第1課時生產(chǎn)硫酸的基本流程教學設(shè)計【學習目標】依照化學反響原理知識，認識生產(chǎn)硫酸的基本流程。認識硫酸工業(yè)生產(chǎn)中原料、廠址和規(guī)模的選擇。認識硫酸生產(chǎn)過程中反響條件的控制。認識化學科學實驗與化工生產(chǎn)的差異?！局攸c難點】化工生產(chǎn)過程中的基本問題。工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)原理。課前預(yù)習【情況資料】化工生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，但一些最基本的問題是相似的，比方，任何化工生產(chǎn)都涉及到傳質(zhì)（物料的流動）、傳熱（能員的傳導(dǎo)）、傳動（動力的傳輸）和化學反響器等。依照課程標準的要求，將化學反響原理、反響發(fā)生的條件、原料的選擇、三廢的辦理和能量的利用等作為化工生產(chǎn)過程中的基本問題，結(jié)合一些典型產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，使學生對化工生產(chǎn)的基本過程有一個初步的認識。【預(yù)習內(nèi)容】依照教材有關(guān)內(nèi)容填寫以下空白：一、依照化學反響原理確定生產(chǎn)過程工業(yè)制備硫酸，要從以下幾個方面考慮(1)采用的原料應(yīng)該是自然界中的含物質(zhì)，如、。(2)生產(chǎn)過程中，要先使硫元素轉(zhuǎn)變成，再把轉(zhuǎn)變成，再與水反響制得。2.工業(yè)制硫酸主要分、、個階段以S為原料制備SO2化學反響方程式，（屬反響）利用催化氧化反庇將SO2氧化成SO3化學反響方程式，（屬反響）三氧化硫轉(zhuǎn)變成硫酸化學反響方程式，（屬反響）工業(yè)制硫酸主要生產(chǎn)流程二、生產(chǎn)中原料的選擇工業(yè)生產(chǎn)某種化工產(chǎn)品，選擇原料時，要從多方面慮，如、、原料、能源、工業(yè)用水的供應(yīng)能力、儲蓄、運輸、預(yù)辦理成本及環(huán)境保護等。(1)從基建投資、加工花銷及環(huán)保方面考慮，用制硫酸優(yōu)于用制硫酸。(2)我國天然硫資源，而且開采條件。(3)我國黃鐵礦儲量比天然硫要。(4)硫黃制硫酸比黃鐵礦制硫酸生產(chǎn)流程、設(shè)備、三廢少，勞動生產(chǎn)率，易于設(shè)備。(5)由于原料多需進口，硫黃制硫酸成本比黃鐵礦制硫酸。三、生產(chǎn)中反響條件的控制1.硫酸工業(yè)生產(chǎn)的三個主要設(shè)備是、、。2.溫度較時，越有利于SO轉(zhuǎn)變成SO，平時選擇作為操作的溫度，由于在這個溫度范23圍內(nèi)，和都比較理想。3.壓強的增大，SO2的轉(zhuǎn)變率。平時采用操作。4.催化劑：催化劑對化學平衡，但能改變到達平衡所需的時間，即增大。預(yù)習內(nèi)容答案一、1．(1)硫硫黃黃鐵礦（主要成分FeS）2(2)SO2SO2SO3H2SO4造氣催化氧化吸取(1)S(s)+O2(g)=SO2(g)放熱(2)2SO2(g)+O2(g)2SO(g)放熱3(3)SO3(g)+H2O(l)=H2SO(1)放熱43.空氣制SO2400～500℃常壓、催化劑SO3發(fā)煙硫酸水98%硫酸98%硫酸二、化學反響原理廠址選擇硫黃黃鐵礦缺乏比較復(fù)雜大短簡單治理量高大型化高三、1.沸騰爐接觸室吸取塔2.低400～500℃反響速率二氧化硫的轉(zhuǎn)變率3.變化不大常壓4.沒有影響化學反響速率堂中互動【問題研究1】關(guān)于某一詳盡的化工產(chǎn)品，研究生產(chǎn)過程要從產(chǎn)品的化學組成和性質(zhì)考慮，來確定原料和生產(chǎn)路線。請結(jié)合課本寫出關(guān)于工業(yè)制硫酸的反響原理和過程？【教師點撥】掌握七個“三”，即“三階段”、“三原料”、“三反響”、“三設(shè)備”、“三雜質(zhì)”、“三凈化”、“三原理”。解析解答:化工生產(chǎn)是以化學反響原理為依照，以實驗室研究為基礎(chǔ)的。任何生產(chǎn)的完成都要吻合化學反響規(guī)律?！炯磳W即練1】在硫酸的工業(yè)制法中，以下生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都是正確的是()硫鐵礦燃燒前要粉碎，由于大塊的硫鐵礦不能夠燃燒B.SO3用98.3%的濃H2SO4吸取，目的是防范形成酸霧，以便SO3吸取完滿C.SO2氧化為SO3時需使用催化劑，這樣能夠提高SO2的轉(zhuǎn)變率D.從沸騰爐出來的爐氣需凈化，由于爐氣中SO2會與雜質(zhì)反響1.B【解析】本題觀察化工生產(chǎn)中的技術(shù)辦理問題?？蓮幕瘜W反響速率、化學平衡搬動及實質(zhì)生產(chǎn)三個方面考慮各種操作條件的原因。礦石粉碎是為了提高反響速率，其實不是由于大塊的硫鐵礦不能夠燃燒；用濃硫酸吸取SO3是為了防范水與其形成酸霧；使用催化劑能夠提高反響速率，但不能夠提高SO2的轉(zhuǎn)變率；從沸騰爐出來的爐氣需凈化，由于爐氣中雜質(zhì)會使催化劑中毒。【問題研究2】閱讀P6表1-1，結(jié)合二氧化硫催化氧化的反響特點：可否溫度越低越有利于SO2轉(zhuǎn)變成SO3？閱讀P6表1-2,解析隨壓強的增大，SO2的轉(zhuǎn)變率怎么改變？可否壓強越高越好?【教師點撥】反響方程式2SO(g)＋O2(g)2SO3(g)，屬放熱的可逆反響，氣體體積減少的反應(yīng)，從化學平衡的角度講解。工業(yè)生產(chǎn)中壓強的選擇，經(jīng)常還要考慮成本和能量耗資等問題。解析解答：依照外界條件對化學反響速率和化學平衡影響的規(guī)律，選擇化工生產(chǎn)的合適條件時，既要注不測界條件對二者影響的一致性，又要注意對二者影響的矛盾性；既要注意溫度、催化劑對化學反響速率影響的一致性，又要注意催化劑的活性對溫度的限制；既要注意理論生產(chǎn)，又要注意實質(zhì)可能性。【即學即練

