)劃進(jìn)行了探討。

②廢水集成：在對(duì)園區(qū)企業(yè)用水、排水整體情況進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)間及園區(qū)整體3個(gè)不同的空間范圍內(nèi)擬采用的技術(shù)性對(duì)策，以有效改善園區(qū)的廢水系統(tǒng)和園區(qū)整體水環(huán)境；提出了包括加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的用水、排污、治污信息進(jìn)行采集和加工，合理的水資源收費(fèi)和廢水處理設(shè)施使用收費(fèi)等在內(nèi)的一系列管理方案，對(duì)企業(yè)的用水、排水行為進(jìn)行調(diào)節(jié)。

③信息系統(tǒng)建設(shè)：該系統(tǒng)包括入園企業(yè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)和生態(tài)工業(yè)園區(qū)管理信息系統(tǒng)。前者能夠科學(xué)評(píng)價(jià)企業(yè)發(fā)展前景、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益以及入園后對(duì)園區(qū)貢獻(xiàn)等多方面因素，為園區(qū)的招商管理和決策提供依據(jù)；后者將推動(dòng)園區(qū)的高效管理，并為企業(yè)和園區(qū)的互動(dòng)提供重

要途徑。

*研究性課題推薦 課題一

社會(huì)調(diào)查：酸雨對(duì)我國(guó)名勝古跡的影響。

研究建議：可選擇一些旅游景點(diǎn)，如敦煌莫高窟、張家界、九寨溝等名勝，走訪當(dāng)?shù)乩先耍殚啴?dāng)?shù)氐牡胤街?，看我?guó)近年來(lái)隨著工業(yè)的發(fā)展，酸雨程度的強(qiáng)弱以及采取的措施。

課題二

調(diào)查受大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)和大氣污染影響較小的地區(qū)，居民醫(yī)療費(fèi)用在總支出中所占的比例，哪些疾病所占的費(fèi)用比例最大？與當(dāng)?shù)啬男┕S的廢氣排放有關(guān)？

第二篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊(cè) 第五單元 硫酸工業(yè) 第一節(jié)接觸法制硫酸(備課資料)

●備課資料

一、接觸法制硫酸的五個(gè)“三”

1.三階段：利用的原料為黃鐵礦(FeS2)和空氣，反應(yīng)中其分三個(gè)階段，二氧化硫的制取、二氧化硫氧化成三氧化硫、三氧化硫的吸收和硫酸的生成。

2.三原理：(三方程)：

高溫①4FeS2＋11O2?????2Fe2O3＋8SO2

③SO3＋H2O===H2SO4

3.三設(shè)備：

結(jié)合三個(gè)階段，有三種設(shè)備：沸騰爐(為使硫鐵礦充分和迅速地燃燒，把硫鐵礦粉碎成細(xì)小的礦粒后，放在特制的爐子里燃燒。當(dāng)燃燒的時(shí)候，從爐底通入強(qiáng)大的空氣流，把礦粒吹得在爐內(nèi)一定空間里劇烈沸騰，好像“沸騰的液體”一樣，因此，此種爐子稱沸騰爐)；接觸室(把生成的SO2和O2混合氣體加熱到一定溫度400～500℃，通入裝有催化劑的接觸室，因?yàn)榇呋瘎┯址Q觸媒，所以該設(shè)備稱接觸室)；吸收塔(通過(guò)接觸室出來(lái)的SO3直接送入吸收塔，以便形成硫酸。SO3和H2O直接化合制得硫酸，但在吸收塔里不是直接用水來(lái)吸收SO3，因?yàn)橛盟魑談r(shí)，容易形成酸霧并放出大量的熱，吸收速度慢，不利于吸收SO3。在吸收塔中，是用98.3%的濃硫酸來(lái)吸收SO3的)。

4.三原理

熱交換原理(把在反應(yīng)中放出的熱量傳遞給原料，使之預(yù)熱，主要在接觸室中體現(xiàn))；逆流生產(chǎn)原理(反應(yīng)物固體從上往下運(yùn)動(dòng)、氣體從下往上運(yùn)動(dòng)，逆向進(jìn)料，充分反應(yīng))；連續(xù)生產(chǎn)原理(自開(kāi)工之日起到爐子報(bào)廢止不得停工，連續(xù)生產(chǎn))。

5.三凈化

除去爐氣中含有的水及砷、硒的化合物、礦塵等。凈化時(shí)通過(guò)三種裝置：除塵室、洗滌塔、干燥塔。

二、生產(chǎn)硫酸的原料

生產(chǎn)硫酸所用原料主要有：硫、硫鐵礦、硫酸鹽和含硫工業(yè)廢物。

硫

硫是生產(chǎn)硫酸所用的主要原料之一。用硫作原料時(shí)由于雜質(zhì)少，所以生產(chǎn)比較簡(jiǎn)單，基建費(fèi)、操作費(fèi)比用其他原料要低得多。在資本主義國(guó)家以硫?yàn)樵系牧蛩岙a(chǎn)量已超過(guò)60%(美國(guó)占82%)。以日本為例，從1971年才開(kāi)始用硫作原料，至1977年，以硫?yàn)樵系牧蛩岙a(chǎn)量已達(dá)16%以上。我國(guó)過(guò)去很少用硫作原料，1957年僅1.8%，1982年達(dá)到16%。近年來(lái)，由于硫鐵礦的大量開(kāi)采和采用冶金廢氣，從國(guó)外進(jìn)口的硫已逐年減少，1986年僅占4%。

硫鐵礦

硫鐵礦也是生產(chǎn)硫酸所用的主要原料。我國(guó)、西德、蘇聯(lián)都用它作主要原料。在我國(guó)用硫鐵礦生產(chǎn)的硫酸約占總產(chǎn)量的70%。硫鐵礦有三種：普通硫鐵礦、浮選硫鐵礦和含煤硫鐵礦。普通硫鐵礦呈金黃色，有金屬光澤，含硫25～52%，鐵35～44%。其余是雜質(zhì)如銅、鋅、鉛、砷、鎳、鈷、碲等的硫化物，鈣、鎂的硫酸鹽、碳酸鹽以及石英等。生產(chǎn)硫酸用的硫鐵礦含硫一般不少于30%。廣東云浮硫鐵礦是我國(guó)最大的礦山，硫鐵礦含硫約37%。浮選硫鐵礦是浮選銅或鋅的硫化物礦所選出的廢物，所以又稱尾砂，其含硫量一般為30～40%。含煤硫鐵礦是采煤或選煤時(shí)得到的廢物，一般含硫35～40%，含碳10～20%。

為了提高使用硫鐵礦的經(jīng)濟(jì)效益，許多國(guó)家都在礦山進(jìn)行選礦，使礦石含硫量達(dá)到50%。

這樣不僅可以節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用，而且還可以節(jié)省操作費(fèi)用，便于對(duì)礦渣和能量進(jìn)行綜合利用。硫酸鹽

