硫酸工業(yè)制備教案

第一節(jié)接觸法制硫酸●教學(xué)目標(biāo)了解接觸法制硫酸的化學(xué)原理、原料、生產(chǎn)流程和典型設(shè)備。通過二氧化硫接觸氧化條件的爭論，復(fù)習(xí)穩(wěn)固關(guān)于化學(xué)反響速率和化學(xué)平衡的學(xué)問，訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用理論學(xué)問分析和解決問題的力氣。一、反響原理1.S＋O===SO2 2SO＋HO===HSO3 2 2 4現(xiàn)階段我國硫酸的生產(chǎn)原料以黃鐵礦(主要成分為FeS)2廠的煙氣、礦產(chǎn)硫黃或從石油、自然氣脫硫獲得硫黃作原料。4FeS＋11O

高溫

＋8SO2 2 2 3 2如以石膏為原料的第一步反響就是：2CaSO＋C2CaO＋2SO

↑＋CO4 2 2二、工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)流程。工業(yè)上制硫酸主要經(jīng)過以下幾個途徑：1、以黃鐵礦為原料制取SO的設(shè)備叫沸騰爐。2沸騰爐示意圖燒得更充分，從而提高原料的利用率。［設(shè)問］黃鐵礦經(jīng)過充分燃燒，以燃燒爐里出來的氣體叫做“爐氣不能直接用于制取SO3，這是為什么呢？這是由于爐氣中常含有很多雜質(zhì)，如N2，水蒸氣，還有砷、硒的化合物及礦塵等。這蒸氣對設(shè)備也有不良影響，因此爐氣必需經(jīng)過凈化、枯燥處理。問題：1.N對硫酸生產(chǎn)沒有用處，為什么不除去？22.工業(yè)生產(chǎn)上為什么要把握條件使SO、O處于上述比例呢？2 2［答案］1.N2

對硫酸的生產(chǎn)沒有用處，但也沒有不利之處，假設(shè)要除去，勢必會增加生產(chǎn)本錢，從綜合經(jīng)濟(jì)效益分析沒有除去的必要。2.率，從而有利于SO的進(jìn)一步氧化。2三、生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程接觸室依據(jù)化學(xué)反響原理，二氧化硫的氧化是在催化劑存在條件下進(jìn)展的，目前工業(yè)生產(chǎn)上將這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法制硫酸。二氧化硫發(fā)生催化氧化的熱化學(xué)方程式為：［提問］SO的接觸氧化在什么條件下反響可提高SO的轉(zhuǎn)化率？2 2SO的氧化為一可逆反響。依據(jù)勒夏特列原理，加壓、降溫有利于SO轉(zhuǎn)化率的提高。2 2實際生產(chǎn)中反響條件：常壓下400℃～500℃。為什么？？二氧化硫在接觸室里是如何氧化成三氧化硫的呢？經(jīng)過凈化、枯燥的爐氣，通過接觸室中部的熱交換器被預(yù)熱到400℃～500℃,通過上層被其次次氧化。這是提高可逆反響轉(zhuǎn)化率的一種格外有效的方法。吸取塔二氧化硫在接觸室里經(jīng)過催化氧化后得到的氣體含三氧化硫一般不超過10%，其余為N2、O2及少量二氧化硫氣體。這時進(jìn)入硫酸生產(chǎn)的第三階段，即成酸階段。其反響的熱化學(xué)方程式為：SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l);ΔH=－130.3kJ/mol98.3%的H2SO4來吸取SO3的，為什么要這樣操作呢？水溶液中的水發(fā)生反響生成硫酸。SO(g)＋HO(l)HSO(l),ΔH＜0,這是一個可逆3 2 2 498.3%的濃硫酸作為吸取劑吸取三氧化硫。［爭論］1.從吸取塔里排出的尾氣有哪些成分，能直接排放到空氣中嗎？2.尾氣應(yīng)如何處理？［答復(fù)］從吸取塔排出的氣體主要有N2、O2，少量二氧化硫，假設(shè)直接排放到空氣中，氧化，然后進(jìn)一步吸取。也可用NH3吸取SO2以生產(chǎn)亞硫酸銨，或用堿吸取后，再通過加酸生產(chǎn)高濃度二氧化硫和硫酸銨。●綜合力氣訓(xùn)練題在硫酸的工業(yè)制法中，以下生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要緣由二者都是正確的選項是A.硫鐵礦燃燒前需要粉碎，由于大塊的硫鐵礦不能燃燒B.從沸騰爐出來的爐氣需凈化，由于爐氣中SO會與雜質(zhì)反響2C.SO氧化為SO時需使用催化劑，這樣可以提高SO的轉(zhuǎn)化率2 3 2D.SO98.3%的濃HSO吸取，目的是防止形成酸霧，以便使SO吸取完全3 2 4 3固體A、BA、B1∶11∶2A、B在高溫時煅燒，產(chǎn)物都是C(s)D(g)DE，E是非金屬元素顯＋6價的含氧酸，該非金屬元素形成的單質(zhì)通常是一種淡黃色晶體，E的稀溶液和AG(g)F(aq),GD的水溶液，有淡黃色沉淀生成。在F中滴入溴水后，參與KOH溶液有紅褐色沉淀生成，加熱時又能轉(zhuǎn)變?yōu)镚。依據(jù)上述事實答復(fù)：A的化學(xué)式是 ，B的化學(xué)式是 。寫出以下反響的化學(xué)方程式：①B煅燒生成C和D -②G通入D溶液中 ③向F中滴入溴水 1.D2.第一步：依據(jù)E是非金屬元素顯＋6價含氧酸且該非金屬元素形成的單質(zhì)，通常是一種淡黃色固體，所以E是HSO。2 4其次步：A(B)C＋D，D最終制得E，E＋A

