第一篇：【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?？梢钥吹诫S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?，F(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。

第二篇：【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 第一節(jié)電解原理(備課資料)

●備課資料

1.金屬導(dǎo)電與電解質(zhì)導(dǎo)電在本質(zhì)上有什么不同？

金屬晶體由金屬原子、金屬離子、自由電子三種微粒構(gòu)成。金屬離子帶正電荷、自由電子帶負(fù)電荷，通過(guò)靜電作用力——金屬鍵，使這些微粒結(jié)合在一起。自由電子是指脫離金屬原子在整塊金屬晶體中做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的電子。在電場(chǎng)作用下，自由電子由負(fù)極移向正極形成電子流。這就是金屬導(dǎo)電的本質(zhì)，導(dǎo)電時(shí)金屬原子和金屬離子都是不移動(dòng)的。金屬導(dǎo)電屬物理變化。

電解質(zhì)在溶于水時(shí)，能電離出帶電荷的自由陰、陽(yáng)離子，屬于離子型化合物的某些電解質(zhì)在熔化時(shí)也能電離出自由離子。在電場(chǎng)作用下，這些自由離子做定向移動(dòng)并在兩極上分別得失電子，陽(yáng)離子移向陰極得到電子，陰離子移向陽(yáng)極交出電子，這樣在外電路的導(dǎo)線中有自由電子定向移動(dòng)形成了電子流。而在電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液中只有自由離子分別向兩極移動(dòng)，而沒(méi)有電子移動(dòng)。在離子得失電子的同時(shí)，伴隨著發(fā)生了化學(xué)變化。

2.電解與電離有什么區(qū)別和聯(lián)系？

電解與電離是兩種不同的概念，但它們之間有一定的聯(lián)系。

電離是指電解質(zhì)在溶解于水或熔化條件下離解成自由離子的過(guò)程。這過(guò)程不需要通電，電離的過(guò)程主要是物理變化過(guò)程。

電解是指對(duì)電解質(zhì)水溶液或融熔狀態(tài)的電解質(zhì)通直流電時(shí)、自由離子在兩極上發(fā)生氧化—還原的過(guò)程。電解時(shí)必須通電，電解過(guò)程是化學(xué)變化過(guò)程。電解質(zhì)導(dǎo)電的過(guò)程，也就是電解的過(guò)程。

電離是電解的前提條件，只有電解質(zhì)先電離出自由離子，通電時(shí)才能發(fā)生電解。如對(duì)食鹽晶體通電，食鹽晶體不導(dǎo)電，也不發(fā)生電解；如對(duì)熔融食鹽液體通電，液態(tài)食鹽導(dǎo)電，同時(shí)鈉離子在陰極得電子被還原成鈉原子，氯離子在陽(yáng)極交出一電子被氧化成氯原子，又結(jié)合成氯分子。電解食鹽水溶液時(shí)，得到氯氣、氫氣和氫氧化鈉。

3.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時(shí)溶液的pH變化及電解的類型有如下規(guī)律

4.原電池、電解(鍍)電極名稱的確定(1)確定原電池電極名稱的方法

方法一：根據(jù)原電池電極材料的性質(zhì)確定。通常是：

①對(duì)于金屬—金屬電極，活潑金屬是負(fù)極，不活潑金屬是正極；

②對(duì)于金屬—非金屬電極，金屬是負(fù)極，非金屬是正極，如干電池等；

③對(duì)于金屬—化合物電極，金屬是負(fù)極，化合物是正極，如電池等。

方法二：根據(jù)電極反應(yīng)的本質(zhì)確定：原電池中，負(fù)極向外電路提供電子，所以負(fù)極上一定發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極上則一定發(fā)生得電子的還原反應(yīng)。所以，失電子的反應(yīng)→氧化反應(yīng)→負(fù)極；得電子的反應(yīng)→還原反應(yīng)→正極。

(2)確定電解(鍍)池電極名稱的方法

確定電解(鍍)池電極名稱有如下兩種方法

方法一：與外電源正極連接的一極是陽(yáng)極，與負(fù)極連接的一般是陰極。方法二：電極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是陽(yáng)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是陰極。5.重金屬引起的水污染

重金屬污染可用下表表示：

6.電解質(zhì)與水的電解 純水是極弱的電解質(zhì)，很難導(dǎo)電。在純水中通以直流電，在一般條件下不發(fā)生電解作用。如果在水中加入強(qiáng)的含氧酸(如H2SO4)、活潑金屬的可溶性含氧酸鹽(如Na2SO4、KNO3)或可溶性強(qiáng)堿(如NaOH、KOH)，以增加水的導(dǎo)電性，則電解就能順利進(jìn)行，陰、陽(yáng)兩極上的產(chǎn)物分別為氫氣和氧氣。

現(xiàn)以純水中加入Na2SO4通電分解為例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)Na2SO4溶于水時(shí)，即完全離解為Na和SO＋。

