高中化學(xué) 3.1“設(shè)計”一座硫酸廠課件 魯科版選修2.pptVIP

目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 1 知道工業(yè)上制硫酸的主要原料 能寫出以硫鐵礦為原料制硫酸的主要化學(xué)方程式 并能舉例說明硫酸生產(chǎn)中原料與生產(chǎn)過程的關(guān)系 能說出接觸法制硫酸有哪些主要生產(chǎn)階段 能運用化學(xué)平衡原理分析二氧化硫催化氧化反應(yīng)的適宜條件 能看懂表示化學(xué)反應(yīng)過程中熱量變化的熱化學(xué)方程式 知道工業(yè)上用濃硫酸吸收三氧化硫的原因 2 知道選擇硫酸廠廠址應(yīng)考慮哪些主要因素 3 知道接觸法制硫酸廢氣處理的主要方法 能列舉廢渣綜合利用的途徑 4 知道建設(shè)一座化工廠需要綜合考慮哪些基本問題 達到哪些基本要求 體會建造化工廠和實施工業(yè)生產(chǎn)是一項綜合 復(fù)雜的系統(tǒng)過程 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 一 接觸法制硫酸1 定義 so2與o2是在催化劑的表面上接觸起反應(yīng)的 主要反應(yīng)設(shè)備叫接觸室 所以此法叫接觸法 2 接觸法制硫酸的反應(yīng)原理 燃燒硫或金屬硫化物等原料來制取二氧化硫 使二氧化硫在適當?shù)臏囟群陀写呋瘎┑臈l件下氧化成三氧化硫 再使三氧化硫跟水化合生成硫酸 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 3 硫酸爐制硫酸 1 二氧化硫爐氣的制備 設(shè)備a名稱為沸騰爐 其中進行的反應(yīng)的化學(xué)方程式是4fes2 11o22fe2o3 8so2 設(shè)備a中產(chǎn)生的氣體叫做爐氣 進入設(shè)備b中時須經(jīng)過凈化和干燥處理 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 2 二氧化硫的催化氧化 設(shè)備b名稱為轉(zhuǎn)化器 其中進行的反應(yīng)的化學(xué)方程式是2so2 o22so3 設(shè)備b中部的裝置叫熱交換器 其作用是使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體 3 三氧化硫的吸收 設(shè)備c名稱為吸收塔 其中進行的反應(yīng)的化學(xué)方程式為so3 h2oh2so4 設(shè)備c中不用水或稀硫酸而使用98 3 的硫酸吸收so3的原因是防止形成酸霧 提高so3的吸收率 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 4 硫黃制硫酸 1 反應(yīng)流程 2 與硫鐵礦相比的優(yōu)點 爐氣無須凈化 原料運輸量小 生產(chǎn)流程簡單 設(shè)備少 建設(shè)投資省 熱能便于回收利用 無廢渣排出 感悟思考 1 礦石燃燒前為什么要粉碎成細小礦粒 提示 增大礦石與空氣的接觸面積 加快反應(yīng)速率 2 吸收塔中吸收so3的吸收劑是什么 提示 質(zhì)量分數(shù)為98 3 的硫酸 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 二 硫酸廠廠址的選擇化工廠廠址選擇的一般原則 綜合考慮原料 水源 能源 土地供應(yīng) 市場需求 交通運輸和環(huán)境保護等諸多因素 權(quán)衡利弊 做出合理的選擇 硫酸是基本的化工原料 產(chǎn)量很大 又是一種強腐蝕性液體 不能像普通固體化工產(chǎn)品那樣可以大量貯存 需要隨產(chǎn)隨銷 而且硫酸本身價格不高但運輸價格比較貴 據(jù)估算1噸h2so4的運價約為同質(zhì)量黃鐵礦礦石的三倍 這樣就決定了硫酸廠靠近消費中心比靠近原料產(chǎn)地更為有利 因此 考慮到綜合經(jīng)濟效益 硫酸廠廠址離硫酸消費中心不能太遠 宜靠近原料的供應(yīng)地和產(chǎn)品銷售地 理想的方案是硫酸廠與硫酸的消費者或原料氣的供應(yīng)者組成聯(lián)合企業(yè) 在決定建廠規(guī)模時 可以考慮在消費中心建廠規(guī)模大些 在邊遠或硫酸用量不多的地區(qū) 建廠規(guī)模小些 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 環(huán)保問題是硫酸廠選址的另一個重要因素 硫酸的生產(chǎn)設(shè)備易被腐蝕 壽命較短 同時廢渣 廢液 廢氣排放量很大 危害環(huán)境 硫酸廠對環(huán)境的污染是比較嚴重的 限于當前的技術(shù)水平 