1、課題1“設(shè)計”一座硫酸廠1知道工業(yè)上制硫酸的主要原料，能寫出以硫鐵礦為原料制硫酸的主要化學(xué)方程式，并能舉例說明硫酸生產(chǎn)中原料與生產(chǎn)過程的關(guān)系，能說出接觸法制硫酸有哪些主要生產(chǎn)階段，能運(yùn)用化學(xué)平衡原理分析二氧化硫催化氧化反應(yīng)的適宜條件，能看懂表示化學(xué)反應(yīng)過程中熱量變化的熱化學(xué)方程式，知道工業(yè)上用濃硫酸吸收三氧化硫的原因。(重點(diǎn))2知道選擇硫酸廠廠址應(yīng)考慮哪些主要因素。3知道接觸法制硫酸廢氣處理的主要方法，能列舉廢渣綜合利用的途徑。(重難點(diǎn))4知道建設(shè)一座化工廠需要綜合考慮哪些基本問題，達(dá)到哪些基本要求，體會建造化工廠和實施工業(yè)生產(chǎn)是一項綜合、復(fù)雜的系統(tǒng)過程。(難點(diǎn))選用哪種原料1.硫鐵礦制硫酸(

2、1)二氧化硫爐氣的制備設(shè)備A名稱為沸騰爐，其中進(jìn)行的反應(yīng)的化學(xué)方程式是4FeS211O22Fe2O38SO2；設(shè)備A中產(chǎn)生的氣體叫做爐氣，進(jìn)入設(shè)備B中時須經(jīng)過凈化和干燥處理。(2)二氧化硫的催化氧化設(shè)備B名稱為轉(zhuǎn)化器，其中進(jìn)行的反應(yīng)的化學(xué)方程式是2SO2O22SO3；設(shè)備B中部的裝置叫換熱器，其作用是使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體。(3)三氧化硫的吸收設(shè)備C名稱為吸收塔，其中進(jìn)行的反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO3H2O=H2SO4；設(shè)備C中不用水或稀硫酸而使用98.3%的硫酸吸收SO3的原因是防止形成酸霧，提高SO3的吸收率。2硫黃制硫酸(1)反應(yīng)流程SSO2SO3H2SO4。(2)與硫鐵礦相比

3、的優(yōu)點(diǎn)爐氣無須凈化；原料運(yùn)輸量小，生產(chǎn)流程簡單，設(shè)備少，建設(shè)投資省，熱能便于回收利用，無廢渣排出。1礦石燃燒前為什么要粉碎成細(xì)小礦粒？【提示】增大礦石與空氣的接觸面積，加快反應(yīng)速率。廠址選在哪里1.廠址應(yīng)符合國家工業(yè)布局及城市或地區(qū)的規(guī)劃要求。2廠址的選擇涉及原料、交通運(yùn)輸、水源、能源、土地資源、自然地質(zhì)條件、市場需求和環(huán)境保護(hù)等諸多因素。3宜靠近原料供應(yīng)地和產(chǎn)品銷售地，理想的方案是硫酸廠與硫酸的消費(fèi)者或與原料氣的供應(yīng)者組成聯(lián)合企業(yè)。4廠址所在地區(qū)應(yīng)有充足的水源保證和熱電供應(yīng)，盡可能靠近交通運(yùn)輸線。5廠址應(yīng)避免建在人口稠密的居民區(qū)、旅游景點(diǎn)和文物保護(hù)區(qū)。6選廠址時應(yīng)注意當(dāng)?shù)刈匀坏乩憝h(huán)境，地震、

4、洪水、泥石流等自然災(zāi)害多發(fā)地區(qū)不宜建廠。2硫酸工廠廠址選擇時，考慮諸多因素的原因是什么？【提示】提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境污染。如何利用廢氣和廢渣1.工業(yè)“三廢”指化工生產(chǎn)中排放的氣體、液體、固體污染物。2硫酸工廠排放的污染物主要是含二氧化硫的尾氣、固體燒渣等。3處理SO2的方法氨酸法(1)產(chǎn)生NH4HSO3的反應(yīng)：NH3SO2H2O=NH4HSO3。(2)產(chǎn)生(NH4)2SO3的反應(yīng)：2NH3H2OSO2=(NH4)2SO3。(3)產(chǎn)生(NH4)2SO4的反應(yīng)：2NH4HSO3H2SO4=(NH4)2SO42SO22H2O、(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O。(4)