Na2SO4===2Na＋SO

＋

雖然水是弱電解質(zhì)，但是也能發(fā)生微弱的電離。

H2O

＋

H＋OH

＋

＋－因此，在水溶液中存在著四種離子：Na、H、SOH向陰極遷移，SO＋

－

和OH。通入直流電后，Na和

－＋和OH向陽(yáng)極遷移。但在各個(gè)電極上究竟是哪一種離子放電，則取決于它們電極電位的高低，也就是說(shuō)，取決于離子得失電子的難易。根據(jù)上述四種離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是：

2H＋2eNa＋e4OH2SO－＋－＋－

H2, Na，－

E°=0.000伏 E°=－2.71伏 E°=＋0.401伏 E°=＋2.00伏

＋O2＋2H2O＋4e, S2O＋

＋2e，＋

－在陰極上，由于Na比H難于接受電子，因此H放電而產(chǎn)生氫；在陽(yáng)極上由于SO比OH難于失去電子，因此OH放電而產(chǎn)生氧，這樣的過(guò)程，圖示如下： －

－

可見(jiàn)在水中加入的Na2SO4并不發(fā)生電解，它的陰、陽(yáng)兩種離子依然存留在溶液中，實(shí)際上電解的是H2O,Na2SO4在這里只是起著導(dǎo)電的作用。

＋－由于H和OH分別不斷地在陰、陽(yáng)兩極上放電，H2O的電離平衡就不斷地向生成離子的方向移動(dòng)，H2O

－

H＋OH

＋

＋－于是H2O不斷地電解，OH就不斷地聚集在陰極區(qū)(Na也聚集在這里)，顯然這里的溶液就呈堿性；同樣，H也不斷地聚集在陽(yáng)極區(qū)(SO＋

也聚集在這里)，顯然這里的溶液就呈酸性。

＋從這個(gè)例子，可知堿金屬離子在陰極上總是比H難于放電，含氧酸根離子在陽(yáng)極上，－也總是比OH難于放電。所以在水中加入可溶性的堿金屬含氧酸鹽，或強(qiáng)的含氧酸，或可

＋－溶性的強(qiáng)堿，通以直流電，都是H和OH放電，而所加的電解質(zhì)僅是起著導(dǎo)電的作用。

*研究性課題推薦

課題1 皮革廠含鉻廢水處理的調(diào)查 背景資料：

鉻在很多領(lǐng)域有較大用途。鉻化合物中，Cr(Ⅵ)主要以CrO

(溶液為黃色)和Cr2O

＋

(溶液為紅色)形態(tài)存在，在酸性條件下具有很強(qiáng)的氧化性，能被還原劑還原成Cr3(溶液為紫色)；Cr(Ⅵ)化合物水溶性很強(qiáng)，而鉻(Ⅲ)化合物水溶性很低。鉻對(duì)環(huán)境造成污染，其中，Cr(Ⅵ)的毒性比鉻(Ⅲ)的毒性強(qiáng)200倍。

對(duì)含鉻廢水的常用的處理方法有：(1)方法一：電解法。

①往工業(yè)廢水中加入適量食鹽，增加污水中離子濃度，增強(qiáng)導(dǎo)電能力。②以鐵作為陽(yáng)極進(jìn)行電解。

以生成的Fe2為還原劑，在酸性溶液中與Cr2O＋＋

＋

發(fā)生氧化還原反應(yīng)。這樣Cr2O被還原成Cr3。在電解過(guò)程中，由于H在陰極不斷放電，打破了水的電離平衡，促進(jìn)水的電離，溶液的pH上升，溶液中的陽(yáng)離子以Cr(OH)

3、Fe(OH)

2、Fe(OH)3形成沉淀。

③鼓入空氣。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，使廢水中含鉻量降到可排放的標(biāo)準(zhǔn)。

由于Fe(OH)3開(kāi)始沉淀的pH為2.7，沉淀完全的pH為3.7。Fe(OH)2開(kāi)始沉淀的pH為7.6,沉淀完全的pH為9.6,并且Fe(OH)2呈絮狀，不易從溶液除去。但根據(jù)已學(xué)的知識(shí)，F(xiàn)e(OH)2極易被O2氧化，所以在處理過(guò)程中鼓入空氣，讓空氣中的O2充分與Fe(OH)2反應(yīng)，成為容易分離的Cr(OH)

3、Fe(OH)3，使廢水含鉻量降到可排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)方法二：

用FeSO7·7H2O處理含鉻(Ⅵ)有毒廢水是目前工藝上常用的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過(guò)加料配比后，可使最終的固體產(chǎn)物成為制備鐵氧體復(fù)合氧化物(可用Cr

Fe

Fe2O4表示)的＋原料，此原料經(jīng)燒結(jié)后，就得到鐵氧體復(fù)合氧化物。這是一種變害為利的方法。

方法三：

制革廠排放的污泥中約有1/3是有機(jī)物，其余是大量的含鉻物質(zhì)，直接排放污泥會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。1996年，外國(guó)科學(xué)家研究成功了一種技術(shù)，較好地解決了制革廠廢物利用與環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。工藝流程如下：

