蘇教化學選修化學與技術專題2第三單元硫酸工業(yè)

1、第三單元硫酸工業(yè)課堂互動講練知能優(yōu)化訓練課前自主學案學習目標第三單元硫酸工業(yè)學習目標1.掌握接觸法制硫酸的化學原理。2.了解硫酸的生產(chǎn)工藝和幾個典型設備。3.認識環(huán)保的重要性，了解硫酸工業(yè)“三廢”治理的方法。課前自主學案一、接觸法制硫酸的化學原理第一步：硫磺或硫鐵礦的燃燒氧化.化學方程式為:_或_.SO2 SO24FeS211O2 2Fe2O3SO2第二步:二氧化硫的催化氧化.化學方程式為:第三步:三氧化硫的吸收.化學方程式為:_.SO3H2O=H2SO4_.2SO2O2 2SO3二、硫酸的生產(chǎn)工藝1硫磺或硫鐵礦的燃燒從硫鐵礦制造二氧化硫,是先將_,放在_中,從該爐下部通入空氣,在高溫下鼓入爐

2、中的_把礦石小顆粒揚起,呈沸騰狀燃燒氧化.礦物粉碎沸騰焙燒爐空氣硫鐵礦沸騰焙燒得到的爐氣中除了含有二氧化硫外,還含有多種雜質(zhì).這些雜質(zhì)有的使_,有的對反應設備有_作用,有的使制得的硫酸_.所以,從沸騰焙燒爐出來的高溫爐氣需要經(jīng)過_、_.焙燒工序產(chǎn)生的礦渣和粉塵,經(jīng)冷卻增濕后,被送到鋼鐵廠作為_原料.催化劑中毒、失效腐蝕帶色冷卻除塵和酸洗煉鐵2二氧化硫的催化氧化精制得到的爐氣補充空氣后送入裝有_的接觸室,氧化生成三氧化硫.二氧化硫的催化氧化是一個放熱的_反應.反應在_左右進行,有利于釩催化劑發(fā)揮催化作用.3三氧化硫的吸收三氧化硫進入吸收塔后用_吸收,得到濃硫酸或發(fā)煙硫酸.不用水來吸收三氧化硫是因

3、為_.催化劑可逆450 98.3%硫酸避免產(chǎn)生酸霧從而降低吸收效率思考感悟1.假如你是化工專家,為提高的轉(zhuǎn)化率,會采用哪些措施?【提示】增加SO2或O2的濃度,降低SO3濃度,降低溫度.反應物濃度越高,生成物濃度越低,反應的平衡向正反應方向移動;因為該反應放熱,所以降低溫度,平衡正向移動;雖然增大壓強能促進平衡正向移動,但是常壓下該反應轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高,加壓之后轉(zhuǎn)化率提高很少,所以不需要增大壓強.三、硫酸工業(yè)的三廢治理1.廢渣:硫鐵礦沸騰焙燒產(chǎn)生的爐渣中含鐵量大于45%,可以用于_、_等產(chǎn)品.2.廢液:用水洗滌、凈化沸騰焙燒爐的爐氣,產(chǎn)生廢水.廢水中主要含有_、_、_、_等,一般用_中和硫酸,形

4、成的_可以吸附重金屬離子使污水凈化.煉鐵制造硫酸鐵氧化鐵紅顏料微量H2SO4氟化物鐵離子鉛離子石灰氫氧化鐵絮狀沉淀3廢氣:由吸收塔排出的尾氣中二氧化硫的含量如果超過500 LL1,就要加以處理后才能排出.處理的方法之一是_.用氨水洗滌煙氣脫硫思考感悟2如何用化學方程式表示用氨水洗滌吸收塔排出的尾氣、用石灰處理洗滌沸騰焙燒爐的爐氣所產(chǎn)生的廢水的過程？【提示】(1)吸收塔排出尾氣中的二氧化硫常用氨酸法吸收,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.SO2NH3H2O=NH4HSO3SO22NH3H2O=(NH4)2SO32NH4HSO3H2SO4=