自然界的石膏(CaSO4)、芒硝(Na2SO4)可以作為生產(chǎn)硫酸的原料。如以石膏為原料可以與水泥聯(lián)合生產(chǎn)。生產(chǎn)時(shí)向石膏中摻粘土以及其他水泥所需的成分，混合后在爐中灼燒，這時(shí)發(fā)生下列反應(yīng)：

2CaSO4＋C????2CaO＋SO2↑＋CO2↑

由此產(chǎn)生的SO2可以用來(lái)生產(chǎn)H2SO4,CaO則與其他成分如Al2O3、Fe2O3、SiO2等結(jié)合成水泥。

含硫工業(yè)廢物

有色冶金廠副產(chǎn)大量含SO2的廢氣，低品位燃料燃燒后廢氣中也含有SO2。某些工廠的廢液、污泥如金屬加工廠的酸洗液、石油煉廠的廢酸、污泥等都可以用來(lái)生產(chǎn)硫酸。利用工業(yè)廢物制造硫酸具有非常重大的意義，它不僅處理了有害廢物，而且使制酸成本大為降低。目前使用較多的廢氣主要是治金廠廢氣，用冶金廢氣生產(chǎn)的硫酸占總產(chǎn)量的比例：全世界為15%，日本和加拿大為60%和59%。我國(guó)近年來(lái)使用冶金廢氣生產(chǎn)硫酸發(fā)展很快。例如江西貴溪冶煉廠，利用煉銅廢氣生產(chǎn)硫酸，已成為我國(guó)單系列產(chǎn)量最大的硫酸廠。我國(guó)利用冶煉廢氣生產(chǎn)硫酸的比重已從1983年的11%上升到1986年的20%。

對(duì)于一個(gè)硫酸廠來(lái)講，究竟應(yīng)該采用哪種原料進(jìn)行生產(chǎn)，主要決定于該原料是否可以經(jīng)濟(jì)地大量獲得。在我國(guó)，主要原料仍然是硫鐵礦，但隨著工業(yè)的發(fā)展，其他原料如工業(yè)廢物及硫由于生產(chǎn)成本較低，所占的比重將越來(lái)越大。

三、生產(chǎn)硫酸工藝條件的優(yōu)化 反應(yīng)的物理化學(xué)基礎(chǔ)說(shuō)明，二氧化硫的氧化是一個(gè)可逆、放熱、體積變小、活化能較大的反應(yīng)。在催化劑的作用下，可以有實(shí)際意義的反應(yīng)速率。催化劑的活性溫度為430～600℃，在430℃時(shí)，可以獲得96%以上的實(shí)際轉(zhuǎn)化率。既然轉(zhuǎn)化率已相當(dāng)高就應(yīng)該采用一次通過(guò)流程，未轉(zhuǎn)化的尾氣如不進(jìn)行綜合利用，勢(shì)必排放，這樣既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。因此從提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益這一目標(biāo)考慮，工藝條件應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高實(shí)際轉(zhuǎn)化率。但實(shí)際轉(zhuǎn)化率又不能太高，因?yàn)檫€需兼顧反應(yīng)速率以免投資和操作費(fèi)用過(guò)大。

1.反應(yīng)溫度

優(yōu)化的反應(yīng)溫度必須在催化劑活性范圍以內(nèi)。根據(jù)可逆、放熱反應(yīng)的特點(diǎn)，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)溫度應(yīng)該高些例如580℃,以爭(zhēng)取獲得較大的反應(yīng)速率，反應(yīng)后期反應(yīng)溫度應(yīng)該低一些，例如430～440℃，以獲得較高的轉(zhuǎn)化率。圖1為不同轉(zhuǎn)化率時(shí)的最優(yōu)反應(yīng)溫度線和平衡溫度線。?

圖1 平衡溫度線與最優(yōu)反應(yīng)溫度線

2.最終轉(zhuǎn)化率

提高轉(zhuǎn)化率是優(yōu)化的主要目標(biāo)，轉(zhuǎn)化率應(yīng)該越大越好。轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，許多設(shè)備的生產(chǎn)能力越大，環(huán)保費(fèi)用越少，生產(chǎn)成本越低。但是轉(zhuǎn)化率越大，反應(yīng)速率越小，所需催化劑和反應(yīng)器的設(shè)備費(fèi)也越大(見(jiàn)圖2)。既然轉(zhuǎn)化率對(duì)生產(chǎn)成本有雙重的、相反的影響，當(dāng)生產(chǎn)成本對(duì)轉(zhuǎn)化率作圖時(shí)，必將會(huì)有一個(gè)最低點(diǎn)(圖3)。這個(gè)最低點(diǎn)就是最優(yōu)轉(zhuǎn)化率。在二氧化硫的初始濃度為8%以及其他生產(chǎn)條件下，最優(yōu)轉(zhuǎn)化率是97.7%。

如果二氧化硫的初始濃度為8%，轉(zhuǎn)化率為97.7%。這時(shí)尾氣所含的二氧化硫的濃度將超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)，必然另外采取廢氣治理措施。新建工廠常采用兩次轉(zhuǎn)化的辦法。它采用的初始濃度為10%，第一次轉(zhuǎn)化率為95%左右，反應(yīng)生成的三氧化硫被吸收為硫酸，然后再進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。如果第二次的轉(zhuǎn)化率也是95%，則總轉(zhuǎn)化率將達(dá)到99.75%。轉(zhuǎn)化率為99.75%的尾氣含二氧化硫的濃度是低于排放標(biāo)準(zhǔn)的。

綜上所述，兩次轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)是十分突出的：初始濃度大，反應(yīng)速率快(轉(zhuǎn)化率為95%時(shí)的反應(yīng)速率比97.7%差不多快一倍)，生產(chǎn)能力大(差大多要增產(chǎn)30%)，不需治理廢氣。當(dāng)然兩次轉(zhuǎn)化法也有缺點(diǎn)，例如需要增加一套吸收裝置，需要較大的換熱器，由于流程加長(zhǎng)，動(dòng)力費(fèi)也必須有所增加等，但與優(yōu)點(diǎn)相比，這畢竟是次要的，因此新建硫酸廠一般都采用兩次轉(zhuǎn)化法。

圖2 轉(zhuǎn)化率與催化劑用量

圖3 轉(zhuǎn)化率與成本

不過(guò)當(dāng)原料氣的二氧化硫的濃度很低時(shí)，兩次轉(zhuǎn)化法并不適用，因?yàn)榉磻?yīng)放出的熱量太少，吸收時(shí)由于冷卻損失的熱量較多，不足以使氣體再次升溫進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。兩次轉(zhuǎn)化法是提高可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的一種非常有效的方法。兩次轉(zhuǎn)化法可以應(yīng)用于類似的生產(chǎn)中(例如油脂的水解)。不過(guò)，它必須以第一次轉(zhuǎn)化與第二次轉(zhuǎn)化之間的未反應(yīng)物與產(chǎn)物的分離比較徹底且容易進(jìn)行為前提。