① 污泥與普通黏土以一定比例混合(污泥占25%～30%)后制成磚坯，在窯中以850～ 950℃溫度灼燒；

②灼燒前期向窯中鼓入補(bǔ)充了氧氣的空氣。原因是燒掉有機(jī)物，否則無(wú)法制成火磚；燃燒有機(jī)物在氧氣充足的條件下進(jìn)行，放出足夠熱量，可節(jié)省燃料；

③灼燒后期改用普通空氣，且故意限制入窯空氣的數(shù)量，使呈缺氧狀態(tài)。原因是保證＋6價(jià)鉻化合物轉(zhuǎn)變成＋3價(jià)鉻化合物，并穩(wěn)定地以＋3價(jià)鉻化合物形式被固定在火磚內(nèi)，否則，如以＋6價(jià)鉻化合物存在，則在雨水淋濕或施工淋水時(shí)，鉻會(huì)被溶解出來(lái)而污染環(huán)境；

④燒制完成后，直至窯溫降至200℃以下，才允許空氣自由流通。課題要求：

1.請(qǐng)調(diào)查當(dāng)?shù)氐钠じ秣分茝S，了解它們對(duì)含鉻廢水處理的技術(shù)情況。2.比較該技術(shù)與現(xiàn)今流行技術(shù)的差異； 3.根據(jù)所學(xué)知識(shí)提出你的意見(jiàn)和建議。課題2：生活中使用電鍍制品的調(diào)查

市場(chǎng)調(diào)查：1.生活中使用電鍍制品的情況。2.電鍍制品的價(jià)格與被鍍金屬價(jià)格的比較。要求寫(xiě)出市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告。

第三篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊(cè) 第二單元 膠體的性質(zhì)及其應(yīng)用 第二節(jié)膠體的性質(zhì)及其應(yīng)用(備課資料)

●備課資料

一、膠體與溶液、濁液之間最本質(zhì)的區(qū)別是什么？

膠體與溶液、濁液之間最本質(zhì)的區(qū)別是分散質(zhì)粒子的大小不同。溶液分散質(zhì)直徑＜ －9－10 m，濁液分散質(zhì)的直徑是＞107 m，而膠體的分散質(zhì)直徑介于二者之間。

溶液、膠體和濁液由于分散質(zhì)粒子大小不同，而在性質(zhì)上、外觀上也有許多不同。比較如下：

二、膠體化學(xué)的研究歷史

人們?cè)诠糯徒佑|和利用過(guò)很多種膠體。例如，生活中遇到的面團(tuán)、乳汁、油漆、土壤等，都屬膠體范圍。

1663年，卡西厄斯（Cassius）用氯化亞錫還原金鹽溶液，制得了紫色的金溶膠。從十九世紀(jì)初，人們開(kāi)始了對(duì)膠體的科學(xué)研究。1809年，列伊斯使用一支U型管，管底中部放一粘土塞子，盛水后通電。他觀察到粘土的懸浮粒子向陽(yáng)極移動(dòng)，而陰極一臂中的水位則上升。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了粘土粒和水兩個(gè)相，帶有相反的電荷，這種現(xiàn)象叫做“電泳”。1827年，英國(guó)植物學(xué)家R·布朗（R·Brown，1773～1858）用顯微鏡觀察水中懸浮的藤黃粒子，發(fā)現(xiàn)粒子不停頓地在運(yùn)動(dòng)著，后來(lái)人們就把膠體粒子所呈現(xiàn)的這個(gè)重要現(xiàn)象稱作“布朗運(yùn)動(dòng)”。

1838年，阿歇森（Ascherson，德）在雞蛋白的水溶液中加入一些橄欖油，使之呈懸浮的微滴。他在研究這種油滴的行為時(shí)，看到雞蛋白在油滴與水（介質(zhì)）的界面上，形成了一層膜。這一實(shí)驗(yàn)表明，在這種情況下蛋白質(zhì)形成了幾分子厚度的一層薄膜，而變得不能溶于水了，這種現(xiàn)象叫做“變性”作用，他同時(shí)還發(fā)現(xiàn)油滴在蛋白質(zhì)的“保護(hù)”下也不能“聚結(jié)”了。1845～1850年間，塞爾米（F·Selmi，意）對(duì)無(wú)機(jī)膠體作了系統(tǒng)的研究，包括AgCl溶膠的生成條件以及鹽類對(duì)它的凝聚作用。