5、(NH4)2SO42SO22H2O(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O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.(2)用石灰處理洗滌爐氣所產(chǎn)生廢水的反應：先中和硫酸:Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O;后與Fe3反應:3Ca(OH)2Fe2(SO4)3=3CaSO42Fe(OH)3;Fe(OH)3絮狀沉淀可以吸附廢水中的重金屬離子,從而凈水。課堂互動講練硫酸工業(yè)要點一1三原料：硫鐵礦(FeS2)、空氣、水接觸法制硫酸一般可以用硫磺、硫鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣(含一定量的SO2)等.其中用硫磺作原料成本低、對

6、環(huán)境污染少.我國硫磺資源較少,主要用硫鐵礦(主要成分為FeS2)作生產(chǎn)硫酸的原料.2三反應：3.三設備:沸騰爐、接觸室、吸收塔4.三原理:化學平衡原理、熱交換原理、逆流原理(1)化學平衡原理:增大反應物濃度、增大反應物間接觸面積,能提高反應速率并使化學平衡向正反應方向移動,以充分提高原料利用率.(2)熱交換原理:在接觸室中生成的熱量經(jīng)過熱交換器,傳遞給進入接觸室的需要預熱的混合氣體,為二氧化硫的接觸氧化和三氧化硫的吸收創(chuàng)造了有利條件.(3)逆流原理:液體由上向下流,氣體由下向上升,兩者在逆流過程中充分反應.5二氧化硫接觸氧化適宜條件常壓、較高溫度(400500 )和催化劑 在硫酸的工業(yè)制法中,

7、下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的原因二者都正確的是()A硫鐵礦燃燒前需將礦石粉碎,這樣易于向沸騰爐中投料B爐氣進入接觸室之前需要凈化、干燥,因為爐氣中的雜質(zhì)易與SO2反應CSO2氧化為SO3時需使用催化劑,這樣可提高SO2的轉(zhuǎn)化率D接觸室的反應溫度控制在400500 ,因為在這個溫度范圍內(nèi),反應速率和SO2的轉(zhuǎn)化率都比較理想,且催化劑的活性也較高例1【解析】題中所提到的對硫酸工業(yè)采取的措施敘述都是正確的.但硫鐵礦進入沸騰爐之前粉碎的原因是為了增大礦粒與空氣的接觸面積,使其燃燒得更快、更充分,從而提高硫鐵礦的利用率;從沸騰爐出來的爐氣必須凈化、干燥的目的是因為爐氣中的一些雜質(zhì)氣體會使接觸室中的催化劑

8、中毒,使催化劑喪失活性,同時防止爐氣中的水蒸氣和SO2生成酸而腐蝕管道;SO2轉(zhuǎn)化為SO3時使用催化劑是為了縮短到達平衡的時間,但它并不能影響化學平衡的移動,并不影響SO2的轉(zhuǎn)化率;接觸室控制反應的溫度在400500 ,這是綜合考慮了催化劑活性、反應速率及SO2的轉(zhuǎn)化率等因素而確定的,故D項正確.【答案】D【點評】本題考查的是接觸法制硫酸的生產(chǎn)過程、反應原理、生產(chǎn)設備和一些生產(chǎn)措施在工業(yè)生產(chǎn)中的意義。要從最本質(zhì)上分析實際操作的原因，以免被一些次要問題所迷惑。解析：選D。理論上，可轉(zhuǎn)化成SO2的任何含硫物質(zhì)均可作為硫酸的生產(chǎn)原料(如S、FeS、FeS2、H2S等)，但在生產(chǎn)實踐中，應選取那些儲量

9、大、礦質(zhì)品位高、資源豐富、便于開采和加工的礦物作為化工原料，綜合分析，A正確；生產(chǎn)中對礦石進行粉碎，既可增大原料之間的相互接觸面積(增大反應速率)，又可提高原料的利用率(轉(zhuǎn)化率)，故B正確；硫酸工業(yè)實際生產(chǎn)中條件的選擇要點二1.溫度:根據(jù)平衡移動原理,應在低溫下進行,但低溫時催化劑的活性不高,反應速率低,實際生產(chǎn)中采用400500 的溫度.2.壓強:根據(jù)平衡移動原理,應在高壓下進行,但增大壓強對SO2的轉(zhuǎn)化率提高不大,且加壓會增大成本和能量消耗,而常壓下的轉(zhuǎn)化率已很高,實際生產(chǎn)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. 工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時,利用催化氧化反應將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是

