高中化学 31“设计”一座硫酸厂课件 鲁科版选修2

1、目标导航预习导引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。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。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。目标导航预习导引一二三一、接触法制硫酸1.定义:so2与

2、o2是在催化剂的表面上接触起反应的,主要反应设备叫接触室,所以此法叫接触法。2.接触法制硫酸的反应原理:燃烧硫或金属硫化物等原料来制取二氧化硫。使二氧化硫在适当的温度和有催化剂的条件下氧化成三氧化硫,再使三氧化硫跟水化合生成硫酸。目标导航预习导引一二三3.硫酸炉制硫酸。 (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4fes2+11o2 2fe2o3+8so2;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。目标导航预习导引一二三(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2so2+o2 2so3;设备b中部的装置叫热交

3、换器。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so3+h2o 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。目标导航预习导引一二三4.硫黄制硫酸。(1)反应流程。(2)与硫铁矿相比的优点。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。感悟思考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。2.吸收塔中吸收so3的吸收剂是什么?提示：质量分数为98.3%的硫酸。目标导航预习导引一

4、二三二、硫酸厂厂址的选择化工厂厂址选择的一般原则:综合考虑原料、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,权衡利弊,做出合理的选择。硫酸是基本的化工原料,产量很大,又是一种强腐蚀性液体,不能像普通固体化工产品那样可以大量贮存,需要随产随销,而且硫酸本身价格不高但运输价格比较贵。据估算1吨h2so4的运价约为同质量黄铁矿矿石的三倍,这样就决定了硫酸厂靠近消费中心比靠近原料产地更为有利。因此,考虑到综合经济效益,硫酸厂厂址离硫酸消费中心不能太远,宜靠近原料的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原料气的供应者组成联合企业。在决定建厂规模时,可以考虑在消费中心建厂

5、规模大些,在边远或硫酸用量不多的地区,建厂规模小些。目标导航预习导引一二三环保问题是硫酸厂选址的另一个重要因素。硫酸的生产设备易被腐蚀,寿命较短,同时废渣、废液、废气排放量很大,危害环境。硫酸厂对环境的污染是比较严重的,限于当前的技术水平,即使十分注意“三废”处理,也难以达到较高的环保要求。因此,硫酸厂不应建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区,如旅游景点和文物保护区。目标导航预习导引一二三三、硫酸厂“三废”处理及“废热”利用1.尾气中二氧化硫的回收。从吸收塔上部导出的没有起反应的氧气和少量二氧化硫以及不起反应的氮气等气体工业上称尾气。尾气中含少量的二氧化硫排放到空气中会造成大气污染,尾气中二

6、氧化硫回收常采用氨酸法,即用氨水吸收尾气中低浓度的二氧化硫生成亚硫酸氢铵,然后再用浓硫酸处理,生成二氧化硫和硫酸铵。当吸收液中亚硫酸氢铵达一定浓度后再跟硫酸反应放出二氧化硫气体。目标导航预习导引一二三产生的二氧化硫可经过干燥重新用于制硫酸,也可经干燥后制成液态二氧化硫产品,硫酸铵作化肥。提高二氧化硫的转化率,减少尾气的危害,可以对硫酸的生产工艺进行改进,采用“两转两吸”工艺,即炉气进行一次转化、一次吸收后,将剩余气体再次通入转化器(接触室)进行第二次转化、第二次吸收。这样处理后的尾气中so2的含量仅为“一转一吸”流程排出尾气排放量的1/10,能够达到目前的排放标准。2.固体烧渣的利用。用硫铁矿

7、制硫酸时产生大量的固体烧渣,其中除了含有氧化铁、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。目前烧渣的综合利用方法主要是回收烧渣中的铁、有色金属及贵金属等,其中fe2o3含量高的烧渣可用作高炉炼铁的原料,金属含量低的可用于制渣砖。目标导航预习导引一二三3.能量的充分利用。硫酸生产中的化学反应大多是放热反应,其中反应热主要来源于含硫原料的燃烧、二氧化硫的氧化、气体的干燥和三氧化硫的吸收。化工生产中应充分利用反应热,这对于降低成本具有重要意义。硫酸生产中的反应热得到充分利用后,不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量,而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能量。感悟思考3

8、.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。要点一要点二典例导航即时演练即时检测要点一硫酸的工业生产工艺问题导思so2催化氧化反应有哪些特点?提示：可逆反应;气体总体积减小的反应;放热反应。适宜so2催化氧化的条件是什么?提示：常压、400 500 、催化剂。要点一要点二典例导航即时演练即时检测1.工业制硫酸的原理及过程。 要点一要点二典例导航即时演练即时检测2.硫酸生产的工艺流程。 要点一要点二典例导航即时演练即时检测3.硫酸工业so2催化氧化适宜条件的选