1857年，法拉第曾做試驗(yàn)，他使一束光線通過(guò)一個(gè)玫瑰紅色的金溶膠。這個(gè)溶膠原來(lái)也像普通的溶液一樣是清澈的，但當(dāng)光線射過(guò)時(shí)，從側(cè)面可以看到在此溶膠中呈現(xiàn)出一條光路。后來(lái)丁達(dá)爾（J·Tyndall，1820～1893，英）對(duì)此現(xiàn)象作了廣泛的研究，以后人們就把這一現(xiàn)象稱做“丁達(dá)爾效應(yīng)”。此外，法拉第還曾做試驗(yàn)，他往無(wú)機(jī)溶液中先加入動(dòng)物膠，再加入適當(dāng)?shù)某恋韯r(shí)發(fā)現(xiàn)這時(shí)原來(lái)的沉淀作用不再發(fā)生了，這種作用后來(lái)被稱做“保護(hù)”作用。

1861～1864年間，格雷哈姆（T·Graham，1805～1869，英）對(duì)膠體進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。為著區(qū)別膠體和晶體，他首先提出了膠體(colloid)這一名稱。他指出動(dòng)物膠是典型的膠體，不結(jié)晶，在水中擴(kuò)散時(shí)要比晶體慢得多。他采用過(guò)以羊皮紙作半透膜的滲析法，膜的微孔只能讓溶液中原為晶體物質(zhì)的溶質(zhì)粒子透過(guò)，而膠體粒子則穿透不過(guò)去。因此他就用這種方法來(lái)純制膠體。他還發(fā)現(xiàn)雖然晶體物質(zhì)的溶質(zhì)粒子比動(dòng)物膠類的膠體粒子小得多，但若有許多這類溶質(zhì)粒子聚集在一起，也能形成一個(gè)膠體粒子，金溶膠的形成就屬于這種情況。格

雷哈姆還區(qū)別了溶膠和凝膠，指出硅酸和氫氧化鋁的沉淀就屬于后者。他還研究了凝膠的“膠溶”現(xiàn)象和“脫水收縮”現(xiàn)象。他對(duì)膠體的這些方面的研究，導(dǎo)致建立了一門(mén)有系統(tǒng)性的學(xué)科——膠體化學(xué)。十九世紀(jì)末，人們對(duì)半透膜的滲析方法，又通以電流，發(fā)展成為電滲析法；另外還通過(guò)加壓，發(fā)展為“超濾法”。1911年，唐南（T·G·Donnan，英）又提出了半透膜平衡的理論，并且為實(shí)驗(yàn)所證明。

關(guān)于膠體的定義，1907年法伊曼（П·П·Ваймарн，1879～1935，俄）明確地提出了膠體的概念，認(rèn)為它是物質(zhì)處在一定程度的分散狀態(tài)，即粒子大小在十至一千多埃之間。同年，奧斯特瓦爾德進(jìn)一步對(duì)膠體作出新的定義，認(rèn)為膠體是一種多相體系，由分散相膠粒和分散介質(zhì)所構(gòu)成。前者可以是固、液或氣體（溶膠、煙、霧、泡沫、膜等）。由于當(dāng)物質(zhì)處于高度分散的膠粒狀態(tài)時(shí)，擴(kuò)展出了很大的界面，因此膠體化學(xué)的研究又與表面化學(xué)密切聯(lián)系起來(lái)了。

表面力導(dǎo)致吸附現(xiàn)象。J·W·吉布斯在1876年應(yīng)用熱力學(xué)，研究了等溫吸附，指出，借測(cè)量溶液的表面張力，可以計(jì)算出液體表面的吸附量。但他的這一理論當(dāng)時(shí)并未引起人們的注意，只是在三十多年后才由實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。1906年，富朗特里希（H·Freundlish)研究了木炭等吸附劑從脂肪酸溶液中吸附溶劑的性質(zhì)，總結(jié)出了經(jīng)驗(yàn)公式，稱做“富氏吸附公式”。1916年，朗繆爾（I·Langmuir，1881～1957，美）又從分子運(yùn)動(dòng)論推導(dǎo)出“朗氏吸附公式”，但這一公式只適用于單分子層。次年，他又設(shè)計(jì)一種“表面天平”，可以計(jì)量液面上散布的一層不溶物質(zhì)的表面積，由此能計(jì)算后者的分子截面。1938年，布侖諾厄（S·Brunauer）、愛(ài)麥特（P·H·Emmett）和特勒（E·Teller）把朗氏公式推廣到多分子層吸附現(xiàn)象，求得一個(gè)比較廣泛適用的多分子層吸附等溫線公式，即后來(lái)的所謂“BET公式”，從而建立了現(xiàn)代測(cè)定固體比表面的標(biāo)準(zhǔn)方法，它對(duì)于催化作用的定量研究起了重大的推進(jìn)作用。

另一方面，對(duì)膠體粒子的直接觀察，在二十世紀(jì)初也有了進(jìn)展，1903年，西登托夫（H·Siedentopf，1872～1940）和齊格蒙第（R·Zsigmondy，1865～1929，瑞士）發(fā)明了觀察膠體粒子運(yùn)動(dòng)的超顯微鏡，實(shí)際上觀察到的是散射光，即膠粒以一個(gè)個(gè)亮點(diǎn)的形式而呈現(xiàn)。一般顯微鏡只能看到2000埃以上的物象，而超顯微鏡則可以觀察到小至100埃的粒子。貝侖（J·B·Perrin，1870～1942，法）就曾借這種儀器進(jìn)行試驗(yàn)，他把一定大小的藤黃小球懸浮在水中，由于受到地心引力的作用，形成了沉降平衡，由此可以求得阿伏加德羅常數(shù)。