2】已知，在硫酸工業(yè)中，①SO2轉(zhuǎn)變成SO3的反響為：2SO+O22SO3②經(jīng)測定，在常壓下上述反響的平衡混雜氣體中，

△H＜0。SO2的體積分數(shù)為

91%。③催化劑V2O5的催化效率f與溫度T有以下列圖的關(guān)系。④經(jīng)除塵除雜后的SO2氣體的溫度約為200℃，反響后SO3氣體溫度約為600℃。請依照以上信息，選擇SO2催化氧化的合適條件。2.SO2氧化過程的合適條件為：①氧氣或空氣合適過分；②常壓；③450℃～500℃；④使用熱交換器?！窘馕觥坑散偌盎瘜W平衡原理，加壓有利于SO的轉(zhuǎn)變，但由②知，常壓下SO的轉(zhuǎn)變率已很高，22因轉(zhuǎn)變率的上升空間較小，故不用再來取加壓措施，免得卻加壓泵的開支和降低接觸室的造價。觀察催化劑的催化效率與溫度關(guān)系圖知，450℃今后催化效率基本不變，升溫有利于提高反響速率，但不利于SO轉(zhuǎn)變，故反響溫度控制在450℃～500℃為宜。除塵后SO溫度低，不利于SO222氧化反響的進行，生成的SO溫度高，不利于SO的吸取，解決這一問題的方法是使用熱交換器。33【問題研究3】二氧化硫的催化氧化反響：(g)＋O2(g)2SO(g)3請用平衡搬動原理來講解：為什么降低溫度和增大壓強有利于提高轉(zhuǎn)變率？若是其他條件不變，分別改變以下條件，將對化學平衡有什么影響？增大O2的濃度；(2)減小SO3的濃度?！窘處燑c撥】若是改變影響平衡的一個條件（如濃度、溫度、壓強等），平衡就向能減弱這種改變的方向搬動。催化劑能相同程度地增加正反響速率和逆反響速率，因此對化學平衡沒有影響，但能改變到達平衡所需的時間。解析解答：①濃度對化學平衡的影響，增大生成物的濃度或減小反響物的濃度時，平衡向逆反應(yīng)方向搬動。②在生產(chǎn)上，經(jīng)常采用增大簡單獲取的或成本較低的反響物濃度的方法，使成本較高的原料得到充分利用。壓強對化學平衡的影響,一般規(guī)律：關(guān)于有氣體參加且反響前后氣體體積不相等的可逆反響，在其他條件不變的情況下，若增大壓強(即相當于減小容器的體積)，則平衡向氣體整體積減小的方向搬動，若減小壓強(即增大容器的體積)，則平衡向氣體整體積增大的方向搬動?！炯磳W即練3】有關(guān)接觸法制硫酸的表達不正確的選項是()。．．．硫黃和硫鐵礦均可作為生產(chǎn)原料將礦石粉碎，是為了提高反響速率反響中通入過分的空氣是為了提高FeS2和和SO2的轉(zhuǎn)變率從吸取塔出來的硫酸經(jīng)濃縮后能夠變成發(fā)煙硫酸3.D【解析】A項，理論上，可轉(zhuǎn)變成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(yīng)采用那些儲量大、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，綜合解析，A正確。B項，生產(chǎn)中對礦石進行粉碎，既可增大原料之間的相對接觸面積（增大反響速率），又可提高原料的利用率（轉(zhuǎn)變率），故B正確。C項，從硫酸生產(chǎn)的三個反響看（FeS2→SO2→SO3→H2SO4，有兩個反響要耗用氧氣，故生產(chǎn)中可采用通入過量空氣的方法來提高FeS2和SO2的轉(zhuǎn)變率，故C正確。D項，在吸取塔中，是用98%的濃硫酸吸收SO3的，所獲取發(fā)煙硫酸，可用水或稀硫酸稀釋，制得各種濃度的硫酸，故D錯誤。練案A組（課堂反響