5、廢渣的利用：燒渣除了含有氧化鐵、二氧化硅、氧化鋁等外，還含有一定量的銅、鋅、鉛、鈷等有色金屬及少量的金、銀等貴金屬。3酸雨是呈酸性的雨水嗎？【提示】純水是顯中性的，pH約是7；雨水在下落過程中二氧化碳會溶于水，略呈酸性，pH為5.6。被大氣中存在的酸性氣體如SO2等污染，pH小于5.6的雨才叫酸雨。硫酸工業(yè)生產(chǎn)工藝及反應(yīng)條件的選擇【問題導(dǎo)思】硫酸工業(yè)生產(chǎn)工藝中“三原料”、“三階段”、“三反應(yīng)”分別指什么？【提示】見要點(diǎn)1。SO2催化氧化反應(yīng)有哪些特點(diǎn)？【提示】a可逆反應(yīng)；b.氣體總體積減小的反應(yīng)；c.放熱反應(yīng)。適宜SO2催化氧化的條件是什么？【提示】常壓、400500 、催化劑1工業(yè)制硫酸的原

6、理及過程三原料三階段三反應(yīng)(均放熱)硫黃造氣S(s)O2(g)=SO2(g)空氣催化氧化2SO2(g)O2(g)2SO3(g)98.3%濃硫酸SO3的吸收SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l)(用98.3%硫酸吸收)2.硫酸生產(chǎn)的工藝流程3硫酸工業(yè)SO2催化氧化適宜條件的選擇SO2(g)O2(g)SO3(g)H98.3 kJmol1這是一個氣體分子總數(shù)減小的、放熱的可逆反應(yīng)。(1)溫度SO2催化氧化是一個放熱的可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡移動理論判斷，溫度較低對提高SO2的轉(zhuǎn)化率有利。但是，溫度較低時催化劑活性不高，反應(yīng)速率低。在實際生產(chǎn)中，選定400500 作為操作溫度，這時反應(yīng)速率和SO2的

7、轉(zhuǎn)化率都比較理想。(2)壓強(qiáng)SO2催化氧化是一個氣體分子總數(shù)減小的可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡移動理論判斷，增大壓強(qiáng)對提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率有利。但是，在常壓、400500 時，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，因高壓條件對設(shè)備提出了苛刻的要求，增大壓強(qiáng)必須增大投資和能量消耗，故在實際生產(chǎn)中，通常采用常壓操作。(3)適當(dāng)過量的空氣目的是提高SO2的轉(zhuǎn)化率。綜上所述，催化氧化的適宜條件是常壓、較高的溫度(400500 )和催化劑。以黃鐵礦為原料，采用接觸法生產(chǎn)硫酸的流程如下圖所示：請回答下列問題：(1)在爐氣制造中，生成SO2的化學(xué)方程式為_。(2)爐氣精制的作用是將含SO2的爐氣_、_及干燥，如果爐氣不經(jīng)

8、過精制，對SO2催化氧化的影響是_。(3)精制爐氣(含SO2體積分?jǐn)?shù)為7%、O2為11%、N2為82%)中SO2平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)關(guān)系如下圖所示。在實際生產(chǎn)中，SO2催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓、450 左右(對應(yīng)圖中A點(diǎn))，而沒有選擇SO2轉(zhuǎn)化率更高的B或C點(diǎn)對應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因分別是_，_。(4)在SO2催化氧化設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的是_、_，從而充分利用能源。【答案】(1)4FeS211O22Fe2O38SO2(2)除塵水洗礦塵、砷、硒等化合物使催化劑中毒，水蒸氣對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響(3)不選B點(diǎn)，因為壓強(qiáng)越大對設(shè)備的投資大，消耗的動能大；SO2原料的轉(zhuǎn)化率在常壓(0.1 MPa