1913年，德國(guó)魯斯卡（E·Ruska)、麻爾和阿登內(nèi)（V·Ardenne）發(fā)明了電子顯微鏡，用電子束代替普通光線，并運(yùn)用磁鏡聚焦，這樣能達(dá)到三十萬(wàn)倍的線性放大，能觀察到10埃以上大小的物像，這也就是膠粒大小的低限。電子顯微鏡通過(guò)復(fù)制技術(shù)，更可以用來(lái)觀察表面膜內(nèi)小至約10埃的膠粒。

為了能夠確定一個(gè)膠體粒子的“分子量”，1923年，瑞典斯維德貝格（T·Svedberg,1884～）設(shè)計(jì)了超離心機(jī)，獲得的引力常數(shù)達(dá)30萬(wàn)倍于地心引力常數(shù)，為測(cè)量蛋白質(zhì)分子在水中的沉降速度創(chuàng)造了條件，從而能計(jì)算蛋白質(zhì)的分子量。他的一些測(cè)定結(jié)果如下：

牛胰島素

46，000 人血紅朊

63，000 人血清球朊

153，000 章魚(yú)血清朊

2，800，000 煙草花葉病毒

31，400，000 斯維德貝格的工作在親液膠體方面取得了重大的成就，對(duì)蛋白質(zhì)及高分子溶液的深入了解提供了有力的研究手段。

另一方面，由于憎液膠體具有很大的相界面，從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)衡量，它是不穩(wěn)定的體系。因此有關(guān)膠體穩(wěn)定性的研究便成為膠體化學(xué)的中心課題之一。本世紀(jì)四十年代，蘇聯(lián)人

杰里雅金（Дерягин)、朗道（Ландау)、荷蘭人費(fèi)韋（Verwey），以及烏弗貝克（Overbeek)，各自獨(dú)立地建立了膠體穩(wěn)定性的理論，稱做DLVO理論。這個(gè)理論考慮了質(zhì)點(diǎn)之間由于雙電層的存在而引起的斥力，以及質(zhì)點(diǎn)之間的范德華力。這樣，便第一次從理論上定量地解釋了質(zhì)點(diǎn)形狀比較簡(jiǎn)單的膠體的穩(wěn)定性，因此對(duì)膠體化學(xué)的發(fā)展有著重大的影響。

綜觀二十年代利用超離心機(jī)的實(shí)驗(yàn)，三十年代多層吸附理論和四十年代憎液膠體穩(wěn)定理論的建立，可以說(shuō)是最近半世紀(jì)中膠體化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的三大成就。

有一類物質(zhì)，如肥皂、染料，具有很奇特的性質(zhì)。按其溶液的依數(shù)性，可以斷定質(zhì)點(diǎn)的數(shù)目很少，但其電導(dǎo)率卻很高，并且其電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系也與一般電解質(zhì)很不一樣。這類物質(zhì)的另一特點(diǎn)是有增溶作用。麥克班（J·W·McBain，美）在本世紀(jì)初期，系統(tǒng)地研究了這類物質(zhì)的性質(zhì)，開(kāi)辟了所謂膠態(tài)電解質(zhì)的領(lǐng)域。他證明，在溶液中，這類物質(zhì)的分子或離子能聚集成膠團(tuán)，從而解釋了它們的許多特性。近代表面活性劑的多樣化應(yīng)用，正是在這一理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。

1936年，繆勒（Erwin Wilhelm Müller，美籍德人）發(fā)明了場(chǎng)發(fā)射顯微鏡。他是利用一個(gè)高熔金屬（鎢、鉑）的尖端為陰極，在高電場(chǎng)作用下，使該尖端發(fā)射出電子，并將其投射在熒光屏上，形成尖端上原子的電子投射象，分辨本領(lǐng)約達(dá)20埃。1951年，繆勒進(jìn)一步將尖端改為陽(yáng)極，令氦離子投射在屏上，成為場(chǎng)離子顯微鏡，分辨本領(lǐng)能達(dá)到2埃。這些儀器適用于觀察表面原子的微觀排列，包括被吸附的物質(zhì)。再結(jié)合超高真空技術(shù)，它已成為現(xiàn)代研究固體表面結(jié)構(gòu)的有力工具。

當(dāng)前，膠體化學(xué)正在研究的課題大致有：（1）第一吸附層的本性，（2）電化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，（3）濕潤(rùn)作用的本性等。此外，還有一些問(wèn)題有待于創(chuàng)造研究條件，然后才能找到解決的途徑。例如：從溶液中吸附的單分子層區(qū)；表面層機(jī)械性能的本性；泡沫和乳膠的本性等問(wèn)題。