滿分

50分）一、選擇題（每題5分，共35分）1.在以下條件下，宜于建工廠的城市是()。城市郊區(qū)有豐富的黃鐵礦資源，水源、能源充分城市是一座風光明麗、空氣清爽的旅游城市城市有豐富的磷灰石，擬建一座大型的磷肥廠城市需使用硫酸的工業(yè)不多，卻有豐富的黃鐵礦資源1.AC【解析】本題觀察了從綜合的角度解析建設(shè)工廠的一般條件。2.接觸法制硫酸中，與之沒關(guān)的設(shè)備是（）A.吸取塔B.接觸室C.沸騰爐D.氧化爐2.D【解析】接觸法制硫酸三種設(shè)備:沸騰爐、接觸室、吸取塔。3.硫酸工業(yè)中燃燒硫鐵礦生產(chǎn)SO時，為提高生成SO的速率，以下措施可行的是（）22A.把塊狀礦石粉碎成粉末D.B.降低溫度C.減小壓強使用催化劑FeO233.A【解析】生產(chǎn)中對礦石進行粉碎，既可增大原料之間的相對接觸面積（增大反響速率），又可提高原料的利用率（轉(zhuǎn)變率）?；S廠址選擇是一個復(fù)雜的問題，碰到原料、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限制，硫酸廠應(yīng)建在()①湊近原料產(chǎn)地，遠離花銷中心的地區(qū)②湊近花銷中心，稍偏離原料產(chǎn)地的地區(qū)③交通便利，人口茂密的居民區(qū)④環(huán)保要求高的地區(qū)，便于“三廢”的治理A.①②③④B.①③④C.①②④D.②4.D【解析】因硫酸是一種強腐化性液體，運輸極不方便，需要較高的成本，因此硫酸工廠廠址選擇上第一要考慮建在②且遠離環(huán)保要求高的地區(qū)。5.以下對硫酸生產(chǎn)中化學反響原理的解析中正確的選項是（）。硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反響因原料的不相同可能全部是非氧化還原反響硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反響都是放熱反響硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反響都需要用催化劑硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反響都需要在較高的溫度下才能進行5.B【解析】硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反響為：①S＋O2SO2；②2SO+O22SO3；③SO3H2O＝H2SO4。這三個反響中第一和第二個是氧化還原反響，第一和第三個反響不需催化劑反響就特別快，第三個反響在常溫下就特別激烈，這三個反響都是放熱反響（工業(yè)還采用措施利用這些反響放出的熱量），因此選項A、C、D都是錯誤的，選項B正確。將三氧化硫溶解在硫酸中所獲取的混雜物稱為“發(fā)煙硫酸”，平時以三氧化硫的質(zhì)量分數(shù)表示其組成。將1185g發(fā)煙硫酸試樣溶于水，用125mol·L－1的標準溶液20mL，恰好中和，則試樣中SO3的質(zhì)量分數(shù)為（）