9、)下的轉(zhuǎn)化率已是97%左右，再提高壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，所以采用常壓不選擇C點(diǎn)，因為溫度越低，SO2轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用受影響，450 時，催化劑的催化效率最高。故選擇A點(diǎn)，不選C點(diǎn)(4)利用反應(yīng)放出的熱量，預(yù)熱原料氣體使之達(dá)到反應(yīng)所需溫度(約450 )反應(yīng)后的氣體得到冷卻便于下一步的吸收(答案合理均可)1下列關(guān)于硫酸工業(yè)生產(chǎn)過程的敘述錯誤的是()A在接觸室中使用鐵觸媒作催化劑B在接觸室中運(yùn)用熱交換技術(shù)可充分利用能源C把硫鐵礦磨成細(xì)粉末，可以提高原料的利用率D該反應(yīng)采用450500主要是因為該溫度下催化劑活性好【解析】硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，在接觸室中用以V2O5為主的催化

10、劑，使SO2氧化為SO3，A項錯誤；使用熱交換裝置可節(jié)約能源，B項正確；把硫鐵礦磨碎可增大其與氧氣的接觸面，使反應(yīng)更充分，速率更快，可提高原料的利用率，C項正確；反應(yīng)溫度采用450500是因為該溫度下催化劑活性最高，D項正確。【答案】A硫酸生產(chǎn)中“三廢”的處理【問題導(dǎo)思】空氣中SO2含量過多時，易造成酸雨，什么是酸雨？【提示】酸雨指pH5.6的雨水，主要有硫酸型和硝酸型酸雨。用石灰水吸收SO2，再用硫酸處理，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是什么？【提示】Ca(OH)2SO2=CaSO3H2O，CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O。1尾氣吸收工業(yè)生產(chǎn)硫酸的尾氣是從吸收塔的上部排出的，其中含有二氧化

11、硫，二氧化硫既是重要的化工原料，又是嚴(yán)重的大氣污染物。從化學(xué)反應(yīng)原理方面來說，工業(yè)上回收二氧化硫的方法較多，可用石灰水吸收，再用硫酸處理：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2OCaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O這樣得到的二氧化硫含量較高，可返回用作原料，硫酸鈣也是重要的化工原料。2污水處理硫酸生產(chǎn)過程中的污水，含有酸性物質(zhì)，一般用堿性物質(zhì)將其中和。如石灰乳、純堿跟硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O，Na2CO3H2SO4=Na2SO4H2OCO2。3廢渣的利用化工生產(chǎn)中的廢渣，一般是由未反應(yīng)的固體原料或是在生產(chǎn)過程中生成的固體所形成的。化工廢渣屬于環(huán)境

12、污染物，但許多化工廢渣都有一定程度的利用價值。目前廢渣的綜合利用方法主要是回收利用廢渣中的鐵、有色金屬及貴金屬等，其中Fe2O3含量高的廢渣可用作高爐煉鐵的原料，金屬含量低的可用于制磚。環(huán)境保護(hù)一般采用的方法：嚴(yán)格治理“三廢”，嚴(yán)格執(zhí)行國家關(guān)于“三廢”的排放標(biāo)準(zhǔn)。將“三廢”變成有用的副產(chǎn)品，實行綜合利用。建立無廢物排出的“封閉式生產(chǎn)”，實行綠色生產(chǎn)。保護(hù)生態(tài)環(huán)境。人人建立環(huán)境保護(hù)的意識，減少廢棄物的排放。下面是一種燃煤煙氣脫硫方法的原理：用氨水將SO2轉(zhuǎn)化為NH4HSO3，再氧化成(NH4)2SO4。其中氨水吸收燃煤煙氣中SO2的化學(xué)反應(yīng)為2NH3SO2H2O=(NH4)2SO3(NH4)2S

13、O3SO2H2O=2NH4HSO3能提高燃煤煙氣中SO2去除率的措施有_(填字母)。增大氨水濃度升高反應(yīng)溫度使燃煤煙氣與氨水充分接觸通入空氣使HSO轉(zhuǎn)化為SOABCD【解析】均可以提高燃煤煙氣中二氧化硫的去除率；升高溫度，氣體溶解度降低，反而會降低二氧化硫的去除率；通入空氣不僅能氧化HSO，還能氧化第一步反應(yīng)生成的SO，導(dǎo)致第二步反應(yīng)不能發(fā)生，二氧化硫的去除率降低?！敬鸢浮緾2接觸法生產(chǎn)硫酸的過程中，對廢氣、廢水、廢渣、廢熱的處理正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：】尾氣用氨水處理污水用石灰乳處理廢渣用來造水泥、煉鐵設(shè)置廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽、供熱或發(fā)電ABCD【解析】硫酸廠尾氣中含有SO2，可用氨水吸收處理；