3.反應(yīng)壓強(qiáng)

加壓雖然可以提高平衡轉(zhuǎn)化率，但實(shí)際轉(zhuǎn)化率已很高，加壓需要增加動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)上并不合算，一般工廠都是常壓法生產(chǎn)。但是加壓可以提高轉(zhuǎn)化率，使尾氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且還可以提高產(chǎn)量，使投資費(fèi)降低，目前僅法國(guó)，加拿大，日本有少數(shù)工廠采用加壓法，壓強(qiáng)為0.5～3 MPa。

4.原料氣組成

常壓兩次轉(zhuǎn)化法所用的原料氣含SO2一般為10～12%。與此相對(duì)應(yīng)O2的濃度為8～6%,這是用硫鐵礦和空氣為原料，采用沸騰爐所能夠得到的濃度。為了提高SO2轉(zhuǎn)化率和加快反應(yīng)速率，原料氣摻入少量空氣，使SO2降為8～10%，氧上升為10～8%。近年來(lái)，有色冶煉廠采用富氧、純氧冶金法。煙氣含二氧化硫的濃度可達(dá)到20%，甚至40%。采用這種煙氣制酸，可以大幅度地提高反應(yīng)速率和設(shè)備的生產(chǎn)能力，這是硫酸生產(chǎn)的新動(dòng)向。

5.空速

為了提高轉(zhuǎn)化率，空速不宜太大，一般的采用不循環(huán)流程的氣固催化反應(yīng)的空速為

200～1000 h。具體的選擇取決于催化劑的活性，對(duì)于二氧化硫的催化氧化，空速約600～ 700 h。

四、硫酸的用途

硫酸是化學(xué)工業(yè)中重要產(chǎn)品之一，是許多工業(yè)生產(chǎn)所用的重要原料。硫酸常列為國(guó)家主要重工業(yè)產(chǎn)品之一。

硫酸的用途十分廣泛，主要有下列幾方面：

化肥工業(yè)：硫酸與氨反應(yīng)生成硫酸銨(肥田粉)，與磷礦粉反應(yīng)生成過(guò)磷酸鈣，每生產(chǎn)一噸硫酸銨要消耗750 kg硫酸；一噸過(guò)磷酸鈣要消耗360 kg硫酸。近年來(lái)，已逐漸用其他氮肥如尿素、碳酸氫銨、氨水、硝酸銨等代替硫酸銨，使硫酸用于生產(chǎn)氮肥的用量有所減少，但硫酸用于磷肥仍在增長(zhǎng)。目前化肥工業(yè)(主要是磷肥)仍然是硫酸的最大用戶，國(guó)外化肥用酸約占硫酸總消費(fèi)量的40%，我國(guó)化肥用酸約占60%。

有機(jī)合成工業(yè)：在有機(jī)合成工業(yè)中要用硫酸生產(chǎn)各種磺化產(chǎn)品、硝化產(chǎn)品，如每生產(chǎn)一噸錦綸需發(fā)煙硫酸1.7噸；一噸TNT消耗360 kg硫酸。

石油工業(yè)：石油產(chǎn)品精煉時(shí)要用硫酸除去產(chǎn)品中的不飽和烴等，例如每噸柴油要消耗 31 kg硫酸。

金屬工業(yè)：金屬銅、鋅、鎘、鎳的精煉，其電解液需用硫酸配制；電鍍、搪瓷工業(yè)需用酸洗去其表面的鐵銹和氧化鐵。

無(wú)機(jī)鹽工業(yè)：在無(wú)機(jī)鹽工業(yè)中，硫酸作為一種最易大量獲得、價(jià)格低廉的酸，用以生產(chǎn)各種硫酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽等。

原子能工業(yè)：大量硫酸用于離子交換法提取鈾。

五、工業(yè)上制備硫酸，為什么要用98.3%的硫酸來(lái)吸收SO3，而不是用水或其他濃度的硫酸？

因?yàn)楣I(yè)上對(duì)三氧化硫的吸收，既要速度快，又要使SO3吸收完全，還希望得到濃硫酸或發(fā)煙硫酸。

當(dāng)用水或稀硫酸來(lái)吸收SO3時(shí)，由于在水(或稀硫酸)表面上有大量水蒸氣，它立即與SO3分子化合成氣態(tài)硫酸分子。它們來(lái)不及被水吸收就互相凝聚成霧滴——酸霧。它比三氧化硫的顆粒大，擴(kuò)散速度慢，不易被水吸收，使吸收不完全。

為了不使三氧化硫在吸收過(guò)程中形成酸霧應(yīng)該采用液面上不含水蒸氣或少含水蒸氣的硫酸；又為了使三氧化硫盡可能吸收完全，還應(yīng)該采用不含三氧化硫蒸氣或三氧化硫蒸氣最少的硫酸。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得98.3%的濃硫酸兼有以上二個(gè)特點(diǎn)。濃度大于98.3%的硫酸，雖然液面上基本沒(méi)有水蒸氣，但有三氧化硫；濃度小于98.3%的硫酸，液面上雖然基本沒(méi)有三氧化硫但有水蒸氣；硫酸濃度越大，三氧化硫就越多；硫酸濃度越小，水蒸氣就越多，只有98.3%的硫酸液面上水蒸氣和三氧化硫都很少。所以用98.3%的硫酸吸收三氧化硫。

六、發(fā)煙硫酸、純硫酸、濃硫酸、稀硫酸有何區(qū)別和聯(lián)系？ 將SO3氣體溶解在濃硫酸中所成的溶液稱為發(fā)煙硫酸。發(fā)煙硫酸暴露在空氣中時(shí)，揮發(fā)出的SO3氣體和空氣中的水蒸氣形成硫酸的小液滴而發(fā)煙。發(fā)煙硫酸的脫水性、吸水性和氧化性都比濃硫酸更強(qiáng)。在硫酸工業(yè)上常用98.3%的硫酸來(lái)吸收SO3，得到發(fā)煙硫酸，再用92.3%硫酸來(lái)稀釋發(fā)煙硫酸，得到市售的98.3%濃硫酸。

純硫酸是無(wú)色油狀液體，100%的純硫酸幾乎不導(dǎo)電。加熱純硫酸放出SO3直至酸的濃度降低至98.3%，此時(shí)沸點(diǎn)為338℃，再繼續(xù)加熱，硫酸的濃度不變，所以不能用蒸發(fā)的方法得到無(wú)水硫酸。

市售的濃硫酸一般含有H2SO4為96～98%,比重1.84克/毫升，相當(dāng)于18摩/升。具有強(qiáng)烈的吸水性、氧化性、脫水性，能把鐵、鋁鈍化。