NaOH標準溶液滴定。用去此A.15%

B.17%

C.34%

D.60%A【解析】n(NaOH)＝125mol·L－1×20×10－3L＝2.5×10－3mol2NaOH＋H2SO4＝Na2SO4＋2H2O2mol1mol2.5×10－3mol1.25×10－3mol設(shè)發(fā)煙硫酸的組成為HSO·nSO，溶于水后1mol發(fā)煙HSO生成(n＋1)molHSO。2432424－31.2510－3故1.25×10對應(yīng)發(fā)煙硫酸的物質(zhì)的量為：molmolH2SO4n1可得：1.2510－3mol(98＋80n)gmol－1＝0.1185gn＝22＋n1故SO3的質(zhì)量分數(shù)為0.228098＋2.2100％＝15％80接觸法制硫酸的爐氣組成是SO2占7%，O2占11%，N2占82%，現(xiàn)有100L混雜氣體進入接觸室反響后，整體積變成97.2L。則該變化過程中SO2轉(zhuǎn)變率是()A.50%B.60%C.70%D.80%7.D【解析】解法一：設(shè)參加反響的二氧化硫體積為2x2SO2+O22SO3N2體積（L）整體積（L）開始時體積（L）711082100反響后體積（L）7-2x11-x2x82100-x依照題意100-x=97.2x=2.8L二氧化硫的轉(zhuǎn)變率為5.6L÷7L×100%=80%，答案為D。解法二：設(shè)參加反響的二氧化硫體積為2x2SO2+O2SO體積差（L）232L1L2L1L2X100L-97.2L=2.8LX=2.8L二氧化硫的轉(zhuǎn)變率為5.6L÷7L×100%=80%，答案為D。二、填空題（共15分）8.(7分)工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時，利用催化氧化反響將SO2轉(zhuǎn)變成SO3是一個重點步驟。壓強及溫度對SO轉(zhuǎn)變率的影響以下表(原料氣各成分的體積分數(shù)為SO7%，O11%，N82%)：2222(1)已知SO2的氧化是放熱反響，怎樣利用表中數(shù)據(jù)推斷此結(jié)論？______________________;在400℃~500℃時，SO2的催化氧化采用常壓而不是高壓，主要原因是______________________;選擇合適的催化劑，可否能夠提高SO2的轉(zhuǎn)變率？______________(填“是”或“否”)，可否能夠增大該反響所放出的熱量？_________________(填“是”或“否”)；為提高SO3吸取率，實質(zhì)生產(chǎn)中用_____________吸取SO3。(1)壓強一準時，溫度高升，SO2的轉(zhuǎn)變率下降，說明升溫有利于逆反響進行，因此正反響為放熱反響（2分）(2)增大壓強對提高SO2的轉(zhuǎn)變率無明顯影響，反而會增加成本（2分）(3)否（1分）否（1分）(4)98%濃硫酸（1分）【解析】(1)從題中表格數(shù)據(jù)能夠看出同一壓強下SO2的轉(zhuǎn)變率隨溫度的高升而降低，說明可逆反響2SO+O22SO3正向為放熱反響。從表中數(shù)據(jù)能夠看出400℃～500℃，10MPa時，SO2轉(zhuǎn)變率為99.3%～99.9%，可是常壓下SO2的轉(zhuǎn)變率已經(jīng)很高，壓強增大100倍，轉(zhuǎn)變率提高得其實不明顯，反而需要增大設(shè)備強度，增加投資，降低企業(yè)經(jīng)濟效益。(3)催化劑能夠縮短達到平衡的時間，但不能夠夠使平衡發(fā)生搬動，故不能夠提高

