硫酸工業(yè)-完整版課件

課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)第三單元硫酸工業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握接觸法制硫酸的化學(xué)原理。2.了解硫酸的生產(chǎn)工藝和幾個(gè)典型設(shè)備。3.認(rèn)識(shí)環(huán)保的重要性，了解硫酸工業(yè)“三廢”治理的方法。思考感悟1.假如你是化工專家,為提高的轉(zhuǎn)化率,會(huì)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(yīng)物濃度越高,生成物濃度越低,反應(yīng)的平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng);因?yàn)樵摲磻?yīng)放熱,所以降低溫度,平衡正向移動(dòng);雖然增大壓強(qiáng)能促進(jìn)平衡正向移動(dòng),但是常壓下該反應(yīng)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(qiáng).【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.SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO32NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2SO2↑＋2H2O(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O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(yīng)：先中和硫酸:Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4↓＋2H2O;后與Fe3＋反應(yīng):3Ca(OH)2＋Fe2(SO4)3===3CaSO4↓＋2Fe(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(dòng)講練硫酸工業(yè)要點(diǎn)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(duì)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(yīng)：3.三設(shè)備:沸騰爐、接觸室、吸收塔4.三原理:化學(xué)平衡原理、熱交換原理、逆流原理(1)化學(xué)平衡原理:增大反應(yīng)物濃度、增大反應(yīng)物間接觸面積,能提高反應(yīng)速率并使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),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(jìn)入接觸室的需要預(yù)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(yīng).5．二氧化硫接觸氧化適宜條件常壓、較高溫度(400～500℃)和催化劑在硫酸的工業(yè)制法中,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(jìn)入接觸室之前需要凈化、干燥,因?yàn)闋t氣中的雜質(zhì)易與SO2反應(yīng)C．SO2氧化為SO3時(shí)需使用催化劑,這樣可提高SO2的轉(zhuǎn)化率D．接觸室的反應(yīng)溫度控制在400～500℃,因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi),反應(yīng)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(duì)硫酸工業(yè)采取的措施敘述都是正確的.但硫鐵礦進(jìn)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?yàn)闋t氣中的一些雜質(zhì)氣體會(huì)使接觸室中的催化劑中毒,使催化劑喪失活性,同時(shí)防止?fàn)t氣中的水蒸氣和SO2生成酸而腐蝕管道;SO2轉(zhuǎn)化為SO3時(shí)使用催化劑是為了縮短到達(dá)平衡的時(shí)間,但它并不能影響化學(xué)平衡的移動(dòng),并不影響SO2的轉(zhuǎn)化率;接觸室控制反應(yīng)的溫度在400～500℃,這是綜合考慮了催化劑活性、反應(yīng)速率及SO2的轉(zhuǎn)化率等因素而確定的,故D項(xiàng)正確.硫酸工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中條件的選擇要點(diǎn)二1.溫度:根據(jù)平衡移動(dòng)原理,應(yīng)在低溫下進(jìn)行,但低溫時(shí)催化劑的活性不高,反應(yīng)速率低,實(shí)際生產(chǎn)中采用400～500℃的溫度.2.壓強(qiáng):根據(jù)平衡移動(dòng)原理,應(yīng)在高壓下進(jìn)行,但增大壓強(qiáng)對(duì)SO2的轉(zhuǎn)化率提高不大,且加壓會(huì)增大成本和能量消耗,而常壓下的轉(zhuǎn)化率已很高,實(shí)際生產(chǎn)采用常壓操作.3.適當(dāng)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(shí),利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個(gè)關(guān)鍵步驟.壓強(qiáng)及溫度對(duì)SO2轉(zhuǎn)化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分?jǐn)?shù)為:SO27%,O211%,N282%):例2(1)已知SO2的催化氧化是放熱反應(yīng),如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結(jié)論?________________________________________;(2)在400℃～500℃時(shí),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(yīng)所放出的熱量?________(填“是”或“否”);(4)為提高SO3的吸收率,實(shí)際生產(chǎn)中用________吸收SO3;(5)已知:2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

