高三化學(xué)硫酸工業(yè)知識(shí)精講

1、高三化學(xué)硫酸工業(yè)【本講主要內(nèi)容】硫酸工業(yè)【知識(shí)掌握】【知識(shí)點(diǎn)精析】二接觸法制硫酸接觸法制硫酸的反應(yīng)原理和生產(chǎn)過(guò)程可歸納為六個(gè)“三”。1、三步原理高溫第一步：4FeS2(s) + 1102(g)2Fe2Q(s) + 8SO(g) ; H= -3412 kJ/mol點(diǎn)燃或 S (s) +Q(g)SO(g) ; AHI= -297 kJ/mol第二步：2SQ(g) +Q(g) f b 2SO3(g) ; H= -196.6 kJ/mol第三步：SO (g) + H20(l) = HbSO(l) ;AHI= -130.3 kJ/mol2、三個(gè)階段SQ的制取和凈化SQ的接觸氧化SQ的吸收和硫酸的生成3、

2、三種原料黃鐵礦(或硫)空氣(Q) 水(98.3%的濃硫酸)4、三套生產(chǎn)設(shè)備沸騰爐接觸室 吸收塔5、三個(gè)生產(chǎn)原理(1)增大反應(yīng)物濃度，增大反應(yīng)物間的接觸面積，充分提高原理的利用率(2)熱交換原理(3)逆流吸收原理6、三項(xiàng)措施凈化爐氣的方法：除塵一一除去爐氣；洗滌一一除去雜質(zhì)氣體干燥一一除去水蒸氣生產(chǎn)階段使用原料設(shè)備生產(chǎn)原理產(chǎn)物SO的制取和凈 化黃鐵礦(FeSa )空氣沸騰爐增大反應(yīng)物濃 度，增大反應(yīng)物 間的接觸面積， 充分提高原料 的利用率爐氣：SO (Q、 N、水蒸氣、含 神、硒的化合 物)。經(jīng)凈化和干燥 處理進(jìn)入接觸 室(防止催化劑 中毒)SO的接觸氧化SO (Q、N2)、*催化劑接觸室熱交

3、換原理SO （O、SO、N）SO的吸收和硫 酸的生成SO （Q、SO、NO、98.3%的濃吸收塔逆流吸收原理濃度大于98.3% 的濃硫酸、Nb、硫酸O、少量SQ二、以接觸法制硫酸為案例，鞏固工業(yè)制法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的原則1、生產(chǎn)原料的選擇來(lái)源豐富，容易得到，廉價(jià)成本低。案例：我國(guó)的硫磺礦產(chǎn)少，黃鐵礦儲(chǔ)量大，我國(guó)硫酸工業(yè)主要以黃鐵礦為原料。2、化學(xué)反應(yīng)的選擇容易進(jìn)行，速率快，轉(zhuǎn)化率高，低消耗案例：粉碎原料，加快反應(yīng)速率，提高原料的利用率。3、適宜的條件綜合考慮化學(xué)原理與經(jīng)濟(jì)效益，尋找最佳的方案 催化劑案例：反應(yīng)2SQ+Q、二2SQ的正反應(yīng)是放熱反應(yīng), 低溫轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速率慢，催化劑的活性差，選擇

4、 400500C溫度范圍，是由于反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想。4、生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)便、能連續(xù)生產(chǎn)案例：工業(yè)生產(chǎn)要求連續(xù)生產(chǎn)，成本低，便于原料的回收利用合成氨和工業(yè)制硫酸都是采用連續(xù)生產(chǎn)的方法。5、設(shè)備投入能完成生產(chǎn)任務(wù)，低能、高效案例：常壓條件下 SO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，采用常壓可以降低對(duì)設(shè)備的耐壓要求，降低 成本，避免不必要的消耗。6、環(huán)境保護(hù)三廢處理、原料和熱能的綜合利用 三、硫酸工業(yè)制法的相關(guān)計(jì)算1、物質(zhì)純度、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的計(jì)算純度不純物質(zhì)中所含純物質(zhì)的質(zhì)量*100%化合物中某元素的損失率=該化合物的損失率實(shí)際參加反應(yīng)的原料量原料利用率=原料轉(zhuǎn)化率=:二1個(gè)投入原料總量X100%產(chǎn)品產(chǎn)率=ms

