高二化学教案：化工生产过程中的基本问题学案导学

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本文题目：高二化学教案：化工生产过程中的基本问题学案导学

第一单元课题1 化工生产过程中的基本问题学案导学

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

学习过程：

一、依据化学反应原理确定生产过程

1. 工业制备硫酸，要从以下的几个方面考虑

(1)采用的原料应该是自然界中的含物质，如、。

(2)生产过程中，要先使硫元素转化成，再把转化成，再与水反应制得。

2. 思考与交流：工业生产上制备硫酸的基本原理

(1)以S为原料制备SO2

化学反应方程式，(属反应)

(2)利用催化氧化反应将SO2 氧化成SO3

化学反应方程式，(属反应)

(3)三氧化硫转化成硫酸

化学反应方程式，(属反应)

3.工业制硫酸主要生产流程

见课本P5

二、生产中原料的选择

1. 思考与交流：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，用制硫酸优于用制硫酸。

(2)我国天然硫资源，而且开采条件。

(3)我国黄铁矿储量比天然硫要。

(4)硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程、设备、三废少，劳动生产率，易于设备。

(5)由于原料多需进口，硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸，

三、生产中反应条件的控制

1. 硫酸工业生产的三个主要设备是、、。

2.阅读P6表1-1,思考温度较____时,越有利于SO2转化为SO3

二氧化硫催化氧化的反应方程式，属 _____________反应。

思考:是否温度越低越有利于SO2 转化为SO3 ?

2、提示：应选择温度:(1)低温(400~5000C)

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

3.阅读P6表1-2,思考压强的增大,SO2的转化率_____

思考:是否压强越高越好 ?

3、提示：应选择压强:常压注意: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、生产中三废处理

1.如何处理尾气中的SO2?

工业：SO2 CaSO3 SO2 (重新利用)

主要反应式、

。

实验室：SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

2.如何处理废水中的酸性物质?

五、能量的充分利用

1.生产1t硫酸需消耗的电能，硫酸生产的三个过程都是反应，生产1t硫酸放出的反应垫相当于的电能。这些废热的利用，可以向外界输出大量，大大降低生产。

2.可以利用SO2氧化成SO3时放出的热量用来预热。

[课堂巩固提高]

1、下列说法正确的是 ( )

A.合成硫酸的工业尾气可以直接排入大气

B.进入接触室的气体，必须先经净化、干燥

C.从沸腾炉中排出的炉渣可以作为肥料

D.在高温、高压下由和合成

答案：B

2.欲除去气体中含有的气体，应选用的试剂是 ( )

A.品红 B. 饱和溶液

C. 溶液 D.烧碱溶液

答案：B

3.有关二氧化硫的叙述正确的是 ( )

A.二氧化硫不能使溴水、高锰酸钾溶液迅速褪色

B.接触法制硫酸的沸腾炉排出的炉气中含SO2

C.实验室可用启普发生器制取二氧化硫

D.用石灰水很容易区分二氧化碳和二氧化硫

答案：B

4、SO2是重要的大气污染物，大量SO2主要来源 ,SO2不但本身污染大气，它在大气中经尘粒催化，与水、氧气作用，形成危害更大的酸雨，形成酸雨的有关化学方程式为：。

答案：煤和石油的燃烧，金属矿石的冶炼

SO2+O2 2 SO3 SO3+H2O=H2 SO4

5.火力发电厂常用熟石灰吸收煤燃烧产生的SO2气体，并回收制得有用的石膏(CaSO42H2O)则有关反应的化学方程式为。

答案：.Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O 2CaSO3+O2+4H2O=2CaSO42H2O

6、某硫酸厂每天用含 60%的硫铁矿500 t生产硫酸，如果在沸腾炉内损失5%的硫，的转化率为90%。每天能生产98%的硫酸多少吨?