膠體化學(xué)的應(yīng)用范圍，涉及到很多工業(yè)部門(mén)。近年來(lái)對(duì)油漆膜的物化性能、催化劑的作用機(jī)理、生物膜及合成膜的選擇性滲透機(jī)理等研究，都受到重視。膠體化學(xué)還深入到分子生物學(xué)的其他領(lǐng)域。大氣污染中氣溶膠的形成與破除又是一項(xiàng)重要的課題。自從塑料、橡膠、合成纖維工業(yè)興起以來(lái)，膠體化學(xué)的研究與高分子化學(xué)的聯(lián)系更加密切。

三、膠體的結(jié)構(gòu)

當(dāng)溶膠通以直流電時(shí)，可以看到膠粒向某一電極移動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做電泳。它說(shuō)明膠體粒子是帶電的。要認(rèn)識(shí)膠體的結(jié)構(gòu)，首先必須了解膠粒為什么會(huì)帶電。膠粒帶電的原因，是由于膠體是高分散的多相體系，具有巨大的界面（總表面積），因而有很強(qiáng)的吸附能力。它能有選擇地吸附介質(zhì)中的某種離子，而形成帶電的膠粒。

關(guān)于膠體的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在認(rèn)為，在膠體粒子的中心，是一個(gè)由許多分子聚集而成的固體顆粒，叫做膠核。在膠核的表面常常吸附一層組成類似的、帶相同電荷的離子。例如，硝酸銀

－與氯化鉀反應(yīng)，生成氯化銀溶膠，若氯化鉀過(guò)量，則膠核氯化銀吸附過(guò)量的Cl而帶負(fù)電，＋若硝酸銀過(guò)量，則氯化銀吸附過(guò)量的Ag而帶正電。

當(dāng)膠核表面吸附了離子而帶電后，在它周圍的液體中，與膠核表面電性相反的離子會(huì)擴(kuò)散到膠核附近，并與膠核表面電荷形成擴(kuò)散雙電層（如圖）。擴(kuò)散雙電層由兩部分構(gòu)成：

擴(kuò)散雙電層

（1）吸附層

膠核表面吸附著的離子，由于靜電引力，又吸引了一部分帶相反電荷的離子（以下簡(jiǎn)稱反離子），形成吸附層。

（2）擴(kuò)散層

除吸附層中的反離子外，其余的反離子擴(kuò)散分布在吸附層的外圍。距離吸附層的界面越遠(yuǎn)，反離子濃度越小，到了膠核表面電荷影響不到之處，反離子濃度就等于零。從吸附層界面（圖的虛線）到反離子濃度為零的區(qū)域叫做擴(kuò)散層。

這里再以氯化銀溶膠為例來(lái)說(shuō)明。包圍著氯化銀膠核的是擴(kuò)散雙電層（吸附層和擴(kuò)散層），膠核和吸附層構(gòu)成了膠粒，膠粒和擴(kuò)散層形成的整體為膠團(tuán)，在膠團(tuán)中吸附離子的電荷數(shù)與反離子的電荷數(shù)相等，因此膠粒是帶電的，而整個(gè)膠團(tuán)是電中性的。

由于膠核對(duì)吸附層的吸引能力較強(qiáng)，對(duì)擴(kuò)散層的吸引能力較弱，因此在外加電場(chǎng)（如通直流電）作用下，膠團(tuán)會(huì)從吸附層與擴(kuò)散層之間分裂，形成帶電荷的膠粒而發(fā)生電泳現(xiàn)象。

下圖是硅酸膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖。m個(gè)SiO2·nH2O分子聚集成膠核，膠核表面的H2SiO

32?有微弱的電離，膠核選擇吸附與其組成類似的n個(gè)SiO3，H為反離子，總數(shù)為2 n個(gè)，其

＋

2?中2（n－x）個(gè)為帶負(fù)電的SiO3所吸引，共同構(gòu)成膠粒中的吸附層，其余的2x個(gè)H則分

＋布在擴(kuò)散層中，它的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)也可以用下面式子來(lái)表示。

硅酸溶膠是土壤膠體中的重要部分，而土壤膠體又是土壤中最重要、最活躍的部分，植物營(yíng)養(yǎng)的吸收，土壤中的各種反應(yīng)，大都集中在這一部分。

硅酸膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖

膠體在土壤肥力上起著巨大作用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有著重要意義。

四、高分子凝膠的智能化

高分子凝膠是指三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子化合物與溶劑組成的體系，由于它是一種三維網(wǎng)絡(luò)立體結(jié)構(gòu)，因此它不被溶劑溶解，同時(shí)分散在溶劑中并能保持一定的形狀。溶劑雖然不能將三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子溶解，但高分子化合物中親溶劑的基團(tuán)部分卻可以被溶劑作用而使高分子溶脹，這也是形成高分子凝膠的原因之一。