14、硫酸廠廢水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸廠廢渣中含有SiO2、Fe2O3等，可用于制造水泥、煉鐵；由于硫酸生產(chǎn)過程中三個化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，可以充分利用這些反應(yīng)放出的熱能來降低生產(chǎn)成本?！敬鸢浮緿1工業(yè)用FeS2制硫酸的3種原料：黃鐵礦、空氣、98.3%的硫酸。2工業(yè)制硫酸的3種設(shè)備：沸騰爐、轉(zhuǎn)化器、吸收塔。3工業(yè)制硫酸的3個反應(yīng)：4FeS211O22Fe2O38SO22SO2O22SO3SO3H2O=H2SO41下列有關(guān)接觸法制硫酸的敘述不正確的是()A用S代替硫鐵礦，可減少環(huán)境污染B爐氣只含SO2，進(jìn)接觸室之前不需要凈化C熱交換的目的，一方面使即將參加反應(yīng)的氣體達(dá)到一定溫度，另一方面降低

15、SO3的溫度D尾氣要處理后才能排放到空氣中【解析】因硫鐵礦石中含雜質(zhì)成分較多，故對環(huán)境產(chǎn)生污染也較多；爐氣中除含SO2外，還有O2、N2等，煅燒FeS2的爐氣進(jìn)入接觸室前必須凈化。【答案】B2化工廠廠址選擇是一個復(fù)雜的問題，受到原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場需求、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)等諸多因素的制約，硫酸廠應(yīng)建在()靠近原料產(chǎn)地，遠(yuǎn)離消費(fèi)中心的地區(qū)靠近消費(fèi)中心，稍偏離原料產(chǎn)地的地區(qū)交通便利，人口稠密的居民區(qū)環(huán)保要求高的地區(qū)，便于“三廢”的治理ABCD【解析】因硫酸是一種強(qiáng)腐蝕性液體，運(yùn)輸極不方便，需要較高的成本，所以硫酸工廠廠址選擇上首先要考慮建在且遠(yuǎn)離環(huán)保要求高的地區(qū)。【答案】D3現(xiàn)有以下幾

16、種措施：對燃燒煤時產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行除硫處理，少用原煤做燃料，燃煤時鼓入足量空氣，開發(fā)清潔能源。其中能減少酸雨產(chǎn)生的措施是()ABCD【解析】酸雨產(chǎn)生的原因在工業(yè)城市中主要是由含硫煤的燃燒引起的，對煤進(jìn)行脫硫處理，少用煤作燃料，開發(fā)新能源，都能減少SO2排放。燃煤時鼓入足量空氣只能使煤充分燃燒，無法減少SO2的排放?！敬鸢浮緾4關(guān)于接觸法制硫酸的敘述中，不正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：】A從沸騰爐出來的爐氣必須凈化，主要目的是防止催化劑中毒B之所以叫“接觸法”是因SO2被氧化成SO3時反應(yīng)是在催化劑表面進(jìn)行的C黃鐵礦粉碎成細(xì)小礦粒，在沸騰爐中燃燒快、反應(yīng)完全，提高了原料的利用率DSO3用稀硫酸吸收而不用

17、水吸收，可防止形成酸霧并使SO3吸收完全【解析】SO3用濃H2SO4吸收而不是用稀H2SO4或水吸收?！敬鸢浮緿5為了探究工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)原理，某校的化學(xué)興趣小組仿照工業(yè)制硫酸的流程設(shè)計了如下圖所示的實驗裝置。(1)硫黃與O2反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)圖中甲裝置的作用為_。圖中乙裝置相當(dāng)于工業(yè)制取硫酸裝置中的_。(3)在催化劑表面所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(4)乙反應(yīng)器內(nèi)要求O2的量比SO2的量多一倍左右，你是如何控制與估計的？_。(5)實驗過程中，當(dāng)催化劑V2O5表面紅熱后，應(yīng)將酒精燈移開一會兒后再繼續(xù)加熱，其原因是_。(6)某學(xué)生為了探究工業(yè)上為何采用98%的硫酸吸收SO3而不用水，用上述丙、丁裝置進(jìn)行了模擬實驗。丙中的現(xiàn)象為_，丁中的現(xiàn)象為_