《硫酸工業(yè)》接觸法制硫酸的化學(xué)原理學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．掌握接觸法制硫酸的化學(xué)反應(yīng)原理，并了解生產(chǎn)過(guò)程和幾個(gè)典型設(shè)備，以及生產(chǎn)中的一些重要操作。 2．理解接觸氧化反應(yīng)條件的選擇原理，加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識(shí)的理解。 3．通過(guò)有關(guān)硫酸工業(yè)的計(jì)算，進(jìn)一步鞏固多步反應(yīng)的化學(xué)原理。情感目標(biāo)：通過(guò)對(duì)硫酸工業(yè)“三廢”、能量的利用以及生產(chǎn)規(guī)模、廠址的選擇等的討論，認(rèn)識(shí)環(huán)境保護(hù)的重要性，培養(yǎng)良好的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)：接觸法制硫酸的化學(xué)原理；SO2接觸氧化的適宜條件的選擇。學(xué)習(xí)過(guò)程：[自學(xué)探究] 1．討論：考慮原料和成本等因素，你認(rèn)為工業(yè)合成硫酸的途徑如何？ 2．請(qǐng)寫(xiě)出由S生成H2SO4的化學(xué)反應(yīng)方程式。 3．接觸法制硫酸的過(guò)程和原理： （1）造氣：(在中進(jìn)行)； （2）接觸氧化：（在中進(jìn)行）； （3）SO3的吸收：（在中進(jìn)行）?！締?wèn)題】我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)硫酸的性質(zhì)，了解了硫酸的有關(guān)知識(shí)，請(qǐng)同學(xué)們思考：硫酸在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有哪些重要用途？【回答】【問(wèn)題】根據(jù)所學(xué)的知識(shí)寫(xiě)出生產(chǎn)硫酸的化學(xué)反應(yīng)方程式。一、反應(yīng)原理【問(wèn)題】生產(chǎn)硫酸的原料可以用硫磺，還可以用黃鐵礦。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，應(yīng)采用哪一種更適合？【投影】我國(guó)硫酸工業(yè)中原料的利用資料(下表)?！緦W(xué)生活動(dòng)】回答問(wèn)題?！締?wèn)題】已知一定條件下24gFeS2固體燃燒生成SO2氣體和Fe2O3固體，同時(shí)釋放170.6kJ的熱量，請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式?！締?wèn)題】該反應(yīng)是硫酸工業(yè)生產(chǎn)中第一階段的反應(yīng)，請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材并思考：①該階段的名稱是什么？②反應(yīng)設(shè)備是什么？③如何使黃鐵礦充分燃燒？④反應(yīng)產(chǎn)物是什么？產(chǎn)物為什么要凈化？【閱讀】閱讀教材，討論、回答問(wèn)題。第一階段：造氣設(shè)備：沸騰爐產(chǎn)物：爐氣【投影】電腦模擬沸騰爐工作?！締?wèn)題】該反應(yīng)的特點(diǎn)是什么？催化劑【討論】2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)；△H＝196.6kJ/mol的反應(yīng)特點(diǎn)。催化劑反應(yīng)特點(diǎn)：1． 反應(yīng)2．總體積 3．熱 4．催化劑【問(wèn)題】根據(jù)平衡移動(dòng)原理，反應(yīng)在較高還是較低的溫度下進(jìn)行更有利？【投影】不同溫度下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(圖中縱坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)化率/％)[原料氣成分(體積分?jǐn)?shù))SO27％ O211％ N282％ 壓強(qiáng)0.1Mpa]【回答】【問(wèn)題】根據(jù)平衡移動(dòng)原理，反應(yīng)在較高還是較低的壓強(qiáng)下進(jìn)行更有利？【回答】【投影】圖二【回答】【閱讀】閱讀教材，了解該生產(chǎn)階段的名稱、設(shè)備、實(shí)際采用的生產(chǎn)條件，并思考為什么這樣做。【討論回答】閱讀討論后回答。反應(yīng)條件：理論實(shí)際應(yīng)用：【分析】SO2接觸氧化是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，理論上在溫度較低的條件下進(jìn)行最為有利。但是溫度較低時(shí)催化劑活性不高，反應(yīng)速率低，從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮對(duì)生產(chǎn)不利，所以生產(chǎn)中選擇400℃一500℃；同時(shí)該反應(yīng)又是一個(gè)總體積縮小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率能提高，但SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高的并不多，若加壓必增加設(shè)備的耐壓力，增大投資和能量消耗且在常壓下和400℃～500℃時(shí)SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，故通常采用常壓。又因?yàn)榉磻?yīng)是SO2和O2在催化劑表面接觸時(shí)發(fā)生的，故這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法?！纠}】工業(yè)上要將尾氣中的SO2轉(zhuǎn)化為硫酸銨。