通常用來(lái)制取氫氣的稀硫酸其濃度約為3～4摩/升，具有酸的通性，無(wú)吸水性、脫水性，－1－能和鐵、鋁劇烈反應(yīng)放出H2。

七、怎樣用關(guān)系式法解有關(guān)接觸法生產(chǎn)硫酸的問(wèn)題？

例如：以硫鐵礦為原料，用接觸法制硫酸，若燃燒硫鐵礦中硫的損失率為10%,SO2氧化時(shí)的轉(zhuǎn)化率為90%,SO3的吸收率為95%。生產(chǎn)20噸98%的濃硫酸，需含F(xiàn)eS2 75%的硫鐵礦多少噸？

解由FeS2制H2SO4的三個(gè)反應(yīng)方程式得出下列關(guān)系式：

燃燒硫鐵礦硫的損失率10%可視為FeS2的利用率為90%,SO2的轉(zhuǎn)化率、SO3的吸收率都可視為FeS2的利用率。

設(shè)：需含F(xiàn)eS2 75%的硫鐵礦為x噸。則：

FeS2

～

2H2SO4

120

2×98 x·75%·90%·90%·95%

20×98% 所以120×20×98%=x·75%·90%·90%·95%×2×98 所以x=20.8噸

答：需75%的FeS2的硫鐵礦20.8噸。

第三篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊(cè) 第五單元 硫酸工業(yè) 第一節(jié)接觸法制硫酸(第一課時(shí))

第五單元

硫酸工業(yè) 第一節(jié)

接觸法制硫酸

●教學(xué)目標(biāo)

1.使學(xué)生了解接觸法制硫酸的化學(xué)原理、原料、生產(chǎn)流程和典型設(shè)備。

2.通過(guò)二氧化硫接觸氧化條件的討論，復(fù)習(xí)鞏固關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。

●教學(xué)重點(diǎn)

二氧化硫的接觸氧化?！窠虒W(xué)難點(diǎn)

SO2的接觸氧化和SO3的吸收?！窠虒W(xué)方法

討論、分析、設(shè)疑、講解?！裾n時(shí)安排 共兩課時(shí)。

第一課時(shí)：工業(yè)上制硫酸的反應(yīng)原理，原料及主要生產(chǎn)過(guò)程。

第二課時(shí)：SO2接觸氧化的最佳反應(yīng)條件的討論及化工生產(chǎn)的工藝條件。●教學(xué)用具

投影儀、膠片、大屏幕 接觸室模型 ●教學(xué)過(guò)程

第一課時(shí)

［引言］我們知道，硫酸是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中一種常用的試劑，同時(shí)，硫酸工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中也占有重要的地位，是許多工業(yè)生產(chǎn)所用的重要原料，如化肥工業(yè)、有機(jī)合成工業(yè)、石油工業(yè)、金屬工業(yè)、無(wú)機(jī)鹽工業(yè)、原子能工業(yè)等都要消耗大量的硫酸，因而硫酸的消費(fèi)量常視為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)水平的標(biāo)志。硫酸如此重要，工業(yè)上是如何生產(chǎn)硫酸的呢？這就是本章我們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

［板書］第五單元

硫酸工業(yè)

［引言］硫酸是最早的工業(yè)產(chǎn)品之一。硫酸的生產(chǎn)始于10世紀(jì)，發(fā)展至今，接觸法制硫酸已成為一個(gè)成熟的工藝，被世界各國(guó)廣泛采用。下面，我們就來(lái)學(xué)習(xí)接觸法制硫酸。

［板書］第一節(jié)

接觸法制硫酸 ［師］首先，請(qǐng)大家根據(jù)已學(xué)知識(shí)，來(lái)推測(cè)制取硫酸的反應(yīng)原理。并用化學(xué)方程式表示出來(lái)。

［教師板書］

一、反應(yīng)原理

［學(xué)生思考，請(qǐng)一位同學(xué)上黑板書寫］ ［學(xué)生板書］1.S＋O2===SO2

3.SO3＋H2O===H2SO4

［注，基本上所有同學(xué)都是寫的以上反應(yīng)］

［教師評(píng)講］大家所寫反應(yīng)，實(shí)際上就是以硫?yàn)樵现迫×蛩岬姆磻?yīng)原理。從以上化學(xué)反應(yīng)方程式可以看出，以硫?yàn)樵现迫×蛩嵋?jīng)歷三個(gè)反應(yīng)歷程：即首先是硫氧化為二氧化硫，然后再將二氧化硫進(jìn)一步氧化為三氧化硫，最后，把得到的三氧化硫用水吸收即得硫酸。

［講述］世界上硫酸的生產(chǎn)主要以硫?yàn)樵希昧蜃髟蠒r(shí)雜質(zhì)少，生產(chǎn)比較簡(jiǎn)單，成本要比其他原料低得多。但我國(guó)由于硫資源缺乏，而且開(kāi)采條件比較復(fù)雜，現(xiàn)階段我國(guó)硫酸的生產(chǎn)原料以黃鐵礦(主要成分為FeS2)為主，部分工廠用有色金屬冶煉廠的煙氣、礦產(chǎn)硫黃或從石油、天然氣脫硫獲得硫黃作原料。

已知硫鐵礦的主要成分是二硫化亞鐵。

［草板書］FeS2 ［繼續(xù)講解］它在高溫下和空氣反應(yīng)可生成氧化鐵和二氧化硫，請(qǐng)大家寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。

［學(xué)生活動(dòng)，教師巡視］

［請(qǐng)一位同學(xué)上黑板寫出，并板書于黑板上S＋O2===SO2反應(yīng)方程式的下面］

高溫［學(xué)生板書］4FeS2＋11O2?????2Fe2O3＋8SO2

［注：學(xué)生在書寫上述化學(xué)方程式時(shí)，一般在配平上有一定的困難，常需教師指導(dǎo)或講解］

［過(guò)渡］下面，是世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成和我國(guó)硫酸生產(chǎn)原料構(gòu)成的部分統(tǒng)計(jì)數(shù)字，請(qǐng)大家參閱：

［投影］1.世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成：

2.我國(guó)硫酸生產(chǎn)原料的構(gòu)成

1988～1992年中國(guó)硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成/%

［講解］以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸或以其他物質(zhì)為原料生產(chǎn)硫酸，其反應(yīng)的第一步都是為了制得SO2，如以石膏為原料的第一步反應(yīng)就是：

［草板書］2CaSO4＋C????2CaO＋2SO2↑＋CO2

［講解］生產(chǎn)硫酸采用哪種原料生產(chǎn)，主要取決于該原料是否可以經(jīng)濟(jì)地大量獲得。世界上生產(chǎn)硫酸主要以硫作原料，我國(guó)目前生產(chǎn)硫酸的原料仍主要是黃鐵礦。

［過(guò)渡］剛剛我們學(xué)習(xí)了制取硫酸的反應(yīng)原理，那么，工業(yè)上是如何將這一原理付諸于實(shí)踐的呢？

下面，我們就來(lái)認(rèn)識(shí)一下工業(yè)生產(chǎn)硫酸的工藝流程。［板書］

二、工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)流程。

?