解析：本题主要考查如何处理多步反应过程中原料的损失。沸腾炉中损失5%的硫，转化率为90%这些都可转化为S元素的损失，进而转化为的损失。所以设生产98%的硫酸吨。则由关系式：

120 298

50060%(1-5%)90%

即：

解得吨

答案：每天能生产98%的硫酸吨

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本文题目：高二化学教案：金属材料

● 掌握炼铁、炼钢、电解法制铝的原理。

● 了解金属腐蚀和防护的有关知识。

● 能举例说明金属材料的特点。

● 举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理。

〔知识梳理〕

1.炼铁的原理是利用氧化还原反应，在高温下，，

原料是、、、，产生还原剂的反应是、

，炼铁的反应是，造渣的反应是

、，高炉煤气的成分是。

2.炼钢的原理是，

原料是。写出炼钢过程发生主要反应的化学方程式

。

3.电解铝的原料是铝土矿(主要成分是Al2O3)，提纯Al2O3的方法是：将铝土矿溶解在NaOH溶液，然后往溶液中通入过量的二氧化碳，过滤，灼烧，即得Al2O3，写出上述反应的化学方程式

。

4.冰晶石的化学式为，在电解三氧化铝时，加入冰晶石的作用是

，电解Al2O3的化学方程式为。电解时，阳极产生氧气，碳块要消耗，所以要定时补充碳块。

5.金属的化学腐蚀是指

;金属的电化学腐蚀是指

。

6.钢铁发生电化学腐蚀，主要原因是由于钢铁制品与其接触的电解质溶液构成许多微型的，铁通常作为极，电子发生反应而被腐蚀，其电极反应为。钢铁在大气中的腐蚀通常为腐蚀，其阴极反应式为

。若电解质溶液酸性较强，则发生的是腐蚀，其电极反应式为。

7.电镀是一种特殊的电解，在电镀时，作阴极，作阳极，

作电解质溶液，电镀时，电解质溶液的浓度。如在一把小刀上镀锌，小刀接电源的极，电极反应式为。

〔方法导引〕

1.炼铁和炼钢的主要区别

由铁矿石冶炼成铁，再由铁冶炼成钢，这是冶炼钢铁的必经过程。由于炼铁和炼钢的任务不同，因此采用的原料、利用的化学原理、冶炼设备等也各不相同。现比较如下：

冶炼生铁钢

原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、氧气、生石灰

原理用还原剂在高温下把铁从铁矿石中还原出来用氧化剂在高温下把生铁中的杂质氧化除去

设备高炉氧气顶吹转炉

化学

反应

还原剂生成(炉腹)

CO2+O2 CO2 CO2 +C 2CO

铁的还原(炉身)

Fe2O3+3CO2 2Fe+3CO

炉渣形成(炉腰)

CaCO3 CaO+CO2

CaO+SiO2 CaSiO3 碳被氧化 C+O2 CO

铁被氧化 2Fe+O2 2FeO

脱碳 FeO+C CO+Fe

脱硫 FeS+CaO FeO+CaS

脱氧 2FeO+Si 2Fe+SiO2

产品生铁;含有较多的碳及硫、磷、硅等钢;含碳量0.03～2%，留有部分硅锰

尾气高炉煤气(CO、CO2、N2等) 棕色烟气(Fe2O3尘粒及CO)

⑴炼铁中，为什么不用焦炭直接还原氧化铁?

碳有还原性，在高温条件下，能把铁从它的氧化物中还原出来。

Fe2O3+3C 2Fe+3CO 但是，焦炭是固体，与氧化铁的表面接触很有限，很难充分发生反应，而一氧化碳是气体，能与氧化铁充分接触，完全反应。所以，炼铁中必须通过一氧化碳去还原氧化铁。

焦炭的作用有两个：一是制造了还原剂CO，二是它燃烧放出大量的热，为高炉提供了高温条件。

⑵炼钢中要除去硅和锰，为什么在后期的脱氧反应中，又要加入硅和锰作为脱氧剂?