10、一個關鍵步驟.壓強及溫度對SO2轉(zhuǎn)化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分數(shù)為:SO2 7%,O2 11%,N2 82%):例2(1)已知SO2的催化氧化是放熱反應,如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結論?_;(2)在400 500 時,SO2的催化氧化采用常壓而不是高壓,主要原因是_;(3)選擇適宜的催化劑,是否可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率?_(填“是”或“否”),是否可以增大該反應所放出的熱量?_(填“是”或“否”);(4)為提高SO3的吸收率,實際生產(chǎn)中用_吸收SO3;(5)已知:2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJ/mol,計算每生產(chǎn)一萬噸98%硫酸所需要的SO3的質(zhì)量和由SO2生產(chǎn)這

11、些SO3所放出的熱量.【解析】可逆反應: 2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)H196.6 kJmol1分析表格中數(shù)據(jù)：(1)壓強相同時,升高溫度,SO2的轉(zhuǎn)化率減小,故升溫,上述反應的平衡向逆反應方向移動,則正反應為放熱反應.(2)400 500 范圍內(nèi)常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率在97.8%以上,再增大壓強對提高SO2的轉(zhuǎn)化率無顯著影響,反而會增大成本,故不需要再采用高壓措施.(3)催化劑只能加快反應速率,提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量,不能提高SO2的轉(zhuǎn)化率及增大反應過程中放出的熱量.(4)實際生產(chǎn)中,不是用H2O吸收SO3,而是用98.3%的濃硫酸吸收,可以避免形成酸霧并提高吸收率.(5)一萬噸98

12、%的H2SO4溶液中含H2SO4的質(zhì)量為9.8109 g【答案】(1)壓強一定時,溫度升高,SO2的轉(zhuǎn)化率下降,說明升溫有利于反應向逆反應方向進行,所以正反應為放熱反應(2)增大壓強對提高SO2的轉(zhuǎn)化率無顯著影響,反而會增加成本(3)否否(4)98.3%的濃硫酸(5)8.0103 t9.83109 kJ【點評】化工生產(chǎn)條件的選擇是理論聯(lián)系實際生產(chǎn)的一個重要應用，在處理問題選擇生產(chǎn)條件時既涉及外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響，又會考慮實際生產(chǎn)中的問題。變式訓練2接觸法制硫酸時，反應的重要條件是(雙選)()A二氧化硫必須提純B必須用純氧不可用空氣C催化劑需要加熱D三氧化硫需用稀硫酸吸收解析:

13、選AC.接觸法制硫酸時制得的SO2必須先除去其中所含的雜質(zhì),因為爐氣中含有的水蒸氣進入接觸室后與SO2反應生成的酸會腐蝕設備,對設備帶來不良影響,砷、硒化合物和礦塵等能使催化劑中毒,因而進行催化氧化反應前必須先進行除雜等操作;制H2SO4時使用的是空氣而不是純氧;進行SO2的催化氧化時使用的溫度是400500 ;對三氧化硫進行吸收時使用98.3%的濃H2SO4,因為使用水或稀硫酸會容易形成酸霧,妨礙吸收的進行.化工廠選址的主要因素要點三化工廠廠址選擇涉及原料、水源、能源、土地供應、交通運輸、環(huán)境保護和市場需求等諸多因素，應對這些因素綜合考慮，權衡利弊，才能做出合理的選擇。一般應考慮下列因素：是

14、否有市場需求；是否接近原料供應地；土地供應是否充足；水源是否充足；能源是否充足且價廉；交通運輸是否方便；能否達到環(huán)境保護要求。上述這些因素必須在遵循科學原則的基礎上，著重考慮綜合經(jīng)濟效益，即要求最大限度地提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，保護生態(tài)環(huán)境。 分析下面兩個案例并回答有關問題。(1)某城鎮(zhèn)生產(chǎn)、生活的分布情況如圖所示，河流中W、X、Y、Z處某次水樣抽測結果如表所示。例3導致X、Y處水樣pH變化的原因可能是_；Z處魚類大量減少,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是_.(2)某地區(qū)已探明蘊藏有豐富的赤鐵礦(主要成分為Fe2O3,還含有SiO2等雜質(zhì))、煤礦、石灰石和黏土.擬在該地區(qū)建設大型煉鐵廠.隨著鐵礦的開

