-学年高中化学 主题 矿山资源 、硫酸与无机材料制造 课题“设计”一座硫酸厂学案 鲁科版选修

1、课题1“设计”一座硫酸厂1知道工业上制硫酸的主要原料，能写出以硫铁矿为原料制硫酸的主要化学方程式，并能举例说明硫酸生产中原料与生产过程的关系，能说出接触法制硫酸有哪些主要生产阶段，能运用化学平衡原理分析二氧化硫催化氧化反应的适宜条件，能看懂表示化学反应过程中热量变化的热化学方程式，知道工业上用浓硫酸吸收三氧化硫的原因。(重点)2知道选择硫酸厂厂址应考虑哪些主要因素。3知道接触法制硫酸废气处理的主要方法，能列举废渣综合利用的途径。(重难点)4知道建设一座化工厂需要综合考虑哪些基本问题，达到哪些基本要求，体会建造化工厂和实施工业生产是一项综合、复杂的系统过程。(难点)选用哪种原料1.硫铁矿制硫酸(

2、1)二氧化硫炉气的制备设备A名称为沸腾炉，其中进行的反应的化学方程式是4FeS211O22Fe2O38SO2；设备A中产生的气体叫做炉气，进入设备B中时须经过净化和干燥处理。(2)二氧化硫的催化氧化设备B名称为转化器，其中进行的反应的化学方程式是2SO2O22SO3；设备B中部的装置叫换热器，其作用是使反应后的气体降温并预热未反应的气体。(3)三氧化硫的吸收设备C名称为吸收塔，其中进行的反应的化学方程式为SO3H2O=H2SO4；设备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雾，提高SO3的吸收率。2硫黄制硫酸(1)反应流程SSO2SO3H2SO4。(2)与硫铁矿相比

3、的优点炉气无须净化；原料运输量小，生产流程简单，设备少，建设投资省，热能便于回收利用，无废渣排出。1矿石燃烧前为什么要粉碎成细小矿粒？【提示】增大矿石与空气的接触面积，加快反应速率。厂址选在哪里1.厂址应符合国家工业布局及城市或地区的规划要求。2厂址的选择涉及原料、交通运输、水源、能源、土地资源、自然地质条件、市场需求和环境保护等诸多因素。3宜靠近原料供应地和产品销售地，理想的方案是硫酸厂与硫酸的消费者或与原料气的供应者组成联合企业。4厂址所在地区应有充足的水源保证和热电供应，尽可能靠近交通运输线。5厂址应避免建在人口稠密的居民区、旅游景点和文物保护区。6选厂址时应注意当地自然地理环境，地震、

4、洪水、泥石流等自然灾害多发地区不宜建厂。2硫酸工厂厂址选择时，考虑诸多因素的原因是什么？【提示】提高综合经济效益，减少环境污染。如何利用废气和废渣1.工业“三废”指化工生产中排放的气体、液体、固体污染物。2硫酸工厂排放的污染物主要是含二氧化硫的尾气、固体烧渣等。3处理SO2的方法氨酸法(1)产生NH4HSO3的反应：NH3SO2H2O=NH4HSO3。(2)产生(NH4)2SO3的反应：2NH3H2OSO2=(NH4)2SO3。(3)产生(NH4)2SO4的反应：2NH4HSO3H2SO4=(NH4)2SO42SO22H2O、(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O。(4)

5、废渣的利用：烧渣除了含有氧化铁、二氧化硅、氧化铝等外，还含有一定量的铜、锌、铅、钴等有色金属及少量的金、银等贵金属。3酸雨是呈酸性的雨水吗？【提示】纯水是显中性的，pH约是7；雨水在下落过程中二氧化碳会溶于水，略呈酸性，pH为5.6。被大气中存在的酸性气体如SO2等污染，pH小于5.6的雨才叫酸雨。硫酸工业生产工艺及反应条件的选择【问题导思】硫酸工业生产工艺中“三原料”、“三阶段”、“三反应”分别指什么？【提示】见要点1。SO2催化氧化反应有哪些特点？【提示】a可逆反应；b.气体总体积减小的反应；c.放热反应。适宜SO2催化氧化的条件是什么？【提示】常压、400500 、催化剂1工业制硫酸的原