9、择。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400 500 作为操作温度,这对反应速率和so2的转化率都比较理想。要点一要点二典例导航即时演练即时检测(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、400 500 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

10、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,so2催化氧化的适宜条件是常压、较高的温度(400 500 )和催化剂。要点一要点二典例导航即时演练即时检测【例1】 下面的装置是仿照工业上制备硫酸的工艺流程设计出来的,用于探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。 (导学号52710052)请回答下列问题:(1)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式 ;(2)甲和乙相当于工业上制取硫酸装置中的;(3)写出在催化剂表面所发生反应的化学方程式 ,在实验过程中不能持续加热的理由是 ;要点一要点二典例导航即时演练即时检测(4)在乙反应器内要求氧气的量要比二氧化硫的量多一倍左右,

11、你是如何控制和估计的? 。 (5)若丁装置在反应过程中先出现气泡,不久就出现了雾,而丙装置一直都没有任何现象,产生这种现象的原因可能是()a.浓硫酸对三氧化硫的吸收效率远好于水,三氧化硫被浓硫酸充分吸收b.三氧化硫的通气速率太快,三氧化硫未被水和浓硫酸充分吸收c.丙中的导气管插得太深,导致两个吸收瓶内的气压差较大d.丁中的导气管插得太浅,三氧化硫气体从水中逸出,与水蒸气化合形成酸雾要点一要点二典例导航即时演练即时检测解析：装置甲有多个作用,一是通过观察气泡产生的速率调节通入二氧化硫、氧气的比例;二是使两种原料气体充分混合;三是起到干燥的作用。答案：(1)4fes2+11o2 2fe2o3+8s

12、o2(2)接触室(3)2so2+o2 2so3防止温度过高,而降低so2的转化率及催化剂活性(4)可以通过调节气阀,控制气体流量,观察甲装置的冒泡速率进行估算(5)ac要点一要点二典例导航即时演练即时检测1.下列关于硫酸工业生产过程的叙述中错误的是 ()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400 500 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

13、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400 500 是因为该温度下催化剂活性最高,d项正确。答案：a要点一要点二典例导航即时演练即时检测要点二硫酸工业生产中的“三废”问题问题导思空气中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。用石灰乳吸收so2,再用硫酸处理,发生反应的化学方程式是什么?提示：ca(oh)2+so2 caso3+h2o,caso3+h2so4 caso4+so2+h2o。要点一要点二典例导航即时演练即时检测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,其中含有二氧化硫,二氧化硫既是重要的化

14、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,可用石灰乳吸收,再用硫酸处理:so2+ca(oh)2 caso3+h2o,caso3+h2so4 caso4+so2+h2o。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)2+h2so4 caso4+2h2o,na2co3+h2so4 na2so4+h2o+co2。要点一要点二典例导航即时演练即时检测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

15、产过程中生成的固体所形成的。化工废渣属于环境污染物,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。要点一要点二典例导航即时演练即时检测【例2】 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。 (导学号52710053)其中氨水吸收燃煤烟气中so2的化学反应为能提高燃煤烟气中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a.b.c.d.解析：均可以提高燃煤烟气中二氧化硫

16、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。答案：c要点一要点二典例导航即时演练即时检测2.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 ()a.b.c.d.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：c要点一要点二即时检测1.在硫酸工业制法中,下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是()a.硫铁矿燃烧前需要粉碎,因为大块的硫铁矿不能在空气

17、中燃烧b.从沸腾炉出来的炉气需净化,因为炉气中二氧化硫会与杂质反应c.二氧化硫氧化为三氧化硫时需使用催化剂,这样可以提高二氧化硫的转化率d.三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收,目的是防止形成酸雾,以便使三氧化硫吸收完全解析：a项,“粉碎”目的是为了增大反应接触面积;b项,“净化”是为了防止催化剂中毒;c项,使用催化剂可提高反应速率,不能使转化率发生改变。答案：d要点一要点二即时检测2.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()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a.b.c.d.解析：硫酸厂尾气中含有so2,可用氨水吸收处理;硫

18、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：d要点一要点二即时检测3.以黄铁矿为原料,采用接触法生产硫酸的流程如下图所示: (导学号52710054)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的炉气和干燥,如果炉气不经过精制,对so2催化氧化的影响是 。 要点一要点二即时检测(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 ,。 要点一要点二即时检测(4)在so2催化氧化设备中