即使十分注意 三廢 處理 也難以達到較高的環(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) 如旅游景點和文物保護區(qū) 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 三 硫酸廠 三廢 處理及 廢熱 利用1 尾氣中二氧化硫的回收 從吸收塔上部導(dǎo)出的沒有起反應(yīng)的氧氣和少量二氧化硫以及不起反應(yīng)的氮氣等氣體工業(yè)上稱尾氣 尾氣中含少量的二氧化硫排放到空氣中會造成大氣污染 尾氣中二氧化硫回收常采用氨酸法 即用氨水吸收尾氣中低濃度的二氧化硫生成亞硫酸氫銨 然后再用濃硫酸處理 生成二氧化硫和硫酸銨 當吸收液中亞硫酸氫銨達一定濃度后再跟硫酸反應(yīng)放出二氧化硫氣體 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 產(chǎn)生的二氧化硫可經(jīng)過干燥重新用于制硫酸 也可經(jīng)干燥后制成液態(tài)二氧化硫產(chǎn)品 硫酸銨作化肥 提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率 減少尾氣的危害 可以對硫酸的生產(chǎn)工藝進行改進 采用 兩轉(zhuǎn)兩吸 工藝 即爐氣進行一次轉(zhuǎn)化 一次吸收后 將剩余氣體再次通入轉(zhuǎn)化器 接觸室 進行第二次轉(zhuǎn)化 第二次吸收 這樣處理后的尾氣中so2的含量僅為 一轉(zhuǎn)一吸 流程排出尾氣排放量的1 10 能夠達到目前的排放標準 2 固體燒渣的利用 用硫鐵礦制硫酸時產(chǎn)生大量的固體燒渣 其中除了含有氧化鐵 二氧化硅 氧化鋁等外 還含有一定量的銅 鋅 鉛 鈷等有色金屬及少量的金 銀等貴金屬 目前燒渣的綜合利用方法主要是回收燒渣中的鐵 有色金屬及貴金屬等 其中fe2o3含量高的燒渣可用作高爐煉鐵的原料 金屬含量低的可用于制渣磚 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 3 能量的充分利用 硫酸生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)大多是放熱反應(yīng) 其中反應(yīng)熱主要來源于含硫原料的燃燒 二氧化硫的氧化 氣體的干燥和三氧化硫的吸收 化工生產(chǎn)中應(yīng)充分利用反應(yīng)熱 這對于降低成本具有重要意義 硫酸生產(chǎn)中的反應(yīng)熱得到充分利用后 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出大量能量 感悟思考 3 酸雨是呈酸性的雨水嗎 提示 純水是顯中性的 ph約是7 雨水在下落過程中二氧化碳會溶于水 略呈酸性 ph為5 6 被大氣中存在的酸性氣體如so2等污染 ph小于5 6的雨才叫酸雨 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 要點一硫酸的工業(yè)生產(chǎn)工藝問題導(dǎo)思 so2催化氧化反應(yīng)有哪些特點 提示 可逆反應(yīng) 氣體總體積減小的反應(yīng) 放熱反應(yīng) 適宜so2催化氧化的條件是什么 提示 常壓 400 500 催化劑 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 1 工業(yè)制硫酸的原理及過程 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 2 硫酸生產(chǎn)的工藝流程 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 3 硫酸工業(yè)so2催化氧化適宜條件的選擇 這是一個氣體分子總數(shù)減小的 放熱的可逆反應(yīng) 1 溫度 so2催化氧化是一個放熱的可逆反應(yīng) 根據(jù)化學(xué)平衡移動理論判斷 溫度較低對提高so2的轉(zhuǎn)化率有利 但是 溫度較低時催化劑活性不高 反應(yīng)速率低 在實際生產(chǎn)中 選定400 500 作為操作溫度 這對反應(yīng)速率和so2的轉(zhuǎn)化率都比較理想 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 2 壓強 so2催化氧化是一個氣體分子總數(shù)減小的可逆反應(yīng) 根據(jù)化學(xué)平衡移動理論判斷 增大壓強對提高so2的平衡轉(zhuǎn)化率有利 但是 在常壓 400 500 時 