G↑＋F,G＋D淡黃色沉淀。該淡黃色沉淀必為S，進(jìn)一步驗證E為HSO，A和B中均含S元素。2 4Br KOH 3第三步：F2C,該紅褐色沉淀必為Fe(OH)C3FeO,FFe2＋的溶液，AB中均含F(xiàn)e元素。答案：AFeS,BFeS。2 3 24FeS11O 高溫2FeO

＋8SO②2HS＋HSO===3S↓＋3HO③6FeSO＋2 2 2

2 2 2 3 2 43Br===2Fe(SO)＋2FeBr2 2 43 3其次節(jié)關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的爭論●教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生常識性地了解化學(xué)科學(xué)試驗與化工生產(chǎn)的區(qū)分。使學(xué)生對于如何提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益有一個常識性的生疏。通過課堂爭論培育學(xué)生分析問題和解決問題的力氣。一、環(huán)境保護(hù)與綜合利用原料門有用的原料。［提問］硫酸工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生哪些廢物？這些廢物又如何處理呢？［答復(fù)的廢氣。黃鐵礦礦粉在沸騰爐中燃燒后產(chǎn)生大量廢渣。爐氣的凈化、枯燥過程中產(chǎn)生廢液。1、硫酸生產(chǎn)中尾氣的處理①氨水吸取，再用硫酸處理SO＋2NH＋HO===(NH)SO2 3 2 42 3(NH

)SO＋HSO===(NH)SO＋SO↑＋HO42 3 2 4 42 4 2 2②用NaSO溶液吸取，然后加熱吸取液2 3SO＋NaSO＋HO===2NaHSO2 2 3 2 32NaHSO NaSO＋SO↑＋HO3 2 3 2 2③用NaOH溶液吸取，再用石灰乳和O處理2SO＋2NaOH===NaSO＋HO2 2 3 2NaSO＋Ca(OH)===CaSO

↓＋2NaOH2 3 2 32CaSO＋O===2CaSO3 2 4Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O二、能量的充分利用1.S(s)＋O(g)===SO(g);ΔH=－297kJ/mol2FeS(s)＋11O