［承接］工業(yè)上制硫酸主要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)途徑： ［板書］

［講解］由以上制取硫酸的反應(yīng)原理可知，硫酸生產(chǎn)的第一階段是制SO2氣體。將硫磺或經(jīng)過(guò)粉碎的黃鐵礦放在專門的燃燒爐中，利用空氣中的氧氣使其燃燒，制得二氧化硫。工業(yè)上被之為“造氣”。

［過(guò)渡］以黃鐵礦為原料制取SO2的設(shè)備叫沸騰爐。

［投影］沸騰爐示意圖

［設(shè)問(wèn)］沸騰爐的名稱是怎么得來(lái)的呢？ 請(qǐng)大家從課本上找出答案。

［學(xué)生閱讀課文］

［學(xué)生回答］當(dāng)黃鐵礦在燃燒爐內(nèi)燃燒時(shí)，從爐底通入強(qiáng)大的空氣流，在爐內(nèi)一定空間內(nèi)，把礦粒吹得劇烈翻騰，好像“沸騰著的液體”。因此，人們把這種燃燒爐叫做“沸騰爐”。

［討論］黃鐵礦燃燒時(shí)為什么要粉碎成細(xì)小的礦粒，并且在燃燒爐中通入強(qiáng)大的空氣流使之“沸騰”呢？ ［學(xué)生回答］

［教師小結(jié)］礦石粉碎成細(xì)小的礦粒，是為了增大與空氣的接觸面積，通入強(qiáng)大的空氣流為使礦粒燃燒得更充分，從而提高原料的利用率。

［設(shè)問(wèn)］黃鐵礦經(jīng)過(guò)充分燃燒，以燃燒爐里出來(lái)的氣體叫做“爐氣”。但這種爐氣往往不能直接用于制取SO3，這是為什么呢？請(qǐng)大家閱讀課本回答。

［學(xué)生閱讀課本后回答］這是因?yàn)闋t氣中常含有很多雜質(zhì)，如N2，水蒸氣，還有砷、硒的化合物及礦塵等。這些雜質(zhì)有些是對(duì)生產(chǎn)不利的，如砷硒的化合物、礦塵能夠使下一步氧化時(shí)的催化劑中毒，水蒸氣對(duì)設(shè)備也有不良影響，因此爐氣必須經(jīng)過(guò)凈化、干燥處理。

［思考］若用燃燒硫黃制得的爐氣的成分有哪些？需凈化和干燥處理嗎？

［答案］用硫黃為原料制得的爐氣成分主要有SO2、O2、N2等，雜質(zhì)較少，不需處理。［講述］經(jīng)凈化、干燥的爐氣其成分及組成為：SO

27%;O2

11%;N2

82%。［投影］經(jīng)凈化、干燥的爐氣成分：

(注：為體積分?jǐn)?shù))

［議一議］1.N2對(duì)硫酸生產(chǎn)沒(méi)有用處，為什么不除去？

2.工業(yè)生產(chǎn)上為什么要控制條件使SO2、O2處于上述比例呢？ ［學(xué)生分組討論：并互相交流討論結(jié)果］

［答案］1.N2對(duì)硫酸的生產(chǎn)沒(méi)有用處，但也沒(méi)有不利之處，若要除去，勢(shì)必會(huì)增加生產(chǎn)成本，從綜合經(jīng)濟(jì)效益分析沒(méi)有除去的必要。

2.這樣的比例是增大反應(yīng)物中廉價(jià)的氧氣的濃度，而提高另一種反應(yīng)物二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，從而有利于SO2的進(jìn)一步氧化。

［小結(jié)］這節(jié)課我們主要介紹了接觸法制硫酸的反應(yīng)原理、生產(chǎn)過(guò)程、硫酸生產(chǎn)原料的選擇及硫酸生產(chǎn)第一階段即造氣階段的生產(chǎn)要求。在原料的選擇及造氣階段，我們要體會(huì)工業(yè)生產(chǎn)同化學(xué)實(shí)驗(yàn)的區(qū)別。

［布置作業(yè)］復(fù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的知識(shí)。●板書設(shè)計(jì)

第五章

硫酸工業(yè)

第一節(jié)

接觸法制硫酸(第一課時(shí))

一、反應(yīng)原理

點(diǎn)燃1.S＋O2????SO2

高溫4FeS2＋11O2????2Fe2O3＋8SO2

3.SO3＋H2O===H2SO4

二、工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)流程

第四篇：關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論

第二節(jié) 關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論

●教學(xué)目標(biāo)

1.使學(xué)生常識(shí)性地了解化學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)的區(qū)別。

2.使學(xué)生對(duì)于如何提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益有一個(gè)常識(shí)性的認(rèn)識(shí)。3.通過(guò)課堂討論培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力?！窠虒W(xué)重點(diǎn)

以硫酸工業(yè)為例對(duì)化工生產(chǎn)中如何提高經(jīng)濟(jì)效益的討論?！窠虒W(xué)難點(diǎn)

關(guān)于選擇硫酸廠廠址的課堂討論?！窠虒W(xué)方法

討論、自學(xué)、講解等?！裾n時(shí)安排 共一課時(shí) 教具準(zhǔn)備 投影儀、膠片 ●教學(xué)過(guò)程

［引言］前一節(jié)我們學(xué)習(xí)了硫酸生產(chǎn)的原料、流程和典型設(shè)備，并著重討論了二氧化硫接觸氧化反應(yīng)的最佳工藝條件。確切地說(shuō)，這僅僅是模擬化工生產(chǎn)。要想真正將化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)，必須在遵循科學(xué)原理的基礎(chǔ)上著重考慮綜合效益，即要求最大限度地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的化工產(chǎn)品。這同科學(xué)實(shí)驗(yàn)是不同的，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，為了探索某個(gè)重要的原理或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)重要反應(yīng)，有時(shí)可以不惜花費(fèi)大量的時(shí)間和資金。下面，我們就以硫酸工業(yè)為例討論在化工生產(chǎn)中的綜合經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。

［板書］第二節(jié) 關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論

［講解］根據(jù)綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的要求，一個(gè)現(xiàn)代化的化工企業(yè)，應(yīng)該朝著無(wú)廢物排出的“封閉式生產(chǎn)”的方向努力。那么工業(yè)生產(chǎn)上如何實(shí)現(xiàn)上述要求呢？這是工業(yè)生產(chǎn)需要考慮的第一個(gè)問(wèn)題。

［板書］

一、環(huán)境保護(hù)與綜合利用原料

［講解］在化工生產(chǎn)中某一生產(chǎn)部門產(chǎn)生的三廢，即廢氣、廢液、廢渣，往往可能是其他生產(chǎn)部門有用的原料。

［提問(wèn)］硫酸工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生哪些廢物？這些廢物又如何處理呢？ ［學(xué)生回答］