so2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高 因高壓條件對設(shè)備提出了苛刻的要求 增大壓強必須增大投資和能量消耗 故在實際生產(chǎn)中 通常采用常壓操作 3 適當過量的空氣 目的是提高so2的轉(zhuǎn)化率 綜上所述 so2催化氧化的適宜條件是常壓 較高的溫度 400 500 和催化劑 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 例1 下面的裝置是仿照工業(yè)上制備硫酸的工藝流程設(shè)計出來的 用于探究工業(yè)上為何采用98 3 的濃硫酸吸收三氧化硫 導(dǎo)學(xué)號52710052 請回答下列問題 1 寫出沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦的反應(yīng)方程式 2 甲和乙相當于工業(yè)上制取硫酸裝置中的 3 寫出在催化劑表面所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式 在實驗過程中不能持續(xù)加熱的理由是 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 4 在乙反應(yīng)器內(nèi)要求氧氣的量要比二氧化硫的量多一倍左右 你是如何控制和估計的 5 若丁裝置在反應(yīng)過程中先出現(xiàn)氣泡 不久就出現(xiàn)了霧 而丙裝置一直都沒有任何現(xiàn)象 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是 a 濃硫酸對三氧化硫的吸收效率遠好于水 三氧化硫被濃硫酸充分吸收b 三氧化硫的通氣速率太快 三氧化硫未被水和濃硫酸充分吸收c 丙中的導(dǎo)氣管插得太深 導(dǎo)致兩個吸收瓶內(nèi)的氣壓差較大d 丁中的導(dǎo)氣管插得太淺 三氧化硫氣體從水中逸出 與水蒸氣化合形成酸霧 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 解析 裝置甲有多個作用 一是通過觀察氣泡產(chǎn)生的速率調(diào)節(jié)通入二氧化硫 氧氣的比例 二是使兩種原料氣體充分混合 三是起到干燥的作用 答案 1 4fes2 11o22fe2o3 8so2 2 接觸室 3 2so2 o22so3防止溫度過高 而降低so2的轉(zhuǎn)化率及催化劑活性 4 可以通過調(diào)節(jié)氣閥 控制氣體流量 觀察甲裝置的冒泡速率進行估算 5 ac 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 1 下列關(guān)于硫酸工業(yè)生產(chǎn)過程的敘述中錯誤的是 a 在接觸室中使用鐵觸媒作催化劑b 在接觸室中運用熱交換技術(shù)可充分利用能源c 把硫鐵礦磨成細粉末 可以提高原料的利用率d 該反應(yīng)采用400 500 主要是因為該溫度下催化劑活性好解析 硫酸工業(yè)生產(chǎn)中 在接觸室中用以v2o5為主的催化劑 使so2氧化為so3 a項錯誤 使用熱交換裝置可節(jié)約能源 b項正確 把硫鐵礦磨碎可增大其與氧氣的接觸面 使反應(yīng)更充分 速率更快 可提高原料的利用率 c項正確 反應(yīng)溫度采用400 500 是因為該溫度下催化劑活性最高 d項正確 答案 a 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 要點二硫酸工業(yè)生產(chǎn)中的 三廢 問題問題導(dǎo)思 空氣中so2含量過多時 易造成酸雨 什么是酸雨 提示 酸雨指ph 5 6的雨水 主要有硫酸型和硝酸型酸雨 用石灰乳吸收so2 再用硫酸處理 發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是什么 提示 ca oh 2 so2caso3 h2o caso3 h2so4caso4 so2 h2o 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 1 尾氣吸收 工業(yè)生產(chǎn)硫酸的尾氣是從吸收塔的上部排出的 其中含有二氧化硫 二氧化硫既是重要的化工原料 又是嚴重的大氣污染物 從化學(xué)反應(yīng)原理方面來說 工業(yè)上回收二氧化硫的方法較多 可用石灰乳吸收 再用硫酸處理 so2 ca oh 2caso3 h2o caso3 h2so4caso4 so2 h2o 這樣得到的二氧化硫含量較高 可返回用作原料 硫酸鈣也是重要的化工原料 2 污水處理 硫酸生產(chǎn)過程中的污水 含有酸性物質(zhì) 一般用堿性物質(zhì)將其中和 如石灰乳 