高分子凝膠的智能化表現(xiàn)在以下幾方面。當(dāng)外部環(huán)境的pH、離子強(qiáng)度、溫度、電場(chǎng)以及環(huán)境中所含有的其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，高分子凝膠即呈現(xiàn)出“刺激—應(yīng)答”狀態(tài)。例如在高分子凝膠中出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)孔增大、網(wǎng)絡(luò)失去彈性、網(wǎng)絡(luò)的體積急劇變化（可變化幾百倍之多），甚至在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不再存在凝膠相。而且這些變化是可逆的和不連續(xù)的。

上述這些變化使高分子凝膠的體積既可以發(fā)生溶脹，又可以收縮，利用這種性質(zhì)設(shè)計(jì)出一種裝置，它具有肌肉的功能，這種人造肌肉制成機(jī)械手類似于智能機(jī)器人的手，能夠拿東西。

我們可以看出，這種人造肌肉是被誰(shuí)指令的呢？那就是上面指出的外部環(huán)境的各種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生的變化。

這種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子凝膠的溶脹行為還可以由于糖類的刺激而發(fā)生突變，這樣，高分子溶脹行為將受到葡萄糖濃度變化的指令。

葡萄糖濃度信息對(duì)于糖尿病患者是很重要的，如果以這種含葡萄糖的高分子凝膠作為負(fù)載胰島素的載體，表面用半透膜包覆，在此體系中隨著葡萄糖濃度的變化，高分子凝膠將作出響應(yīng)，執(zhí)行釋放胰島素的命令，從而有效地維持糖尿病患者的血糖濃度處于正常。

五、納米材料

納米材料是近年來(lái)受到人們極大重視的一個(gè)領(lǐng)域。它至少可以分為以下三類：

（1）金屬與半導(dǎo)體的納米顆粒。這種物質(zhì)當(dāng)顆粒尺寸減小到納米級(jí)時(shí)，金屬顆粒的能級(jí)，從準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)變?yōu)殡x散能級(jí)，最后達(dá)到類似分子軌道的能級(jí)。這時(shí)，它們的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性質(zhì)都會(huì)發(fā)生突變。不同物質(zhì)有不同的尺寸臨界值。這類物質(zhì)是物理學(xué)家研究的對(duì)象。

（2）Al2O3、MgO、某些硅酸鹽等絕緣體，它們的納米顆粒早已被人們研究（如催化劑、陶瓷材料等），在一般情況下并不呈現(xiàn)特殊的電學(xué)性能。

（3）化學(xué)家早已合成出的許多大分子、如冠醚化合物、樹(shù)型化合物、多環(huán)化合物、超分子化合物、富勒烯等等，它們的分子尺寸可達(dá)幾納米，甚至幾十納米。一些生物活性的大分子也可以歸入此類。這些化合物的電子能級(jí)一般都表現(xiàn)出分子軌道能級(jí)的特點(diǎn)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)離子導(dǎo)電。它們的導(dǎo)電性質(zhì)與顆粒尺寸的關(guān)系不明顯，與金屬納米顆粒的性質(zhì)有很大的差別。但是，這一類大分子化合物，當(dāng)分子結(jié)構(gòu)達(dá)到一定尺寸和復(fù)雜程度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些特殊性質(zhì)，如自修復(fù)、自組合等，形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。以富勒烯為例：

1985年，英國(guó)化學(xué)家Kroto，美國(guó)化學(xué)家Curl和Smalley在研究碳原子形成團(tuán)簇（cluster)的條件和機(jī)制時(shí)，首次在質(zhì)譜圖上觀察到C60和C70的存在。后來(lái)因?yàn)槭艿浇ㄖW(xué)家Fuller所設(shè)計(jì)的拱形圓頂建筑的啟發(fā)，想出了C60的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)和足球相似，是由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成的中空的球形分子。

值得重視的是，富勒烯的合成也是以碳原子（用電弧放電法使石墨氣化）為真正的原料。和人造金剛石的思路有異曲同工之妙，關(guān)鍵在于如何控制碳原子形成團(tuán)簇時(shí)多種可能采取的結(jié)構(gòu)途徑之間的比例。

左下圖是富勒烯家族中的一些“成員”的結(jié)構(gòu)示意圖。右下圖是近年來(lái)倍受重視的碳納米管的結(jié)構(gòu)模型圖。這種材料因?yàn)榭梢栽诠苌系奶荚犹幫ㄟ^(guò)形成化學(xué)鍵的方式和其他功能分子相連接，有可能成為一種比較容易制備且可多點(diǎn)連接的分子導(dǎo)線而受到關(guān)注。此外，利用它做一種模具，設(shè)法在其中充以金屬氧化物（可通過(guò)硝酸鹽的分解來(lái)得到），經(jīng)過(guò)還原可制備出納米量級(jí)的金屬“細(xì)絲”。納米材料是一個(gè)全新的材料科學(xué)領(lǐng)域，可作超導(dǎo)材料。

