高中化學(xué)主題礦山資源硫酸與無機材料制造課題設(shè)計一座硫酸廠學(xué)案魯科版選修

1、課題1“設(shè)計”一座硫酸廠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。(重點)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。(重難點)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。(難點)選用哪種原料1.硫鐵礦制硫酸(

2、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4fes211o22fe2o38so2；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。(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2so2o22so3；設(shè)備b中部的裝置叫換熱器，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so3h2o=h2so4；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。2硫黃制硫酸(1)反應(yīng)流程sso2so3h2so4。(2)與硫鐵礦相比

3、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。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。廠址選在哪里1.廠址應(yīng)符合國家工業(yè)布局及城市或地區(qū)的規(guī)劃要求。2廠址的選擇涉及原料、交通運輸、水源、能源、土地資源、自然地質(zhì)條件、市場需求和環(huán)境保護等諸多因素。3宜靠近原料供應(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與原料氣的供應(yīng)者組成聯(lián)合企業(yè)。4廠址所在地區(qū)應(yīng)有充足的水源保證和熱電供應(yīng)，盡可能靠近交通運輸線。5廠址應(yīng)避免建在人口稠密的居民區(qū)、旅游景點和文物保護區(qū)。6選廠址時應(yīng)注意當?shù)刈匀坏乩憝h(huán)境，地震、

4、洪水、泥石流等自然災(zāi)害多發(fā)地區(qū)不宜建廠。2硫酸工廠廠址選擇時，考慮諸多因素的原因是什么？【提示】提高綜合經(jīng)濟效益，減少環(huán)境污染。如何利用廢氣和廢渣1.工業(yè)“三廢”指化工生產(chǎn)中排放的氣體、液體、固體污染物。2硫酸工廠排放的污染物主要是含二氧化硫的尾氣、固體燒渣等。3處理so2的方法氨酸法(1)產(chǎn)生nh4hso3的反應(yīng)：nh3so2h2o=nh4hso3。(2)產(chǎn)生(nh4)2so3的反應(yīng)：2nh3h2oso2=(nh4)2so3。(3)產(chǎn)生(nh4)2so4的反應(yīng)：2nh4hso3h2so4=(nh4)2so42so22h2o、(nh4)2so3h2so4=(nh4)2so4so2h2o。(4)

5、廢渣的利用：燒渣除了含有氧化鐵、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。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。硫酸工業(yè)生產(chǎn)工藝及反應(yīng)條件的選擇【問題導(dǎo)思】硫酸工業(yè)生產(chǎn)工藝中“三原料”、“三階段”、“三反應(yīng)”分別指什么？【提示】見要點1。so2催化氧化反應(yīng)有哪些特點？【提示】a可逆反應(yīng)；b.氣體總體積減小的反應(yīng)；c.放熱反應(yīng)。適宜so2催化氧化的條件是什么？【提示】常壓、400500 、催化劑1工業(yè)制硫酸的原

6、理及過程三原料三階段三反應(yīng)(均放熱)硫黃造氣s(s)o2(g)=so2(g)空氣催化氧化2so2(g)o2(g)2so3(g)98.3%濃硫酸so3的吸收so3(g)h2o(l)=h2so4(l)(用98.3%硫酸吸收)2.硫酸生產(chǎn)的工藝流程3硫酸工業(yè)so2催化氧化適宜條件的選擇so2(g)o2(g)so3(g)h98.3 kjmol1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400500 作為操作溫度，這時反應(yīng)速率和so2的

7、轉(zhuǎn)化率都比較理想。(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、400500 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，催化氧化的適宜條件是常壓、較高的溫度(400500 )和催化劑。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：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_、_及干燥，如果爐氣不經(jīng)

8、過精制，對so2催化氧化的影響是_。(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_，_。(4)在so2催化氧化設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的是_、_，從而充分利用能源。【答案】(1)4fes211o22fe2o38so2(2)除塵水洗礦塵、砷、硒等化合物使催化劑中毒，水蒸氣對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響(3)不選b點，因為壓強越大對設(shè)備的投資大，消耗的動能大；so2原料的轉(zhuǎn)化率在常壓(0.1 mpa

9、)下的轉(zhuǎn)化率已是97%左右，再提高壓強，so2的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，所以采用常壓不選擇c點，因為溫度越低，so2轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用受影響，450 時，催化劑的催化效率最高。故選擇a點，不選c點(4)利用反應(yīng)放出的熱量，預(yù)熱原料氣體使之達到反應(yīng)所需溫度(約450 )反應(yīng)后的氣體得到冷卻便于下一步的吸收(答案合理均可)1下列關(guān)于硫酸工業(yè)生產(chǎn)過程的敘述錯誤的是()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450500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