［教師小結(jié)］硫酸生產(chǎn)的第三階段，即三氧化硫的吸收階段從吸收塔中排出含少量二氧化硫的廢氣。黃鐵礦礦粉在沸騰爐中燃燒后產(chǎn)生大量廢渣。爐氣的凈化、干燥過(guò)程中產(chǎn)生廢液。

［講解］這些廢物若隨意排放，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，影響人民身體健康，破壞生態(tài)平衡，不符合綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的要求，而且還會(huì)造成某些原料的浪費(fèi)，不利于降低生產(chǎn)成本，也不利于節(jié)約資源的要求。因此，在建設(shè)硫酸生產(chǎn)車間時(shí)，必須同步建設(shè)處理“三廢”的設(shè)施，盡可能地將三廢變成有用的副產(chǎn)品，實(shí)行綜合利用。同時(shí)使“三廢”的排放符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

［引導(dǎo)］我們首先來(lái)看一下硫酸生產(chǎn)中“廢氣”的處理。［投影］硫酸生產(chǎn)中尾氣的處理

［講解］硫酸生產(chǎn)中尾氣的處理有多種方法，具體采用哪種處理方法，取決于副產(chǎn)品的市場(chǎng)需求、成本核算等實(shí)際情況。

［過(guò)渡］請(qǐng)同學(xué)們完成上述化學(xué)方程式。［教師巡視］

［學(xué)生口述化學(xué)反應(yīng)，教師板書］ ［板書］1.廢氣處理

①氨水吸收，再用硫酸處理 SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3

(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O ②用Na2SO3溶液吸收，然后加熱吸收液 SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3

2NaHSO3????Na2SO3＋SO2↑＋H2O ③用NaOH溶液吸收，再用石灰乳和O2處理 SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O Na2SO3＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋2NaOH 2CaSO3＋O2===2CaSO4

［講解］沸騰爐中產(chǎn)生的廢渣一般可作為制造水泥的輔料或用于制磚。若礦渣中含鐵品位高，經(jīng)處理后作為鐵礦煉鐵，則可獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

［板書］ ?

［講解］生產(chǎn)中產(chǎn)生的含有硫酸的廢液，經(jīng)處理后可作為劣質(zhì)硫酸出售，也可用石灰乳中和制得副產(chǎn)品石膏。

［板書］

Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O ［轉(zhuǎn)引］許多化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，化工生產(chǎn)中若能充分利用反應(yīng)熱，這對(duì)降低生產(chǎn)成本具有重要的意義。

［板書］

二、能量的充分利用

［過(guò)渡］硫酸工業(yè)生產(chǎn)中如何充分利用能量呢？

［師］下面是硫酸生產(chǎn)過(guò)程中所涉及的三步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。［投影］

1.S(s)＋O2(g)===SO2(g);ΔH=－297 kJ/mol 高溫111FeS2(s)＋O2(g)?????Fe2O3(s)＋2SO2(g);ΔH=－853 kJ/mol 423.SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l);ΔH=－130.3 kJ/mol ［師］很明顯，上述反應(yīng)均為典型的放熱反應(yīng)，假如我們能把這些熱量充分利用，有什么重要的意義呢？

請(qǐng)大家看以下投影資料。

［投影并講解］硫酸生產(chǎn)過(guò)程中要消耗大量的能量。例如，開(kāi)動(dòng)機(jī)器設(shè)備(礦石粉碎機(jī)、運(yùn)輸裝置、鼓風(fēng)機(jī)、泵等)需要電能，維持接觸氧化適宜的溫度(400℃～500℃)需要熱能。由于硫酸生產(chǎn)過(guò)程中三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，可以充分利用這些反應(yīng)放出的熱能以降低生產(chǎn)成本。例如，在沸騰爐旁設(shè)置“廢熱”鍋爐，產(chǎn)生蒸氣來(lái)發(fā)電；在接觸室中設(shè)熱交換裝置，利用SO2氧化為SO3時(shí)放出的熱來(lái)預(yù)熱即將參加反應(yīng)的SO2和O2，使其達(dá)到適宜的反應(yīng)溫度。據(jù)測(cè)算，生產(chǎn)1 t硫酸約需消耗100 kW·h的電能，而相應(yīng)量反應(yīng)物在 生產(chǎn)過(guò)程中放出的反應(yīng)熱相當(dāng)于200 kW·h的電能。

［講解］以上資料顯示：硫酸生產(chǎn)中如能充分利用“廢熱”，則不僅不需要由外界向硫酸廠供應(yīng)能量，而且還可以由硫酸廠向外界輸送大量的能量。

［板書］若充分利用“廢熱”，則不僅不需要由外界向工廠供能，而且還可以由工廠向外界供能。

［過(guò)渡］以上我們實(shí)際上是從物質(zhì)和能量的充分利用討論了工業(yè)生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。下面我們討論硫酸生產(chǎn)規(guī)模和廠址的選擇問(wèn)題。

［板書］

三、生產(chǎn)規(guī)模和廠址選擇

［講解］現(xiàn)代化工生產(chǎn)一般要求有較大的規(guī)模。因?yàn)榇笮突a(chǎn)可以降低單位產(chǎn)量投資，便于熱能的綜合利用和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，因而總的經(jīng)濟(jì)效益較大。

［投影］據(jù)報(bào)道，國(guó)外一套年產(chǎn)40萬(wàn)噸的硫磺制硫酸裝置比年產(chǎn)20萬(wàn)噸的裝置成本降低14%；我國(guó)一套年產(chǎn)10萬(wàn)噸的黃鐵礦制酸裝置比年產(chǎn)3萬(wàn)噸的裝置成本降低23%。

［小結(jié)］考慮我國(guó)的實(shí)際情況，有關(guān)部門主張，在一般情況下，應(yīng)發(fā)展年產(chǎn)4萬(wàn)噸以上的制硫酸裝置。

［板書］1.生產(chǎn)規(guī)?！戤a(chǎn)4萬(wàn)噸以上。

［過(guò)渡］化工廠廠址選擇是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場(chǎng)需求、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)等諸多因素。

［投影］影響化工廠選址的部分因素：

［過(guò)渡］為什么要考慮上述那么多的因素呢？請(qǐng)大家以硫酸廠廠址選擇為例予以說(shuō)明。

［提示大家閱讀課本最后兩個(gè)自然段進(jìn)行回答］

［學(xué)生閱讀完有關(guān)內(nèi)容后回答］硫酸是一種腐蝕性液體，不能像普通固體化工產(chǎn)品那樣可以較多地貯存，需要隨產(chǎn)隨銷。硫酸的運(yùn)輸費(fèi)用比較高。據(jù)估算1 t H2SO4的運(yùn)價(jià)約為同質(zhì)量黃鐵礦礦石的三倍。這樣就決定了硫酸廠靠近消費(fèi)中心比靠近原料產(chǎn)地更為有利。因此，考慮到綜合經(jīng)濟(jì)效益，硫酸廠廠址離硫酸消費(fèi)中心不能太遠(yuǎn)。在決定建廠規(guī)模時(shí)，可以考慮在消費(fèi)中心建廠規(guī)模大些，在邊遠(yuǎn)或硫酸用量不多的地區(qū)，建廠規(guī)模小些。