2高溫1(g) FeO

(s)＋2SO

;ΔH=－853kJ/mol2 4 2 2 2 3 23.SO(g)＋HO(l)===HSO(l);ΔH=－130.3kJ/mol3 2 2 4的意義呢？三、生產(chǎn)規(guī)模和廠址選擇能的綜合利用和提高勞動生產(chǎn)率，因而總的經(jīng)濟(jì)效益較大?；S廠址選擇是一個簡潔的問題，它涉及原料、水源、能源、土地供給、市場需求、交通運輸和環(huán)境保護(hù)等諸多因素。●綜合力氣訓(xùn)練題據(jù)《中國環(huán)境報》報道：從一份科技攻關(guān)課題爭論結(jié)果顯示，我國酸雨區(qū)已占國土面40%以上。爭論結(jié)果還說明，我國農(nóng)業(yè)每年因患病酸雨而造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)15億多等法規(guī)。你認(rèn)為削減酸雨產(chǎn)生的途徑可實行的措施是①不用煤作燃料；②把工廠煙囪造高；③燃料脫硫；④在已酸化的土壤中加石灰發(fā)能源。A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤在英國進(jìn)展的一個爭論結(jié)果說明：高煙囪可以有效地降低地外表SO2濃度。在20世60年月～7010年間，由發(fā)電廠排放出的SO35%，但由于建筑高煙囪2的結(jié)果，地面濃度降低了30%之多。請你從全球環(huán)境保護(hù)的角度，分析這種方法是否可取?并簡述其理由。用傳統(tǒng)的煤、石油作燃料，其主要缺點是什么?與傳統(tǒng)的煤、石油燃料相比，哪種物質(zhì)可作為的能源?主要優(yōu)點又是什么?目前一座中等城市每年用煤約300萬噸，其含硫量如按1%計算，則每一年排放SO2噸假設(shè)此SO有60%轉(zhuǎn)化為HSO 相當(dāng)于生成 噸98%的HSO。2 2 4 2 4SO2用，請寫出燃燒時，有關(guān)“固硫”(不使硫化物進(jìn)入大氣)反響的化學(xué)方程式 ，并比較此法與“石灰石粉末與含硫煤混合防止酸雨的方法，哪個更好些? (填“生石灰法”或“石灰石法”)國際上最承受“飽和亞硫酸鈉溶液吸取法請寫出有關(guān)反響的化學(xué)方程式 _某空氣污染監(jiān)測儀是依據(jù)SOBr的定量反響來測定空氣中SO含量的。參與反響2 2 2的溴，來自一個裝滿酸性(HSO)KBr溶液的電解槽陽極上的氧化反響，電解槽的陽極室與2 4陰極室是隔開的。當(dāng)測量某地區(qū)空氣中SO含量時，空氣(經(jīng)過除塵)1.5×10－4m3·min－21的流速進(jìn)入電解槽的陽極室，電流計顯示每分鐘通過電子是5.136×10－9mol，此條件下能保持溴濃度恒定并恰好與SO完全反響。設(shè)被測空氣中不含其他能與溴反響的雜質(zhì)。2寫出此監(jiān)測過程發(fā)生的主要反響的化學(xué)方程式。計算該地區(qū)空氣中SO的含量(g·m－3)(保存兩位小數(shù))。21解析：此題從實際動身，設(shè)計了一系列有關(guān)SO氣體對環(huán)境影響的問題爭論，考察學(xué)2生解決實際問題的力氣，解題時只要認(rèn)真，細(xì)心地審題，便不難得出結(jié)論。形成酸雨的物質(zhì)主要是SO，氮氧化物等，防止措施就是杜絕這些污染源的產(chǎn)生。2造高煙囪的作用僅僅是轉(zhuǎn)移了SO，卻并未對產(chǎn)生SO的來源進(jìn)展根治，所以全球2 2SO的量并未削減。2分析時可從煤、石油為不行再生資源，且其中含有N、S元素，燃燒時可形成SO、2xNOH，學(xué)生在初中就已學(xué)x2過并應(yīng)生疏它的優(yōu)點。據(jù)S ～ SO232 64300萬噸×1％ m(SO)m(SO

643001%)＝

2＝6×104噸2 32SO2 ～ H2SO464 986×104×60％ m(H2SO4)·98%m(HSO

610460%98)＝ ＝5．625×104噸2 4 6498%(5)CaO＋SO===CaSO

2CaSO＋O===2CaSO

石灰石法固2 3 3 2 4硫的反響為：CaCO CaO＋CO↑CaO＋SO===CaSO 2CaSO＋O3 2 2 3 3 2 4明顯，生石灰法固硫要優(yōu)于石灰石法，因石灰石固硫多了CaCO的分解反響，其既吸取能3量，又產(chǎn)生CO，從而降低了煤炭的燃燒效益并促進(jìn)了溫室效應(yīng)。2答案：(1)C不行取。由于SO排放總量沒有削減，進(jìn)一步形成的酸雨仍會對全球造成危害。2x煤、石油為不行再生資源；燃燒時形成的SO、NO等嚴(yán)峻污染大氣，形成酸雨；且x2燃燒后的主要產(chǎn)物CO，又將導(dǎo)致溫室效應(yīng)。H；①來源廣泛(可用水作為原料來制取)，2 2②燃燒時放熱多(3倍)，③燃燒產(chǎn)物不污染環(huán)境。(4)6×104t；5.63×104tCaO＋SOCaSO 2CaSO＋O===2CaSO 生石灰法2 3 3 2 4NaSO＋SO＋HO===2NaHSO2 3 2 2 32KBr的電SO的復(fù)原性及有關(guān)計算。2由題中所給信息可知，某空氣污染監(jiān)測儀的工作原理包含電解酸性KBr溶液和電解的陽極產(chǎn)物BrSO反響的兩個過程，故有關(guān)反響方程式為：2 2電解2KBr＋HSOKSO＋H↑＋Br ①2 4 2 4 2 2SO＋Br＋2HO===HSO＋2HBr ②2 2 2 2 4設(shè)每分鐘電解KBr溶液生成Br2

的物質(zhì)的量為x，則依據(jù)反響式①得2Br－－2e－

=== Br22mol 1mol5.136