硫酸工业【知识点+例题+练习】

硫酸工业知识要点一、主要知识点1、接触法制硫酸示意图： 三原料三阶段三反应(均放热)三设备三净化黄铁矿或S造气4FeS2+11O2 =2Fe2O3+8SO2(高温)或S+O2=SO2沸腾炉除尘空气接触氧化2SO2 +O22SO3 (催化剂)接触室洗涤98.3%浓硫酸三氧化硫吸收SO3+H2O = H2SO4吸收塔干燥2、接触法制硫酸的过程和原理：(1)造气： (在 中进行)；(2)接触氧化： (在 中进行)；(3)SO3的吸收： (在 中进行)3、生产过程中提高原料利用率的方法有 、 4、煅烧黄铁矿制得的炉气中含有 ，需要 、_和 ，避免 5、应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择适宜条件：二氧化硫接触氧化的反应是一个气体总体积缩小的、放热的反应（1）温度二氧化硫接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判断，温度较低对反应有利但是，温度较低时，反应速率低，考虑催化剂在400500活性最大，在实际生产中，选定400500作为操作温度，这时反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想（2）压强二氧化硫接触氧化是一个气体总体积缩小的可逆反应，根据化学平衡理论判断，加压对反应有利但是，在常压、400500时，二氧化硫的转化率已经很高，加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作，并不加压（3）二氧化硫接触氧化的适宜条件常压、较高温度(400500)和催化剂6、接触氧化过程，应用了 设备，其优点是 7、工业上用 吸收SO3，是因为 【注意】(1)依据反应物之间的接触面积越大反应速率越快的原理，送进沸腾炉的矿石要粉碎成细小的矿粒，增大矿石跟空气的接触面积，使之充分燃烧(2)依据增大廉价易得的反应物的浓度，使较贵重的原料得以充分利用的原理，采用过量的空气使黄铁矿充分燃烧(3)通入接触室的混合气体必须预先净化，其原因是：炉气中含有二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气以及砷、硒化合物、矿尘等砷、硒化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理(4)在接触室里装有热交换器，其作用是在二氧化硫接触氧化时，用放出的热量来加热未反应的二氧化硫和空气，充分利用热能，节约燃料 (5)不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的浓硫酸，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸雾，且吸收速度慢二、有关计算1、由硫酸工业反应原理可推算出，理论上：1mol S完全转化能生成 mol H2SO4，1mol FeS2完全转化能生成 mol H2SO42、工业制硫酸中的计算问题：(1)关系式法(多步计算的简捷运算方法)：先写出多步反应的化学方程式，然后找出最初反应物和最终生成物之间的 之比，列出关系式，即可一步计算如：SH2SO4，FeS2H2SO4(2)元素守恒法：原料中某一关键元素理论上若全部转入产物，则两物质中该元素的物质的量 (3)几个率：矿物的纯度= 100% 原料利用率= 100% 原料转化率=原料利用率= 1-原料损失率 产率= 100%(4)多步反应的总转化率 = 各步反应转化率的 三、 硫酸生产中的“三废”处理硫酸厂的尾气必须进行处理，因为烟道气里含有大量的二氧化硫气体，如果不加利用而排空会严重污染空气(1) 尾气吸收： 用氨水吸收，再用H2SO4处理：SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3；(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2+H2O Na2SO3溶液吸收：Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3 用NaOH溶液吸收，再用熟石灰和O2处理；(此方法反应复杂，还可能发生其他反应)SO2+ NaOH = NaHSO3 ；NaOH +NaHSO3= Na2SO3+ H2ONa2SO3+Ca(OH)2= CaSO3+ 2NaOH；2 CaSO3 + O2= 2CaSO4(2)污水处理：硫酸厂废水中含硫酸，排放入江河会造成水体污染通常用消石灰处理：Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+2H2O生成的硫酸钙可制建材用的石膏板(3)废热利用第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热，通常在沸腾炉处设废热锅炉，产生的过热蒸汽可用于发电，产生的电能再供应硫酸生产使用第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气，生产设备叫热交换器，原料气又将三氧化硫降温，再送入吸收塔(4)废渣的利用黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO2，可作为制造水泥的原料或用于制砖含铁量高的矿渣可以炼铁典型例题1、在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(如右图)，图中在a、b、c处流入或流出的气体正确的是 ( )A、a处SO2、N2 B、b处SO2、O2、N2 C、a处SO3、O2 D、c处SO3、N22、在接触法制硫酸的工业生产中，下列生产操作及其原因解释二者都正确的是 ( )A、硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为块状硫铁矿不能燃烧B、SO2氧化为SO3时需要高压，这样可以提高SO2的转化率C、SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率D、用98.3%的浓H2SO4吸收SO3，可以防止形成酸雾阻碍SO3的吸收 3、接触法制硫酸和工业制硝酸分别经过以下的变化：FeS2SO2SO3H2SO4， NH3NONO2HNO3 下列说法正确的是 ( )A、所有变化都是氧化-还原反应 B、都是化合反应C、反应都要用催化剂 D、反应需要足量的氧气4、接触法制硫酸的原料是 ，生产过程的化学反应原理： 5、硫酸最古老的生产方法是：把绿矾装入反应容器中加强热，会流出油状物，并放出有刺激性气味的气体，反应容器中的固体变为红色这个变化 过程可用两个化学方程式表示 ， 6、在氧气中灼烧0.8g由硫、铁元素组成的化合物，使其中的硫经过一系列变化最终全部转化为硫酸，用20 mL 1 molL-1的烧碱溶液恰好能完全中和这些硫酸，则原混合物中硫的质量分数约为 7、含FeS280%的硫铁矿，煅烧时损失硫5%，SO2氧化成SO3时利用率为98%，问生产1 t 98%的硫酸，需要这种硫铁矿多少t？8、取1g含SiO2和FeS2的矿石样品，在氧气中充分燃烧，残余固体质量为0.84g，用这种矿石100吨，可以制得98%的H2SO4多少吨？(设生产过程中硫损失2%)经典练习1、目前我国许多城市和地区定期公布空气质量报告，在空气质量报告中，一般不涉及 ( )A、SO2 B、NO2 C、CO2 D、可吸入颗粒物2、下列说法中不正确的是 ( )A、硫酸工业的尾气必须回收、净化处理，主要为了充分利用原料B、“酸雨”中主要含有硫的氧化物以及所形成的硫酸及硫酸盐C、大气中，大量的SO2来源于煤和石油燃烧、金属矿石的冶炼D、消除大气污染的主要方法之一是减少污染物的排放3、以下烟气经净化处理后，可用做气体燃料的有( )硫酸工业尾气 硝酸工业尾气 高炉煤气 焦炉煤气 炼钢过程中产生的棕色烟气 煅烧石灰石的气体产物A、 B、 C、 D、4、为防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合使用请写出燃烧时，有关“固硫”(不使含硫化合物进入大气)反应的化学方程式： 5、“绿色化学”(Green Chemistry)的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径下列各项属于“绿色化学”的是 ( )A、处理废弃物 B、治理污染点 C、减少有毒物质 D、杜绝污染源6、大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染分一次污染物和二次污染物二次污染物在物理、化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中的其它物质发生反应，生成新的污染物如2NO + O2=2NO2，则NO2就是二次污染物，由NO2导致的污染就是NO的二次污染下列物质SO2 NO NO2 HCl CO2不易导致二次污染的是 A、B、 C、 D、只有7、对于可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，H= -98.3kJ/mol下列说法中正确的是 A、达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等B、达到平衡时，反应物和生成物的物质的量保持不变C、加入催化剂，可以提高SO2的转化率D、升高温度，可以提高SO2的转化率8、在容积相等的甲乙两个密闭容器中，分别都充入2mol SO2和1mol O2，使它们在相同温度下发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)设在反应过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，达到平衡后，如甲容器中SO2的转化率为25%，则乙容器中SO2的转化率应当是 ( ) A、25% B、25% D、无法判断9、接触法制硫酸生产过程中，假如进入接触室的原料气为100m3，反应后体积减少为92m3，已知原料气中SO2、O2、N2的体积比为20:15:65，则SO2的转化率为 ( )A、90% B、80% C、70% D、60%10、在一定条件下，某密闭容器发生如下反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，H= -98.3kJ/mol，反应达到平衡后SO2、O2、SO3的物质的量之比为3:2:5，保持其它条件不变，升温后重新达到平衡，SO3、O2的物质的量分别为2 mol和 mol，则此时容器内SO2的物质的量应为 ( ) A、 mol B、 mol C、 mol D、 mol11、硫酸是无机“三大强酸”之一，其产量是衡量一个国家无机化工发展水平的重要标志工业制硫酸的工艺流程如下图：据图回答下列问题：(1)写出用黄铁矿(主要含FeS2)造气的化学反应方程式_(2)写出A、B物质的名称：A_，B_(3)催化氧化之前对SO2和空气的混合气体进行净化、干燥的目的是_，选用B进入吸收塔吸收SO3的优点是_(4)SO2的催化氧化是一个可逆反应，采取适宜的反应条件有利于生产的进行实际生产中，下列哪些生产条件或措施考虑到了平衡移动原理_(填字母)A矿石加入沸腾炉之前先粉碎B使用V2O5作催化剂C催化反应室中温度选择400500 D净化后的炉气中要有过量的空气E催化氧化在常压下进行F将尾气中的SO2循环利用(5)某硫酸工厂每天消耗黄铁矿石(含FeS2质量分数60%)20吨，生产中三阶段的转化率依次为98%、95%、98%，则该工厂一天能