5、h100%2、多步反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算多步反應(yīng)計(jì)算的方法有多步反應(yīng)是指某一初始原料經(jīng)若干步反應(yīng)后才得到最終的產(chǎn)物。兩種：(1)關(guān)系式法這是一種常規(guī)的計(jì)算方法。根據(jù)多步反應(yīng)的化學(xué)方程式找到最初反應(yīng)物與最終產(chǎn)物的物 質(zhì)的量的關(guān)系。如工業(yè)制硫酸三步反應(yīng)的關(guān)系式為：FeG2SQ2SO2H2SO 。根據(jù)黃鐵礦的投料量就可以直接求得硫酸的產(chǎn)量(考慮損耗)。(2)元素守恒法這是一種透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的方法。在反應(yīng)過(guò)程中，追尋元素的蹤跡， 直接找到反應(yīng)物與產(chǎn)物的關(guān)系。在工業(yè)制硫酸中，核心元素是S, Fe&中的硫元素最終進(jìn)入 hbSQ, S元素守恒的關(guān)系為：FeS22H2SOo3、氧化還原反應(yīng)的有關(guān)分析44 er-I-v

6、高斌4FeS1+110i- 2F均1V還原劑氧化劑既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物四、關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論1、處理“三廢”，綜合利用三廢處理方法化學(xué)反應(yīng)綜合利用廢氣(尾 氣)氨水吸收SQ+2NH+H2O= ( NH) 2SO (NH) 2SO+h2SO = (NH) 2SQ +SOT +H2O(NH) 2SO化月日SO作生產(chǎn)硫酸的原料廢水石灰乳中和Ca (OH 2 +HSO =CaSO+2HO廢渣回收，加工制造水泥2、節(jié)約能源，廢熱利用工業(yè)制硫酸的三步反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，反應(yīng)本身需要的熱來(lái)自于反應(yīng)放熱，放出的熱還可以向外界輸出。可以開發(fā)廢熱發(fā)電等用途。3、控制規(guī)模，科學(xué)選址一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代化工業(yè)

7、生產(chǎn)要求有較大的生產(chǎn)規(guī)模。規(guī)模越大，成本越低?？紤]我國(guó)實(shí) 際，一般發(fā)展年產(chǎn) 4萬(wàn)噸以上的制硫酸工業(yè)。硫酸廠址選址因素：靠近硫酸消費(fèi)中心，避開人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū)?！窘忸}方法指導(dǎo)】例1.在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說(shuō)明的主要原因都正確的是A.黃鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)閴K狀黃鐵礦不能燃燒B.從沸騰爐出來(lái)的爐氣要凈化，因?yàn)闋t氣中的SQ會(huì)與雜質(zhì)反應(yīng)SO2氧化為SO時(shí)需要使用催化劑，這樣可以提高 SO的轉(zhuǎn)化SO3用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以便使SO吸收完全解析：本題考查工業(yè)制硫酸的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 粉碎黃鐵礦的目的是加快反應(yīng)速率， 提高 原料的利用率。凈化爐氣的主要目的是防止催化劑中毒。催化劑可以改變反應(yīng)速率， 對(duì)化學(xué)平衡沒(méi)有影響，不能提高轉(zhuǎn)化率。答案： D例2. (1)含雜質(zhì)40%勺黃鐵礦1噸，可制得98%勺硫酸多少噸？關(guān)系式法： FeS2 2SO 2SO 2屋SQ1201961tX(140%)98%xx= 1t(2)某黃鐵礦含硫32% 1噸黃鐵礦可制得98%勺硫酸多少噸？一一一 一 98 一兀素守恒法：1 X 32% 16.7g 12.6g , 所以反應(yīng)按進(jìn)行，溶質(zhì)為Na2SO3和NaHSO3的混合物。104g mol - n(NaHSO3) +126 .mol - n(N