炼钢，并不是要完全除去硅和锰等合金元素，而是将他们的含量调整到规定的范围之内。炼钢期，FeO会将硅和锰氧化，成为炉渣，从而降低了硅和锰的含量。但后期，钢水中含有少量没有反应的FeO，这会使钢具有热脆性。因此，用硅铁或锰铁作为脱氧剂将FeO还原，同时又调整了硅锰的含量。

2.电解原理的应用

电解食盐水电镀锌铝的冶炼

电解质

溶液精制后的食盐水含Zn2+的溶液冰晶石和氧化铝熔融体

电极

反应阳极石墨金属锌碳块

阴极铁网镀件金属碳块

电极

反应阳极 2Cl--2e-=Cl2 Zn-2e-=Zn2+ 6O2--12e-=3O2

阴极 2H++2e-=H2 Zn2++2e-=Zn 4Al3++12e-=4Al

总反应式 2Cl-+2H2O 2OH-+H2+Cl2 无 2Al2O3 4Al+3O2

说明用立式隔膜电解槽阳极参加了反应，被逐渐腐蚀冰晶石作熔剂，电解时，阳极碳块

被产生的O2逐渐消耗，要定期补充

3.金属的腐蚀

金属腐蚀的原因：许多金属有较活泼的化学性质，当金属与周围接触到空气、水及具有腐蚀性的物质时，金属失去电子发生氧化反应。

化学腐蚀电化腐蚀

条件金属与非电解质等直接接触不纯金属与电解质溶液接触

现象无电流产生有电流产生

本质金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程

化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更具普遍，危害更严重

钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较

吸氧腐蚀析氢腐蚀

条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强

阳极反应 Fe-2e-=Fe2+

阴极反应 O2+2H2O+4e-=4OH- 2H++2e-=H2

溶液反应 Fe2++2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

⑴金属腐蚀的快慢：与电解质溶液互相接触的两种金属，活泼金属总是先被腐蚀，而不活泼金属得到保护。两种金属活泼性相关越大，活泼金属被腐蚀得越快。

⑵金属的保护：①改变金属的内部结构：如可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金，以防止腐蚀;②覆盖保护层：如可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离，以防止腐蚀;③使用电化学保护法：将一种比需要保护的金属活泼的金属与之相连构成原电池，则较活泼的金属被腐蚀，而需要保护的金属被保护不被腐蚀。如埋在地下的钢管用导线与较活泼金属(铝、锌等)相连，则铁被保护。

[例题1]下列各工业生产中，石灰石、生石灰、熟石灰、都不能作为原料和是( )。

①炼铁 ②用生铁炼钢 ③从海水中提取镁 ④铝的冶炼 ⑤制水泥 ⑥制玻璃 ⑦制漂白粉⑧制硫酸

A.④⑧ B.⑤⑥ C.①②③ D.⑤⑥⑦

[解析]炼铁中用石灰石造渣;炼钢中用生石灰造渣;用熟石灰富集海水中的镁;石灰石是制水泥、玻璃的主要原料;熟石灰是制漂白粉的原料。

[答案]A

[例题2]以下现象与电化学腐蚀无关的是( )。

A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易生锈

B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈

C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈

D.银质奖牌长期放置后表面变暗

[解析]A黄铜若发生电化学腐蚀时，被腐蚀的金属应是金属性较活泼的锌而不是铜;B生铁中含较多的碳，比软铁芯在电解质作用下更容易形成原电池，也更容易发生电化学腐蚀而生锈;C铁质器件附有铜配件时，在接触电解质溶液时，铁作阳极失去电子发生氧化反应而被腐蚀;D银质奖牌久置后可能被氧气或硫氧化成银的化合物而使其表面变暗，这是化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。

[答案]D

[例题3]工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3H2O、Al2O33H2O、以及少量的Fe2O3、SiO2等)，提取纯Al2O3作冶炼铝的原料。提取的操作过程可用以下流程图表示：

⑴写出滤液A中一种溶质与过量NaOH溶液反应进入滤液B中的离子方程式。

⑵若步骤①中没有过滤操作而直接进入步骤②，对后面操作将产生的影响是。

[解析]提纯Al2O3的关键是要根据Al2O3、Fe2O3、SiO2化学性质上的差异。Al2O3有两性，既可溶于NaOH溶液，又可溶于盐酸;Fe2O3只溶于盐酸;SiO2只溶于NaOH溶液。先加盐酸，过滤，除去不溶的SiO2，向滤液中加入足量NaOH溶液，过滤，除去Fe(OH)3。

[答案]⑴Al3++4OH-=AlO2-+2H2O

⑵ ①中不溶物(SiO2)在操作②中会被NaOH溶解

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