10、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450500是因為該溫度下催化劑活性最高，d項正確?！敬鸢浮縜硫酸生產(chǎn)中“三廢”的處理【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ph5.6的雨水，主要有硫酸型和硝酸型酸雨。用石灰水吸收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)2so2=caso3h2o，caso3h2so4=caso4so2h2o。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

11、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，可用石灰水吸收，再用硫酸處理：so2ca(oh)2=caso3h2ocaso3h2so4=caso4so2h2o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)2h2so4=caso42h2o，na2co3h2so4=na2so4h2oco2。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

12、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。環(huán)境保護一般采用的方法：嚴格治理“三廢”，嚴格執(zhí)行國家關(guān)于“三廢”的排放標準。將“三廢”變成有用的副產(chǎn)品，實行綜合利用。建立無廢物排出的“封閉式生產(chǎn)”，實行綠色生產(chǎn)。保護生態(tài)環(huán)境。人人建立環(huán)境保護的意識，減少廢棄物的排放。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。其中氨水吸收燃煤煙氣中so2的化學(xué)反應(yīng)為2nh3so2h2o=(nh4)2so3(nh4)2s

13、o3so2h2o=2nh4hso3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hso轉(zhuǎn)化為soabcd【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；通入空氣不僅能氧化hso，還能氧化第一步反應(yīng)生成的so，導(dǎo)致第二步反應(yīng)不能發(fā)生，二氧化硫的去除率降低?！敬鸢浮縞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() 【導(dǎo)學(xué)號：28920032】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abcd【解析】硫酸廠尾氣中含有so2，可

14、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?！敬鸢浮縟1工業(yè)用fes2制硫酸的3種原料：黃鐵礦、空氣、98.3%的硫酸。2工業(yè)制硫酸的3種設(shè)備：沸騰爐、轉(zhuǎn)化器、吸收塔。3工業(yè)制硫酸的3個反應(yīng)：4fes211o22fe2o38so22so2o22so3so3h2o=h2so41下列有關(guān)接觸法制硫酸的敘述不正確的是()a用s代替硫鐵礦，可減少環(huán)境污染b爐氣只含so2，進接觸室之前不需要凈化c熱交換的目的，一方面使即將參加反應(yīng)的氣體達到一定溫

15、度，另一方面降低so3的溫度d尾氣要處理后才能排放到空氣中【解析】因硫鐵礦石中含雜質(zhì)成分較多，故對環(huán)境產(chǎn)生污染也較多；爐氣中除含so2外，還有o2、n2等，煅燒fes2的爐氣進入接觸室前必須凈化?！敬鸢浮縝2化工廠廠址選擇是一個復(fù)雜的問題，受到原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場需求、交通運輸和環(huán)境保護等諸多因素的制約，硫酸廠應(yīng)建在()靠近原料產(chǎn)地，遠離消費中心的地區(qū)靠近消費中心，稍偏離原料產(chǎn)地的地區(qū)交通便利，人口稠密的居民區(qū)環(huán)保要求高的地區(qū)，便于“三廢”的治理abcd【解析】因硫酸是一種強腐蝕性液體，運輸極不方便，需要較高的成本，所以硫酸工廠廠址選擇上首先要考慮建在且遠離環(huán)保要求高的地區(qū)。【答案

16、】d3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()abcd【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?！敬鸢浮縞4關(guān)于接觸法制硫酸的敘述中，不正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：28920033】a從沸騰爐出來的爐氣必須凈化，主要目的是防止催化劑中毒b之所以叫“接觸法”是因so2被氧化成so3時反應(yīng)是在催化劑表面進行的c黃鐵礦粉碎成細小礦粒，在沸騰爐中燃燒快、反應(yīng)完全，提高了原料的

17、利用率dso3用稀硫酸吸收而不用水吸收，可防止形成酸霧并使so3吸收完全【解析】so3用濃h2so4吸收而不是用稀h2so4或水吸收?！敬鸢浮縟5為了探究工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)原理，某校的化學(xué)興趣小組仿照工業(yè)制硫酸的流程設(shè)計了如下圖所示的實驗裝置。(1)硫黃與o2反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)圖中甲裝置的作用為_。圖中乙裝置相當于工業(yè)制取硫酸裝置中的_。(3)在催化劑表面所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(4)乙反應(yīng)器內(nèi)要求o2的量比so2的量多一倍左右，你是如何控制與估計的？_。(5)實驗過程中，當催化劑v2o5表面紅熱后，應(yīng)將酒精燈移開一會兒后再繼續(xù)加熱，其原因是_。(6)某學(xué)生為了探究工業(yè)上為何采用98%的硫酸吸收so3而不用水，用上述丙、丁裝置進行了模擬實驗。丙中的現(xiàn)象為_，丁中的現(xiàn)象為_。(7)