SO2的轉(zhuǎn)變率，也不能夠增大反響放出的熱量。由于SO3+H2O=H2SO4反響放出大量的熱，產(chǎn)生的酸霧阻攔SO3的吸取，因此實質(zhì)生產(chǎn)中用98.3%的濃H2SO4吸取SO3。9.(8分)硫酸最古老的生產(chǎn)方法是把綠礬裝入反響器中加強熱，會流出油狀液體，并放出有刺激性氣味的氣體（SO2），反響器中的同體變成紅色。寫出這種方法中綠礬轉(zhuǎn)變成硫酸的兩個化學方程式：①；②(2)與現(xiàn)代以硫黃為主要原料生產(chǎn)硫酸的方法對照，這種古老的生產(chǎn)硫酸法存在若干不足，

。

試從原料的利用率、環(huán)境保護、生產(chǎn)原理等方面加以說明。。9.(1)

①2[FeSO

4·7H2O]

14H2O+Fe2O3+SO3↑+SO2↑（3分）②SO3+H2O=H2SO4（2分）(2)FeSO4·7H2O中的硫元素僅有50%轉(zhuǎn)變成SO3，原料利用率低，生成的SO2污染環(huán)境。（3分）【解析】綠礬的組成為FeSO4·7H2O，其中鐵的化合價是+2、硫的化合價是+6。題中指出，加強熱后容器內(nèi)生成了紅色固體，這說明有Fe2O3生成。在FeSO4·7H2O→Fe2O3的變化中鐵元素被氧化，則必有+6價的硫元素被還原。在此基礎(chǔ)上運用質(zhì)量守恒原理和氧化還原反響原理進行解析判斷，即可寫出FeSO4·7H2O→Fe2O3的完滿的化學方程式。組（課后拓展）1.硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)試慮綜合經(jīng)濟效益問題。(1)若從以下四個城市中選擇一處新建一座硫酸廠，

你認為廠址宜選在

_______的郊區(qū)(填選項的標號)A．有豐富黃鐵礦資源的城市B．風光明麗的旅游城市C．耗資硫酸甚多的工業(yè)城市D．人口茂密的文化、商業(yè)中心城市據(jù)測算，接觸法制硫酸過程中，若反響熱都未被利用，則每生產(chǎn)1t98%硫酸需耗資3.6×105kJ能量。請經(jīng)過計算判斷223(g)△H=－98.3kJ·mol－1；放出的熱量,若反響:SO(g)+1/2O(g)=SO能在生產(chǎn)過程中獲取充分利用,則每生產(chǎn)1t98%硫酸只需外界供應(yīng)(或可向外界輸出)___________kJ能量；(3)CuFeS2是黃鐵礦的另一成分，煅燒時，CuFeS2轉(zhuǎn)變成CuO、Fe2O3和SO2，該反響的化學方程式為