1991年日本Sumio Lijima用電弧放電法制C60得到的碳炱中發(fā)現(xiàn)管狀的碳管碳的壁為類石墨二維結(jié)構(gòu)，基本上由六元并環(huán)構(gòu)成，按管壁上的碳碳鍵與管軸的幾何關(guān)系可分為“扶手椅管”“鋸齒狀管”和“螺管”三大類，按管口是否封閉可分為“封口管”和“開(kāi)口管”，按管壁層數(shù)可分為單層管（SWNT）和多層管（MWNT）。多層管有點(diǎn)像俄國(guó)玩具“套娃”，層

－間距為340 pm，比石墨的層間距335 pm略大。管碳的長(zhǎng)度通常只達(dá)到納米級(jí)（1 nm=109 m）。

C60自從發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直是科學(xué)家關(guān)注的物質(zhì)。近年的研究發(fā)現(xiàn)，C60分子被發(fā)現(xiàn)及制備后，其獨(dú)特的光電磁性引起科學(xué)家的濃厚興趣。例如：C60的超導(dǎo)溫度為18 K，當(dāng)摻雜CHCl3后超導(dǎo)溫度提高到80 K，當(dāng)摻雜CHBr3后超導(dǎo)溫度提高到117 K。另外，一般的高分子中引入少量C60后，能產(chǎn)生較好的光電導(dǎo)性能，可用于高效催化劑、緊湊型高能電池、光化學(xué)裝置及化學(xué)傳感器。水溶性的高分子C60衍生物將應(yīng)用于生物與藥物中，其抗病毒試驗(yàn)已得到令人驚奇的結(jié)果。據(jù)最近的研究結(jié)果表明，C60具有治療艾滋病的功效。含C60衍生物能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

六、趣味實(shí)驗(yàn) 膠體粒子的電泳 操作：

（1）用直徑為12厘米培養(yǎng)皿作槽體，槽里加入0.1%的硝酸鉀溶液，然后用滴管伸到硝酸鉀稀溶液的下面，緩慢地加入硝酸鉀飽和溶液，使稀、濃溶液之間形成一個(gè)界面。

（2）在槽中央硝酸鉀稀溶液里輕輕滴入幾滴氫氧化鐵溶膠，使它在稀、濃溶液的界面處形成一個(gè)圓珠，如圖所示。

（3）小心地插入兩片碳電極，接通20～30伏的直流電源后，氫氧化鐵膠粒逐漸向陰極移動(dòng)，致使陰極附近溶液的顏色變深。說(shuō)明氫氧化鐵膠體粒子帶正電。

七、鹵水為什么可以點(diǎn)豆腐

答：豆?jié){是膠體，鹵水是一種鎂鹽，這種鹽使豆?jié){膠體發(fā)生凝聚，所以鹵水能點(diǎn)豆腐，豆腐是一種凝膠。

解析：膠體中分散質(zhì)的直徑大小決定了膠體具有獨(dú)特的性質(zhì)。①丁達(dá)爾現(xiàn)象：此現(xiàn)象是膠體的光學(xué)性質(zhì)，是膠體粒子對(duì)光的散射而形成的；②布朗運(yùn)動(dòng)：是膠體的力學(xué)性質(zhì)，是膠體粒子受到分散劑分子在每一方向不均衡碰撞造成的；③電泳現(xiàn)象：是膠體的電學(xué)性質(zhì)。這是由于膠體具有較大的表面積，能吸附陽(yáng)離子或陰離子，使得膠粒帶有正電荷或負(fù)電荷。在外加電場(chǎng)作用下帶電膠粒向陰極或陽(yáng)極作定向移動(dòng)。④膠體粒子由于都帶有相同電荷，它們之間相互排斥而達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)向膠體中加入某電解質(zhì)時(shí)，破壞了膠粒之間的排斥力，使膠粒凝聚而沉積下來(lái)。鹵水點(diǎn)豆腐就是這個(gè)原理，此過(guò)程稱膠體的凝聚。

八、能否使用兩種不同品牌的藍(lán)黑墨水？

答：不能，同時(shí)使用兩種不同牌子的墨水，會(huì)出現(xiàn)鋼筆堵塞現(xiàn)象。

解析：墨水通常都是膠體，不同牌子的墨水往往含的膠粒所帶電荷不同，當(dāng)二者相遇時(shí)，相異電荷的互相吸引而破壞了膠體中膠粒之間的排斥力而發(fā)生膠體的凝聚，產(chǎn)生的固體沉積會(huì)堵塞鋼筆。一般情況下：金屬氫氧化物、金屬氧化物的膠體粒子吸附陽(yáng)離子，膠粒帶正電荷；非金屬氧化物、金屬的硫化物的膠粒吸附陰離子，膠粒帶負(fù)電荷。

第四篇：【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。

第五篇：【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%?；适橇蛩嵯M(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(mén)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?，查閱?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)？