下面是摘自某廠生產(chǎn)記錄的一些資料：“……初步處理后的廢氣含0.2%的二氧化硫和10%的氧氣（體積含量），在400℃時(shí)廢氣以5m3/h的速率通過(guò)五氧化二礬催化劑層與20L/h速率的氨氣混合，再噴水，此時(shí)氣體溫度由400℃降到200℃，在熱的結(jié)晶裝置中得到硫酸銨晶體 （1）按反應(yīng)中的理論值，二氧化硫和氧氣的物質(zhì)的量之比為2:1，該資料中二氧化硫和氧氣的物質(zhì)的量比值是多少？為什么跟化學(xué)反應(yīng)中的理論值相差較大？ （2）若每天某廠排放1000m3【解析】（1）V(SO2):V(O2)=0.2%:10%=1:50。根據(jù)化學(xué)平衡原理，增大氧氣的量，可以促進(jìn)化學(xué)平衡向正反應(yīng)方面進(jìn)行，從而提高二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化率。 （2）每月排入的廢氣中二氧化硫的體積為：1000m3廢氣以5m3/h的速率通過(guò)五氧化二礬催化劑層與20L/h速率的氨氣混合，相當(dāng)于SO2跟NH3以1:2的體積比混合。即發(fā)生反應(yīng)為：4NH3+2SO2+O2=2(NH4)2SO4所以，600m3的二氧化硫氣體需氨氣的體積為：600×2=1200m3相當(dāng)于消耗氨0.912t。練習(xí)：工業(yè)上測(cè)量SO2、N2、O2混合氣體中SO2含量的裝置如下圖。反應(yīng)管中裝有碘的淀粉溶液。SO2和I2發(fā)生的反應(yīng)為（N2、O2不與I2反應(yīng)）：SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI （1）混合氣體進(jìn)入反應(yīng)管后，量氣管內(nèi)增加的水的體積等于____________的體積（填寫(xiě)氣體的分子式）。 （2）反應(yīng)管內(nèi)溶液藍(lán)色消失后，沒(méi)有及時(shí)停止通氣。則測(cè)得的SO2含量___________（選填：偏高，偏低，不受影響）。 （3）反應(yīng)管內(nèi)的碘的淀粉溶液也可以用____________代替（填寫(xiě)物質(zhì)名稱）。 （4）若碘溶液體積為VamL，濃度為cmol·L-1，N2與O2的體積為VbmL（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積）。用Va、cmol·L-1、Vb表示SO2的體積百分含量為：_________。 （5）將上述裝置改為簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置，除導(dǎo)管外，還需選用的儀器為_(kāi)______________（選填下列儀器的編號(hào)）。 a、燒杯b、試管c、廣口瓶d、容量瓶e、量筒f、單孔塞g、雙孔塞 【答案】（1）反應(yīng)管的作用是吸收SO2，所以剩余的氣體是N2、O2。量氣管中增加的水的體積是N2、O2的體積。 （2）若反應(yīng)管內(nèi)溶液藍(lán)色消失，說(shuō)明其中的I2已消耗完，此時(shí)若再通入待測(cè)混合氣體，其中的SO2不能被吸收，所測(cè)得的SO2的含量會(huì)偏低。 （3）反應(yīng)管中的試劑應(yīng)具備兩個(gè)條件，一是能吸收SO2，二是要明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以利判斷是否完全反應(yīng)。酸性高錳酸鉀或溴水都可作為吸收劑。 （4）考查化學(xué)計(jì)算能力，根據(jù)題給反應(yīng)可得： V(SO2)%=×100% （5）量氣管可用量筒代替，反應(yīng)管可用試管或廣口瓶代替，所以可以有如下三種組合：bceg或beg或ceg?！咀鳂I(yè)】課后習(xí)題四、1，2。2.3.2硫酸的生產(chǎn)工藝學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．掌握接觸法制硫酸的化學(xué)反應(yīng)原理，并了解生產(chǎn)過(guò)程和幾個(gè)典型設(shè)備，以及生產(chǎn)中的一些重要操作。 2．理解接觸氧化反應(yīng)條件的選擇原理，加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識(shí)的理解。 3．通過(guò)有關(guān)硫酸工業(yè)的計(jì)算，進(jìn)一步鞏固多步反應(yīng)的化學(xué)原理。情感目標(biāo)：通過(guò)對(duì)硫酸工業(yè)“三廢”、能量的利用以及生產(chǎn)規(guī)模、廠址的選擇等的討論，認(rèn)識(shí)環(huán)境保護(hù)的重要性，培養(yǎng)良好的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)：接觸法制硫酸的化學(xué)原理；SO2接觸氧化的適宜條件的選擇。學(xué)習(xí)過(guò)程：【問(wèn)題】上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了工業(yè)生產(chǎn)硫酸的原理及第一、二階段的生產(chǎn)情況，請(qǐng)同學(xué)們完成下面問(wèn)題。【投影】圖一1．設(shè)備A是 ，在A中進(jìn)行的反應(yīng)方程式是： 。①②③④處通入或放出的物質(zhì)是 、 、 、 。2．設(shè)備B是 ，在B中進(jìn)行的反應(yīng)方程式是： 。⑤⑥處放出的物質(zhì)是 、 ?！緦W(xué)生回答】【多媒體】電腦模擬接觸室中熱交換器的工作原理。【問(wèn)題】下一個(gè)生產(chǎn)階段是SO3的吸收，請(qǐng)同學(xué)閱讀教材，了解為使SO3被充分吸收，生產(chǎn)中采取了哪些措施？【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材并討論。【歸納】。