15、發(fā)和煉鐵廠的建立,需要在該地區(qū)相應建立焦化廠、發(fā)電廠、水泥廠等,形成有規(guī)模的工業(yè)體系.據(jù)此確定上圖中相應工廠的名稱:A_、B_、C_、D_;以赤鐵礦為原料,寫出高爐煉鐵中得到生鐵和產(chǎn)生爐渣的化學方程式_;從“三廢”利用、環(huán)境保護等角度考慮,該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應采取的一些措施有(舉出2種措施即可)_.【解析】(1)從給出的數(shù)據(jù)看,X處水樣呈堿性,Y處水樣呈酸性,Z處水樣缺氧.造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高,火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達標就排放,造成Y處等的河水pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會導致酸雨的產(chǎn)生,使Y處等的河水pH降低),化肥廠、農(nóng)田及生活污水使Z處河水富營養(yǎng)

16、化,水溫較高,適于藻類等水生植物生長,河水中溶解氧被大量消耗,導致魚類死亡.從“三廢”利用、環(huán)境保護等角度考慮,該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應建立污水處理系統(tǒng),將石灰石煅燒成生石灰用于吸收發(fā)電廠和焦化廠燃煤時產(chǎn)生的SO2,減少對空氣的污染.【答案】(1)造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高,火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達標就排放,造成Y處等的河水pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會導致酸雨,使Y處等的河水pH降低)用煉鐵廠的爐渣(或CaSiO3)作為水泥廠的原料;用發(fā)電廠的煤矸石和粉煤灰作為水泥廠的原料;將石灰石煅燒成生石灰,用于吸收發(fā)電廠和焦化廠燃煤時產(chǎn)生的SO2,減少對空氣的污染;建立

17、污水處理系統(tǒng)(或其他合理答案,任選2條即可)【點評】本題考查了有關化學與環(huán)境保護的相關知識.關注有關化學與環(huán)境保護的綜合應用方面的命題.解答本題要將工業(yè)生產(chǎn)與化學反應原理相結合、將環(huán)境污染與實際生活相聯(lián)系,注意創(chuàng)造性地利用化學知識解決實際問題.變式訓練3讀某城市的城市布局示意圖,回答有關問題：煤炭基地大型硫酸廠自來水廠療養(yǎng)院大型商場食品廠化工廠造紙廠污水處理廠高等院校(1)該城市布局是否合理？請分析原因。(2)圖中處分布大型硫鐵礦(主要成分是FeS2)。寫出制取二氧化硫、三氧化硫的化學方程式。(3)接觸法制硫酸的尾氣中還含有少量的二氧化硫，如果排入大氣，就會造成環(huán)境污染。你認為該企業(yè)應該采用什么方法回收、利用尾氣中的二氧化硫，寫出有關反應的化學方程式。(4)該市經(jīng)濟發(fā)達,每天有大量的汽車排放氮氧化合物、碳氫化合物,以及企業(yè)、家庭爐灶排放大量的二氧化硫、二氧化碳等,會導致市民心臟出現(xiàn)什么問題？該市應采取哪些措施防治大氣污染？解析:(1)煤炭基地、大型硫酸廠、化工廠布局合理.理由是它們都接近原料基地,且在垂直風向的郊外,自來水廠、療養(yǎng)院、大型商場、食品廠布局合理.自來水廠在河流上游,不受或少受污染,分布在居民區(qū)中心地帶.造紙廠不合理,理由是,它位于夏季風的上風地帶,且離居民區(qū)、高等院校較近,大氣污染嚴重.鐵路穿過市區(qū)不合理,因為噪聲污染、大氣污染嚴重.(3)氨吸收法:SO22NH3