6、理及过程三原料三阶段三反应(均放热)硫黄造气S(s)O2(g)=SO2(g)空气催化氧化2SO2(g)O2(g)2SO3(g)98.3%浓硫酸SO3的吸收SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l)(用98.3%硫酸吸收)2.硫酸生产的工艺流程3硫酸工业SO2催化氧化适宜条件的选择SO2(g)O2(g)SO3(g)H98.3 kJmol1这是一个气体分子总数减小的、放热的可逆反应。(1)温度SO2催化氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡移动理论判断，温度较低对提高SO2的转化率有利。但是，温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。在实际生产中，选定400500 作为操作温度，这时反应速率和SO2的

7、转化率都比较理想。(2)压强SO2催化氧化是一个气体分子总数减小的可逆反应，根据化学平衡移动理论判断，增大压强对提高SO2的平衡转化率有利。但是，在常压、400500 时，SO2的平衡转化率已经很高，因高压条件对设备提出了苛刻的要求，增大压强必须增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作。(3)适当过量的空气目的是提高SO2的转化率。综上所述，催化氧化的适宜条件是常压、较高的温度(400500 )和催化剂。以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程如下图所示：请回答下列问题：(1)在炉气制造中，生成SO2的化学方程式为_。(2)炉气精制的作用是将含SO2的炉气_、_及干燥，如果炉气不经

8、过精制，对SO2催化氧化的影响是_。(3)精制炉气(含SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%)中SO2平衡转化率与温度及压强关系如下图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450 左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是_，_。(4)在SO2催化氧化设备中设置热交换器的目的是_、_，从而充分利用能源。【答案】(1)4FeS211O22Fe2O38SO2(2)除尘水洗矿尘、砷、硒等化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响(3)不选B点，因为压强越大对设备的投资大，消耗的动能大；SO2原料的转化率在常压(0.1 MPa

9、)下的转化率已是97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压不选择C点，因为温度越低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，450 时，催化剂的催化效率最高。故选择A点，不选C点(4)利用反应放出的热量，预热原料气体使之达到反应所需温度(约450 )反应后的气体得到冷却便于下一步的吸收(答案合理均可)1下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是()A在接触室中使用铁触媒作催化剂B在接触室中运用热交换技术可充分利用能源C把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率D该反应采用450500主要是因为该温度下催化剂活性好【解析】硫酸工业生产中，在接触室中用以V2O5为主的催化

10、剂，使SO2氧化为SO3，A项错误；使用热交换装置可节约能源，B项正确；把硫铁矿磨碎可增大其与氧气的接触面，使反应更充分，速率更快，可提高原料的利用率，C项正确；反应温度采用450500是因为该温度下催化剂活性最高，D项正确。【答案】A硫酸生产中“三废”的处理【问题导思】空气中SO2含量过多时，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，再用硫酸处理，发生反应的化学方程式是什么？【提示】Ca(OH)2SO2=CaSO3H2O，CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O。1尾气吸收工业生产硫酸的尾气是从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，又是严重的大气污染物。从化学反应原理方面来说，工业上回收二氧化硫的方法较多，可用石灰水吸收，再用硫酸处理：SO2Ca(OH)2=CaSO3H2OCaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O这样得到的二氧化硫含量较高，可返回用作原料，硫酸钙也是重要的化工原料。2污水处理硫酸生产过程中的污水，含有酸性物质，一般用碱性物质将其中和。如石灰乳、纯碱跟硫酸反应的化学方程式为Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O，Na2CO3H2SO4=Na2SO4H2OCO2。3废渣的利用化工生产中的废渣，一般是由未反应的固体原料或是在生产过程中生成的固体所形成的。化工废渣属于环境

12、污染物，但许多化工废渣都有一定程度的利用价值。目前废渣的综合利用方法主要是回收利用废渣中的铁、有色金属及贵金属等，其中Fe2O3含量高的废渣可用作高炉炼铁的原料，金属含量低的可用于制砖。环境保护一般采用的方法：严格治理“三废”，严格执行国家关于“三废”的排放标准。将“三废”变成有用的副产品，实行综合利用。建立无废物排出的“封闭式生产”，实行绿色生产。保护生态环境。人人建立环境保护的意识，减少废弃物的排放。下面是一种燃煤烟气脱硫方法的原理：用氨水将SO2转化为NH4HSO3，再氧化成(NH4)2SO4。其中氨水吸收燃煤烟气中SO2的化学反应为2NH3SO2H2O=(NH4)2SO3(NH4)2S