ΔH＝－196.6kJ/mol,計(jì)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)這些SO3所放出的熱量.【解析】可逆反應(yīng):2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1分析表格中數(shù)據(jù)：(1)壓強(qiáng)相同時(shí),升高溫度,SO2的轉(zhuǎn)化率減小,故升溫,上述反應(yīng)的平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng).(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(qiáng)對(duì)提高SO2的轉(zhuǎn)化率無顯著影響,反而會(huì)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(yīng)速率,提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量,不能提高SO2的轉(zhuǎn)化率及增大反應(yīng)過程中放出的熱量.(4)實(shí)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%的H2SO4溶液中含H2SO4的質(zhì)量為9.8×109g【點(diǎn)評(píng)】化工生產(chǎn)條件的選擇是理論聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)的一個(gè)重要應(yīng)用，在處理問題選擇生產(chǎn)條件時(shí)既涉及外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，又會(huì)考慮實(shí)際生產(chǎn)中的問題。變式訓(xùn)練2

接觸法制硫酸時(shí)，反應(yīng)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:選AC.接觸法制硫酸時(shí)制得的SO2必須先除去其中所含的雜質(zhì),因?yàn)闋t氣中含有的水蒸氣進(jìn)入接觸室后與SO2反應(yīng)生成的酸會(huì)腐蝕設(shè)備,對(duì)設(shè)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(jìn)行催化氧化反應(yīng)前必須先進(jìn)行除雜等操作;制H2SO4時(shí)使用的是空氣而不是純氧;進(jìn)行SO2的催化氧化時(shí)使用的溫度是400～500℃;對(duì)三氧化硫進(jìn)行吸收時(shí)使用98.3%的濃H2SO4,因?yàn)槭褂盟蛳×蛩釙?huì)容易形成酸霧,妨礙吸收的進(jìn)行.化工廠選址的主要因素要點(diǎn)三化工廠廠址選擇涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)和市場需求等諸多因素，應(yīng)對(duì)這些因素綜合考慮，權(quán)衡利弊，才能做出合理的選擇。一般應(yīng)考慮下列因素：①是否有市場需求；②是否接近原料供應(yīng)地；③土地供應(yīng)是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且價(jià)廉；⑥交通運(yùn)輸是否方便；⑦能否達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求。上述這些因素必須在遵循科學(xué)原則的基礎(chǔ)上，著重考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益，即要求最大限度地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。分析下面兩個(gè)案例并回答有關(guān)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(jié)果如表所示。例3①導(dǎo)致X、Y處水樣pH變化的原因可能是________________________________________；②Z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(yùn)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(shè)大型煉鐵廠.①隨著鐵礦的開發(fā)和煉鐵廠的建立,需要在該地區(qū)相應(yīng)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(yīng)工廠的名稱:A_______、B_______、C_______、D_______;②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(xué)方程式_______________________;③從“三廢”利用、環(huán)境保護(hù)等角度考慮,該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)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(dá)標(biāo)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(huì)導(dǎo)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)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(dǎo)致魚類死亡.③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(shí)產(chǎn)生的SO2,減少對(duì)空氣的污染;建立污水處理系統(tǒng)(或其他合理答案,任選2條即可)【點(diǎn)評(píng)】本題考查了有關(guān)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)的相關(guān)知識(shí).關(guān)注有關(guān)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)的綜合應(yīng)用方面的命題.解答本題要將工業(yè)生產(chǎn)與化學(xué)反應(yīng)原理相結(jié)合、將環(huán)境污染與實(shí)際生活相聯(lián)系,注意創(chuàng)造性地利用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題.變式訓(xùn)練3讀某城市的城市布局示意圖,回答有關(guān)問題：①煤炭基地②大型硫酸廠③自來水廠④療養(yǎng)院⑤大型商場⑥食品廠⑦化工廠⑧造紙廠⑨污水處理廠⑩高等院校(1)該城市布局是否合理？請(qǐng)分析原因。(2)圖中②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(xué)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(huì)造成環(huán)境污染。你認(rèn)為該企業(yè)應(yīng)該采用什么方法回收、利用尾氣中的二氧化硫，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。(4)該市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),每天有大量的汽車排放氮氧化合物、碳?xì)浠衔?以及企業(yè)、家庭爐灶排放大量的二氧化硫、二氧化碳等,會(huì)導(dǎo)致市民心臟出現(xiàn)什么問題？該市應(yīng)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(fēng)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(fēng)的上風(fēng)地帶,且離居民區(qū)、高等院校較近,大氣污染嚴(yán)重.