環(huán)保問(wèn)題是硫酸廠選址的另一個(gè)重要因素。硫酸廠對(duì)環(huán)境的污染是比較嚴(yán)重的。限于當(dāng)前的技術(shù)水平，即使十分注意“三廢”處理，也難以達(dá)到較高的環(huán)保要求。因此，硫酸廠不應(yīng)建在人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū)。

［教師總結(jié)板書］2.廠址選擇——原料、水源、能源、交通、土地供應(yīng)、市場(chǎng)需求等。

［過(guò)渡］運(yùn)用我們剛才學(xué)過(guò)的知識(shí)討論兩個(gè)問(wèn)題。［投影］

1.在以下條件下，你認(rèn)為A城市該不該建硫酸廠？

(1)A城市郊區(qū)有豐富的黃鐵礦資源，水源、能源充足，交通方便。

(2)A城市需使用硫酸的工業(yè)不多，而離它遠(yuǎn)的B城市卻是一個(gè)消耗硫酸甚多的工業(yè)城市。(3)A城市是一個(gè)風(fēng)光秀麗的旅游城市，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求甚高，而且土地價(jià)格較貴，土地供應(yīng)緊張。

［學(xué)生討論回答］

［講解］我們對(duì)三個(gè)條件要全面分析：第一個(gè)條件有利于在A城市建硫酸廠；第二個(gè)條件從市場(chǎng)需求和運(yùn)輸成本考慮，在A城市建廠不如在B城市建廠；第三個(gè)條件從根本上否定了在A城市建廠的設(shè)想。因?yàn)橐粋€(gè)風(fēng)光秀麗的旅游城市，對(duì)環(huán)保的要求一定很高。而且該地的土地價(jià)格也較貴。如果在該地建污染比較嚴(yán)重的硫酸廠，必然破壞旅游資源，得不償失。所以應(yīng)該在B城市建硫酸廠，再運(yùn)輸少量硫酸到A城市供應(yīng)生產(chǎn)的需要，這樣的資源配置比較合理。

［投影］

2.有人建議在C地建一個(gè)大型磷肥廠，并配套建一個(gè)大型硫酸廠。分析以下情況，判斷此建議是否合理。

(1)C地是重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，需消耗大量的肥料。

(2)C地有豐富的磷灰石礦藏，水源、能源充足，土地價(jià)格較低，土地供應(yīng)充足，交通方便。

(3)磷肥是由磷灰石［有效成分是Ca3(PO4)2］與H2SO4作用制得的，制造磷肥需消耗大量的硫酸。

(4)C地?zé)o磷肥廠和硫酸廠，在相鄰的D地有豐富的黃鐵礦資源。［學(xué)生討論回答］

［講解］題設(shè)有四個(gè)條件。第一個(gè)條件說(shuō)明C地對(duì)于肥料有很大的市場(chǎng)需求。第二個(gè)條件指出C地有豐富的磷礦資源，而且其他條件也很優(yōu)越，適于建大型磷肥廠。第三個(gè)條件指出制造磷肥需消耗大量硫酸，暗示建磷肥廠必須配套建硫酸廠。第四個(gè)條件指出該地?zé)o硫酸廠，而鄰近的D地有豐富的黃鐵礦資源，通過(guò)運(yùn)輸黃鐵礦的方式在C地建硫酸廠是可行的。所以在C地建一個(gè)大型磷肥廠，并配套建一個(gè)大型硫酸廠的建議是正確的。

［布置作業(yè)］習(xí)題

一、2、3

二、1 ●板書設(shè)計(jì)

第二節(jié) 關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論

一、環(huán)境保護(hù)與綜合利用原料 1.廢氣處理

①氨水吸收，再用硫酸處理 SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3

(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O ②用Na2SO3溶液吸收，然后加熱吸收液 SO2＋Na2SO3＋H2O===2NaHSO3

2NaHSO3????Na2SO3＋SO2↑＋H2O ③用NaOH溶液吸收，再用石灰乳和O2處理 SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O Na2SO3＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋2NaOH 2CaSO3＋O2===2CaSO4 ?

Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O

二、能量的充分利用

若能充分利用“廢熱”，則不僅不需要由外界向工廠供能，而且還可以由工廠向外界供能。

三、生產(chǎn)規(guī)模和廠址選擇 1.生產(chǎn)規(guī)模——年產(chǎn)4萬(wàn)噸以上

2.廠址選擇——原料、水源、能源、交通、土地供應(yīng)、市場(chǎng)需求等?！窠虒W(xué)說(shuō)明

過(guò)去課本中關(guān)于化工生產(chǎn)的知識(shí)，只研究它的化學(xué)原理和簡(jiǎn)單生產(chǎn)流程，不研究經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)也就是片面的，本節(jié)內(nèi)容對(duì)化工生產(chǎn)中的一些經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，作了常識(shí)性介紹。目的使學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題有一個(gè)初步的，概括的認(rèn)識(shí)。

教學(xué)中以硫酸工業(yè)為例，從環(huán)境保護(hù)和綜合利用原料，合理利用能量以及化工生產(chǎn)的規(guī)模和廠址選擇三個(gè)方面展開(kāi)討論，將化工生產(chǎn)知識(shí)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)觀念密切結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，這對(duì)于他們今后參加社會(huì)主義建設(shè)極為有用。

在教學(xué)策略上本課盡可能采用資料、投影多媒體等教學(xué)手段，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)閱讀、討論、講解等教學(xué)方法，訓(xùn)練學(xué)生思維和閱讀能力，同時(shí)增進(jìn)師生之間，學(xué)生之間的交流與合作。

第五篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊(cè) 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第二節(jié)氯堿工業(yè)(備課資料)

●備課資料

1.用培養(yǎng)皿做電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn) ［操作］

(1)在直徑為12厘米的培養(yǎng)皿里加入30毫升蒸餾水，用碳棒作電極制成電解槽。電路里串聯(lián)2.5伏的小電珠，接通20～30伏直流電源，如右圖所示。

(2)向培養(yǎng)皿里的水中滴加飽和硝酸鉀溶液，邊滴邊攪拌，到電珠燈絲剛好出現(xiàn)極微弱的紅光，停止滴加，并關(guān)掉電源。

(3)在培養(yǎng)皿中央放入一粒高錳酸鉀晶體，并接通電源。可以看到隨著高錳酸鉀的溶解、分散，離子的增多和定向移動(dòng)，電珠由暗到明的同步變化。

2.趣味電解實(shí)驗(yàn)

藥品：0.001 mol·L－1 AgNO3溶液，濃氨水

儀器：培養(yǎng)皿，滴管，鉑電極兩個(gè)，穩(wěn)定電源一個(gè)