純堿跟硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為ca oh 2 h2so4caso4 2h2o na2co3 h2so4na2so4 h2o co2 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 3 廢渣的利用 化工生產(chǎn)中的廢渣 一般是由未反應(yīng)的固體原料或是在生產(chǎn)過程中生成的固體所形成的 化工廢渣屬于環(huán)境污染物 但許多化工廢渣都有一定程度的利用價值 目前廢渣的綜合利用方法主要是回收利用廢渣中的鐵 有色金屬及貴金屬等 其中fe2o3含量高的廢渣可用作高爐煉鐵的原料 金屬含量低的可用于制磚 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 例2 下面是一種燃煤煙氣脫硫方法的原理 用氨水將so2轉(zhuǎn)化為nh4hso3 再氧化成 nh4 2so4 導(dǎo)學(xué)號52710053 其中氨水吸收燃煤煙氣中so2的化學(xué)反應(yīng)為能提高燃煤煙氣中so2去除率的措施有 填字母 增大氨水濃度 升高反應(yīng)溫度 使燃煤煙氣與氨水充分接觸 通入空氣使a b c d 解析 均可以提高燃煤煙氣中二氧化硫的去除率 升高溫度 氣體溶解度降低 反而會降低二氧化硫的去除率 答案 c 要點一 要點二 典例導(dǎo)航 即時演練 即時檢測 2 現(xiàn)有以下幾種措施 對燃燒煤時產(chǎn)生的尾氣進行除硫處理 少用原煤做燃料 燃煤時鼓入足量空氣 開發(fā)清潔能源 其中能減少酸雨產(chǎn)生的措施是 a b c d 解析 酸雨產(chǎn)生的原因在工業(yè)城市中主要是由含硫煤的燃燒引起的 對煤進行脫硫處理 少用煤作燃料 開發(fā)新能源 都能減少so2排放 燃煤時鼓入足量空氣只能使煤充分燃燒 無法減少so2的排放 答案 c 要點一 要點二 即時檢測 1 在硫酸工業(yè)制法中 下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都正確的是 a 硫鐵礦燃燒前需要粉碎 因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中燃燒b 從沸騰爐出來的爐氣需凈化 因為爐氣中二氧化硫會與雜質(zhì)反應(yīng)c 二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑 這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率d 三氧化硫用98 3 的濃硫酸吸收 目的是防止形成酸霧 以便使三氧化硫吸收完全解析 a項 粉碎 目的是為了增大反應(yīng)接觸面積 b項 凈化 是為了防止催化劑中毒 c項 使用催化劑可提高反應(yīng)速率 不能使轉(zhuǎn)化率發(fā)生改變 答案 d 要點一 要點二 即時檢測 2 接觸法生產(chǎn)硫酸的過程中 對廢氣 廢水 廢渣 廢熱的處理正確的是 尾氣用氨水處理 污水用石灰乳處理 廢渣用來造水泥 煉鐵 設(shè)置廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽 供熱或發(fā)電a b c d 解析 硫酸廠尾氣中含有so2 可用氨水吸收處理 硫酸廠廢水中含有硫酸可用石灰乳中和 硫酸廠廢渣中含有sio2 fe2o3等 可用于制造水泥 煉鐵 由于硫酸生產(chǎn)過程中三個化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng) 可以充分利用這些反應(yīng)放出的熱能來降低生產(chǎn)成本 答案 d 要點一 要點二 即時檢測 3 以黃鐵礦為原料 采用接觸法生產(chǎn)硫酸的流程如下圖所示 導(dǎo)學(xué)號52710054 請回答下列問題 1 在爐氣制造中 生成so2的化學(xué)方程式為 2 爐氣精制的作用是將含so2的爐氣和干燥 如果爐氣不經(jīng)過精制 對so2催化氧化的影響是 要點一 要點二 即時檢測 3 精制爐氣 含so2體積分數(shù)為7 o2為11 n2為82 中so2平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強關(guān)系如下圖所示 在實際生產(chǎn)中 so2催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓 450 左右 對應(yīng)圖中a點 而沒有選擇so2轉(zhuǎn)化率更高的b或c點對應(yīng)的反應(yīng)條件 其原因分別是 要點一 要點二 即時檢測 4 在