。由硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO與SO3在沸騰爐中化合而成)，其中硫酸銅的質(zhì)量分數(shù)隨沸騰爐溫度不相同而變化(見下表)沸騰爐溫度/℃600620640660礦渣中CuSO4的質(zhì)量分數(shù)/%9.39.29.08.4已知CuSO4在低于660℃時不會分解，請簡要解析上表中CuSO4的質(zhì)量分數(shù)隨溫度高升而降低的原因___________。1.(1)C(3分)(2)輸出6．23×105kJ能量(4分)(3)4CuFeS+13O=4CuO+2FeO+8SO(4分)2232(4)SO2轉(zhuǎn)變成SO是正反響放熱的可逆反響，隨溫度高升，平衡逆移，SO物質(zhì)的量減少，因此33CuSO4的量減少(或溫度高升，SO3物質(zhì)的量減少，故CuSO4的量減少)(4分)【解析】本題觀察化學反響原理在硫酸工業(yè)中的應(yīng)用，如：依照熱化學方程式的計算，氧化還原反響方程式的配平，溫度對化學平衡的影響。(1)硫酸工廠是高耗能高污染的化工企業(yè)，不能夠選在B．風光明麗的旅游城市和D．人口茂密的文化、商業(yè)中心城市；由于硫酸運輸成本較高，黃鐵礦石運輸成本較低因此宜選在C．耗資硫酸甚多的工業(yè)城市。生產(chǎn)1t98%硫酸即104molH2SO4，有104molSO2參加反響，依照熱化學方程式計算得知，此時放出9.83×105kJ熱量，而生產(chǎn)1t98%硫酸需耗資3.6×105kJ能量，因此還可輸出6.23×105kJ能量。(3)已知反響物和產(chǎn)物，不難寫出化學方程式，配平時，注意CuFeS2中Cu、Fe、S原子個數(shù)比為1：1：2。(4)由題意可知，CuSO4是SO3和CuO化合生成，既然其質(zhì)量分數(shù)減小，說明溫度高升時，SO3減少或CuO減少。聯(lián)系我們學過的知識，可知SO2轉(zhuǎn)變成SO3是正反響放熱的可逆反響，隨溫度升高，平衡逆向搬動，SO3物質(zhì)的量減少，因此CuSO4的量減少。以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖以下：(1)將燃燒黃鐵礦的化學方程式補充完滿4_______+11O22Fe2O3+8SO2接觸室中發(fā)生反響的化學方程式是_____________________________________。依照工藝流程圖判斷以下說法正確的選項是(選填序號字母)___________________。a．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎b．過分空氣能提高SO2的轉(zhuǎn)變率c．使用催化劑能提高SO2的反響速率和轉(zhuǎn)變率d．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵(4)吸取塔排出的尾氣先用氨水吸取，再用濃硫酸辦理，獲取較高濃度的SO和銨鹽。SO既可22作為生產(chǎn)硫酸的原料循環(huán)再利用，也可用于工業(yè)制溴過程中吸取潤濕空氣中的Br2。SO2吸取Br2的離子方程式是_______________________________。2.(1)FeS2(2)2SO2＋O22SO3(3)abd(4)SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)△H=－133kJ·mol－1(5)SO＋Br＋－2－224【解析】本題觀察接觸法制硫酸的工藝流程。(1)由元素守恒知，橫線處的物質(zhì)必需有鐵和硫兩種元素，且個數(shù)比為1:2；因此答案為：FeS2(2)接觸室中是二氧化硫的催化氧化反響，答案為：2SO＋O22SO3。(3)由沸騰爐的名字知，在此反響的物質(zhì)必定是很小的顆粒，以保證其充分反響，a正確；因2SO＋O22SO3反響是可逆反響，增加氧氣的量有利于平衡右移，b正確；催化劑對平衡搬動無影響，c錯；沸騰爐中的爐渣有氧化鐵，因此爐渣能夠用來煉鐵，d正確；答案為：abd。(4)溴單質(zhì)能氧化二氧化硫，二者的反響為＋－2－SO＋Br＋2HO=4H＋2Br＋SO。224硫酸工業(yè)在公民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。硫酸的最大花銷渠道是化肥工業(yè)，用硫酸制造的常有化肥有________________(任寫一種)。(2)硫酸生產(chǎn)中，依照化學平衡原理來確定的條件或措施有_________________(填寫序號)。A.礦石加入沸