13、O3SO2H2O=2NH4HSO3能提高燃煤烟气中SO2去除率的措施有_(填字母)。增大氨水浓度升高反应温度使燃煤烟气与氨水充分接触通入空气使HSO转化为SOABCD【解析】均可以提高燃煤烟气中二氧化硫的去除率；升高温度，气体溶解度降低，反而会降低二氧化硫的去除率；通入空气不仅能氧化HSO，还能氧化第一步反应生成的SO，导致第二步反应不能发生，二氧化硫的去除率降低。【答案】C2接触法生产硫酸的过程中，对废气、废水、废渣、废热的处理正确的是() 【导学号：28920032】尾气用氨水处理污水用石灰乳处理废渣用来造水泥、炼铁设置废热锅炉产生蒸汽、供热或发电ABCD【解析】硫酸厂尾气中含有SO2，可

14、用氨水吸收处理；硫酸厂废水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸厂废渣中含有SiO2、Fe2O3等，可用于制造水泥、炼铁；由于硫酸生产过程中三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能来降低生产成本。【答案】D1工业用FeS2制硫酸的3种原料：黄铁矿、空气、98.3%的硫酸。2工业制硫酸的3种设备：沸腾炉、转化器、吸收塔。3工业制硫酸的3个反应：4FeS211O22Fe2O38SO22SO2O22SO3SO3H2O=H2SO41下列有关接触法制硫酸的叙述不正确的是()A用S代替硫铁矿，可减少环境污染B炉气只含SO2，进接触室之前不需要净化C热交换的目的，一方面使即将参加反应的气体达到一定温

15、度，另一方面降低SO3的温度D尾气要处理后才能排放到空气中【解析】因硫铁矿石中含杂质成分较多，故对环境产生污染也较多；炉气中除含SO2外，还有O2、N2等，煅烧FeS2的炉气进入接触室前必须净化。【答案】B2化工厂厂址选择是一个复杂的问题，受到原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素的制约，硫酸厂应建在()靠近原料产地，远离消费中心的地区靠近消费中心，稍偏离原料产地的地区交通便利，人口稠密的居民区环保要求高的地区，便于“三废”的治理ABCD【解析】因硫酸是一种强腐蚀性液体，运输极不方便，需要较高的成本，所以硫酸工厂厂址选择上首先要考虑建在且远离环保要求高的地区。【答案

16、】D3现有以下几种措施：对燃烧煤时产生的尾气进行除硫处理，少用原煤做燃料，燃煤时鼓入足量空气，开发清洁能源。其中能减少酸雨产生的措施是()ABCD【解析】酸雨产生的原因在工业城市中主要是由含硫煤的燃烧引起的，对煤进行脱硫处理，少用煤作燃料，开发新能源，都能减少SO2排放。燃煤时鼓入足量空气只能使煤充分燃烧，无法减少SO2的排放。【答案】C4关于接触法制硫酸的叙述中，不正确的是() 【导学号：28920033】A从沸腾炉出来的炉气必须净化，主要目的是防止催化剂中毒B之所以叫“接触法”是因SO2被氧化成SO3时反应是在催化剂表面进行的C黄铁矿粉碎成细小矿粒，在沸腾炉中燃烧快、反应完全，提高了原料的

17、利用率DSO3用稀硫酸吸收而不用水吸收，可防止形成酸雾并使SO3吸收完全【解析】SO3用浓H2SO4吸收而不是用稀H2SO4或水吸收。【答案】D5为了探究工业制硫酸的生产原理，某校的化学兴趣小组仿照工业制硫酸的流程设计了如下图所示的实验装置。(1)硫黄与O2反应的化学方程式为_。(2)图中甲装置的作用为_。图中乙装置相当于工业制取硫酸装置中的_。(3)在催化剂表面所发生反应的化学方程式为_。(4)乙反应器内要求O2的量比SO2的量多一倍左右，你是如何控制与估计的？_。(5)实验过程中，当催化剂V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热，其原因是_。(6)某学生为了探究工业上为何采用98%的硫酸吸收SO3而不用水，用上述丙、丁装置进行了模拟实验。丙中的现象为_，丁中的现象为_。(7)