過(guò)程(1)在培養(yǎng)皿中加入足量的AgNO3溶液，滴入濃氨水至沉淀溶解為止。

(2)將陽(yáng)極伸入溶液，浸沒(méi)在容器一側(cè)；陰極在容器另一側(cè)，僅與溶液表面接觸，如下圖。

(3)通6 V電源。現(xiàn)象：可以清晰地看到通電以后，在與陰極接觸的溶液部位剛開(kāi)始產(chǎn)生一點(diǎn)銀白色的金屬，接著便迅速地開(kāi)始向著陽(yáng)極生長(zhǎng)，類似于古生橛子類植物葉子的形狀。

注意點(diǎn)：(1)電解液中，［Ag＋］不能大。

(2)為使現(xiàn)象明顯，便于全班學(xué)生觀察，最好使用實(shí)物投影儀器。

3.課題研究示例

提高實(shí)驗(yàn)室電解水制備氫氣效率方法的探索 背景資料：

在實(shí)驗(yàn)室制備氫氣過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)電解水效率不高的問(wèn)題。如何有效提高水的轉(zhuǎn)化率呢？

實(shí)驗(yàn)要求：

1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，并闡述影響電解水轉(zhuǎn)化率的因素及其改進(jìn)措施； 2.能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行較為詳細(xì)地分析。

參考答案：

實(shí)驗(yàn)原理和成敗關(guān)鍵：電解是在外電源作用下被迫發(fā)生的氧化還原過(guò)程。水在通直流電時(shí)，在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在陽(yáng)極上氫氧根離子失去電子，放出氧氣。在陰極上，氫離

子獲得電子，產(chǎn)生氫氣。從理論上講，所產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比恰好為2∶1。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)兩種氣體的體積比與理論上存在偏差的現(xiàn)象(氧氣的體積偏小，氫氣的體積偏大)。造成這種結(jié)果的原因是多方面的，但其中最主要的是氫和氧在電極上析出時(shí)的超電勢(shì)(相當(dāng)于物理中的反電動(dòng)勢(shì))。影響電極析出氣體的超電勢(shì)的因素可以有以下幾個(gè)方面：

1.電流密度：同一種電極，作用在它上面的電流密度小，則超電勢(shì)也較小。下面是幾種常用電極從濃度為1 mol/L H2SO4溶液中析出氫時(shí)的超電勢(shì)(見(jiàn)下表)：

不同金屬電極上從1 mol/L H2SO4溶液中析出氫的超電勢(shì)

2.電極的活性：由上表可以看出，較活潑的金屬比活潑性稍差的金屬作電極時(shí)，它的析出超電勢(shì)要高；

3.析氧的超電勢(shì)一般比析氫高，如以Pt為電極稀硫酸為電解液，析出氧的超電勢(shì)均為 0.5 V。

由以上幾點(diǎn)分析可知，以稀H2SO4作電解液時(shí)，為了確保電解過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比為2∶1，應(yīng)該盡可能選用不活潑的金屬(或石墨)作為電極；適當(dāng)增大電流密度(升高電壓)使析出氫、氧的超電勢(shì)的差距縮小，兩種氣體基本上同時(shí)析出。

在堿性條件下(以NaOH或KOH為電解質(zhì))電解水時(shí)，因多數(shù)電極不易與溶液發(fā)生反應(yīng)，而且氣體析出的超電勢(shì)差距不大，只要電流密度稍大(電壓略高)，對(duì)電極要求不高。

操作要點(diǎn)：

1.自制霍夫曼式電解器。

(1)自制裝置

①取一段長(zhǎng)10 cm內(nèi)徑約4 cm的粗玻璃管(如廢日光燈管)。上下口各配一適當(dāng)大小的橡膠塞。在上口的膠塞上安裝兩支堿式滴定管，下面的膠塞上安裝上一個(gè)直角(或U形)玻璃管，再插上兩個(gè)曲別針(作電極)。將裝置固定在鐵架臺(tái)上。用一根長(zhǎng)玻璃管將一個(gè)漏斗和直角玻璃管連接起來(lái)，使漏斗的上口超過(guò)堿式滴定管的滴液口。

②調(diào)整滴定管的位置，使它們離下面膠塞的距離約1 cm，曲別針正好在滴定管的中間。(2)電解操作：

①擠壓滴定管上的乳膠管，將濃度為10%的NaOH溶液從漏斗中注入，使溶液充滿兩支滴定管。

②將直流電源的正、負(fù)極分別與電解器上的兩個(gè)電極(曲別針)相連。接通電源，可以立即看到在兩極上幾乎同時(shí)有氣泡產(chǎn)生。調(diào)整電流在100～200 mA(曲別針電解時(shí)的有效面積約1 cm)一段時(shí)間后，關(guān)閉電源，觀察滴定管中兩種氣體的體積情況。發(fā)現(xiàn)電極與直流電源負(fù)極相連的滴定管，所產(chǎn)生氣體的體積與另一支滴定管中氣體的體積比恰好是2∶1。

③輕輕擠壓氣體較多滴定管上的乳膠管，用火柴點(diǎn)燃排出的氣體，氣體可以安靜地燃燒說(shuō)明是氫氣。再擠壓另一支滴定管上的乳膠管氣體緩緩排出，用帶有余燼的火柴接近該氣體，火柴立即復(fù)燃，說(shuō)明氣體是氧氣。

2.使用簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置。(1)裝置的制作：

①將大口試劑瓶去掉底部，在口上安裝一個(gè)大號(hào)膠塞，膠塞上插入兩支用作電極的曲別針，距離約2 cm左右，制成電解槽。

②將濃度為20%的H2SO4溶液倒入電解槽中(體積不超過(guò)電解槽容積的)，另取兩只帶

322刻度的試管，裝滿電解液，在口上蓋一塊小紙片，倒提著放入電解槽中，使電極伸入到試管內(nèi)部。

③將電解槽上的兩極與直流電源上的正負(fù)極連接好，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，兩電極上同時(shí)有氣體產(chǎn)生并收集在刻度試管中。當(dāng)與電源正極相連的電極上試管中的氣體收集到5 mL刻度線時(shí)立即切斷電源，觀察另一只試管中收集的氣體體積，可以發(fā)現(xiàn)正好在10 mL刻度線處。④將兩個(gè)和刻度試管匹配的膠塞放入電解槽內(nèi)，移動(dòng)試管，在液面下用膠塞將試管口蓋好，取出試管后用清水洗凈。打開(kāi)儲(chǔ)有10 mL氣體的試管，用燃著的火柴放在試管口上，可以聽(tīng)到“噗”的一聲，說(shuō)明是氣體氫氣。取另一儲(chǔ)有5 mL氣體的試管，打開(kāi)膠塞，將帶火星

的木條伸到試管中，木條立刻復(fù)燃，說(shuō)明該氣體是氧氣。而且直觀地看到：水在電解時(shí)產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比是2∶1。