第三階段：SO3的吸收設(shè)備：吸收塔反應(yīng)：SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)；△H=-130.3kJ/mol【問(wèn)題】從吸收塔上部導(dǎo)出的氣體成分是什么？能否直接排入空氣？為什么？【討論】討論后回答。【小結(jié)】。【填表】生產(chǎn)階段設(shè)備名稱主要反應(yīng)主要產(chǎn)品提高產(chǎn)率措施造氣接觸氧化SO3的吸收【練習(xí)】1．在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于SO2的轉(zhuǎn)化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的接觸室（如右圖），圖中在a、b、c處流入或流出的氣體正確的是（） A．a(chǎn)處SO2、N2 B．b處SO2、O2、N2 C．a(chǎn)處SO3、O2 D．c處SO3、N22．在接觸法制硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，下列生產(chǎn)操作及其原因解釋二者都正確的是（） A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)閴K狀硫鐵礦不能燃燒 B．SO2氧化為SO3時(shí)需要高壓，這樣可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率 C．SO2氧化為SO3時(shí)需要使用催化劑，這樣可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率 D．用98.3%的濃H2SO4吸收SO3，可以防止形成酸霧阻礙SO3的吸收=1\*GB3①=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥ FeS2→SO2→SO3→H2SO4，NH3→NO→NO2→HNO3 下列說(shuō)法正確的是（）。 A．所有變化都是氧化-還原反應(yīng) B．=2\*GB3②=3\*GB3③=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥都是化合反應(yīng) C．=2\*GB3②=4\*GB3④反應(yīng)都要用催化劑 D．=2\*GB3②=6\*GB3⑥反應(yīng)需要足量的氧氣4．在氧氣中灼燒0.8g由硫、鐵元素組成的化合物，使其中的硫經(jīng)過(guò)一系列變化最終全部轉(zhuǎn)化為硫酸，用20mL1mol·L-1的燒堿溶液恰好能完全中和這些硫酸，則原混合物中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為（）。（A）40%（B）46%（C）53.3%（D）80%5．接觸法制硫酸的原料是，生產(chǎn)過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)原理是：。6．硫酸最古老的生產(chǎn)方法是：把綠礬裝入反應(yīng)容器中加強(qiáng)熱，會(huì)流出油狀物，并放出有刺激性氣味的氣體，反應(yīng)容器中的固體變?yōu)榧t色。這個(gè)變化過(guò)程可用兩個(gè)化學(xué)方程式表示：，。7．含F(xiàn)eS280%的硫鐵礦，煅燒時(shí)損失硫5%，SO2氧化成SO3時(shí)利用率為98%，問(wèn)生產(chǎn)1t98%的硫酸，需要這種硫鐵礦多少t？8．取1g含SiO2和FeS2的礦石樣品，在氧氣中充分燃燒，殘余固體質(zhì)量為0.84g，用這種礦石100噸，可以制得98%的H2SO4多少噸？（設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中硫損失2%）9．假設(shè)SO2接觸氧化過(guò)程產(chǎn)生的熱量有70%可以利用，請(qǐng)問(wèn)生產(chǎn)100t98%的硫酸在接觸氧化過(guò)程中能節(jié)約多少能量。（已知ΔH=-98.3kJ/mol）10．（1）據(jù)《科技消息報(bào)》報(bào)道：由于廢氣排放致使地球南極上空的a層出現(xiàn)了400多萬(wàn)平方公里的空洞，有害宇宙線長(zhǎng)驅(qū)直入，把b分解，密度較小的氫就會(huì)逃逸到宇宙空間，剩下的氧最終會(huì)使土壤c，從而使地球人類正在重蹈火星的覆轍。根據(jù)以上敘述，回答問(wèn)題。 ①填充：a____b____c_____。 ②寫(xiě)出a與b對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式：a_________b_________。（2）據(jù)《中國(guó)環(huán)境報(bào)》報(bào)道：從一份科技攻關(guān)課題研究結(jié)果顯示，我國(guó)酸雨區(qū)已占國(guó)土面積的40%。研究結(jié)果還表明，酸雨對(duì)我國(guó)農(nóng)作物、森林等影響區(qū)域大。 如圖是研究酸雨成因的學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的“催化棒”。用兩根外面套有玻璃管的粗導(dǎo)線穿過(guò)橡皮塞并固定于粗玻璃管中，在其中一端用電熱絲連接起來(lái)，即制成“催化棒”。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通直流電源，使電熱絲紅熱，然后將紅熱的電熱絲伸入裝有SO2和空氣的集氣瓶中，瓶中立即出現(xiàn)_____現(xiàn)象，再往其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，又出現(xiàn)______現(xiàn)象。 請(qǐng)回答： ①以上實(shí)驗(yàn)中可得出酸雨成因的化學(xué)原理是_________。 ②目前一座中等城市每年用煤約300萬(wàn)噸，其含硫量如按1%計(jì)算，則每年排放SO2多少噸？若此二氧化硫有60%轉(zhuǎn)化