2017-2018学年高中化学主题3矿山资源、硫酸与无机材料制造课题1“设计”一座硫酸厂学案

1、课题 1 “设计”一座硫酸厂SQ-SQ-H2SQ0(2)与硫铁矿相比的优点1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| 思考交逾|11 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

2、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、洪水、泥石流等自然灾害多发地区不宜建 厂。1| 思奇交強|12 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 SQ 的方法氨酸法(1) 产生 NH4HSQ 的反应：NH+ SQ+ H2O=N4HSQ。(2) 产生(NH4)2SQ 的反应：2NH+ H0+ SQ=(NH)2SOo(3) 产生(NH4)2SQ

3、的反应：2NHHSQ + fSQ=(NH)2SQ + 2SQT+ 20、(NTSQ +HSQ=(NH)2SQ+SQf +HQS0+ H20=2S04;设备 C 中不用(1)温度-3 -(4)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、钻等有色金属及少量的金、银等贵金属。-4 -II 思考交熾 II3 .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SO 等污染，pH 小于 5.6 的雨才叫酸雨。1硫酸工业生产工艺中“三原料”、“三阶段”、“三反应”分别指什

4、么?【提示】见要点 1。2SO 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。3适宜 SQ 催化氧化的条件是什么？【提示】常压、400500C、催化剂1工业制硫酸的原理及过程三原料三阶段三反应(均放热)硫黄造气S(s) + Q(g)=SQ(g)空气催化氧化催化剂2SO(g) + Q(g)2SO(g)98.3%SOSO(g) + H2O(I)=H2SO(I)浓硫酸的吸收(用 98.3%硫酸吸收)2.硫酸生产的工艺流程3 硫酸工业 SQ 催化氧化适宜条件的选择1催化剂SQ(g) + 202(g)SQ(g)_1H= 98.3 kJ mol阶段2合作探究通关*

5、硫酸工业生产工艺及反应条件的选择令组讨袍疑难鈿究:【问题导思】空代(1)温度-5 -这是一个气体分子总数减小的、放热的可逆反应。-6 -SO 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SO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400500C作为操作温度，这时反应速率和 SO 的转化率都比较理想。(2)压强SO 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 SO 的平衡转化率有利。但是，在常压、400500C时，SO 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

6、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 SO 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 SQ 的化学方程式为(2)炉气精制的作用是将含_ SO 的炉气_ 、及干燥，如果炉气不经过精制，对 SQ 催化氧化的影响是 _(3)精制炉气(含 SQ 体积分数为 7% Q 为 11% N2为 82%)中 SO 平衡转化率与温度及压强 关系如下图所示。在实际生产中，SO 催化氧化反应的条件选择常压、450C左右(对应图中A 点)，而没有选择 SO 转化率更高的

7、B 或 C 点对应的反应条件，其原因分别是(400500C)和催化剂。4肿卡QQT炉气制造轴制护气z-SCUT11*SO,吸收-7 -(4)在 SO 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。咼温【答案】 (1)4FeS2+ 11Q=2FesQ+ 8SQ(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；SQ 原料的转化率在常压(0.1MPa)下的转化率已是 97%左右，再提高压强，SQ 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，SQ 转化率虽然更高，但催化剂的

8、催化作用受影响，450C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 450C)反应后的气体得到冷却便于下一步的吸收(答案合理均可)娈貳illl s1.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 450500C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V2Q为主的催化剂，使 SQ 氧化为 SO, 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

9、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450500C是因为该温度下催化剂活性最高，D 项正确。【答案】 A114硫酸生产中“三废”的处理【问题导思】空气中 SQ 含量过多时，易造成酸雨，什么是酸雨?lMPaoMPa0.807400450 500550 600制度代5 59 99 95.XO-8 -【提示】 酸雨指 pH5.6 的雨水，主要有硫酸型和硝酸型酸雨。2用石灰水吸收 SQ,再用硫酸处理，发生反应的化学方程式是什么？【提示】 Ca(0H)2+ SO=CaSd+ H2O, CaSO+ H2SQ=CaS 硏 SQf+ H2O。1.尾气吸收

10、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：SO + Ca(OH)2=CaSOj + H20CaSOF2SQ=CaSO+SOf +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+ HaSQ=CaSO+ 2HaO,NCO+ H2SQ=NaSQ+ H?O COf。3 .废渣的利用化工生产中的废渣，

11、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FaQ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。温馨提醒环境保护一般采用的方法：1严格治理“三废”，严格执行国家关于“三废”的排放标准。2将“三废”变成有用的副产品，实行综合利用。3建立无废物排出的“封闭式生产”，实行绿色生产。4保护生态环境。5人人建立环境保护的意识，减少废弃物的排放。-9 -(NH4)2SQ。其中氨水吸收燃煤烟气中 SQ 的化学反应为2NH+ SQ + ”O=(NH)

12、2SO(NH4)2SO+ SQ+ H2O=2N|HS(3)卜例F 面是一种燃煤烟气脱硫方法的原理：用氨水将SO 转化为 NHHSO,再氧化成-10 -能提高燃煤烟气中 SO 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SOA.B.C.D.【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，导致第二步反应不能发生，二氧化硫的去除率降低。【答案】 C“训樂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()【导学号：2

13、8920032】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B.D.【解析】 硫酸厂尾气中含有 SQ,可用氨水吸收处理；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 SiQ2、Fe2Q 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课堂小结1.工业用 FeS 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。A.C.-11 -3 .工业制硫酸的 3 个反应:咼温4FeS2+ 11Q=Fe2Q+ 8SO

14、催化剂2SO+ C22SO400500CSC3+ H2O=2EC1 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 SQ,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度，另一方面降低SQ 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 SQ 外,还有 C2、N2等，煅烧 FeS 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

15、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A. B.C.D.【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】 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（）A.B.C.落宾评价D.-12 -【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SQ 排放。燃煤时鼓入足量空气

16、只能使煤充分燃烧，无法减少 SC2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 SO 被氧化成 SO 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，提高了原料的利用率D.SQ 用稀硫酸吸收而不用水吸收， 可防止形成酸雾并使SQ 吸收完全【解析】 SO 用浓 HSQ 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。甲乙丙丁(1)_硫黄与 Q 反应的化学方程式为 _，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 _乙反应器内要求 Q 的量比 SQ 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V2Q 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%勺硫酸吸收 SQ 而不用水，用上述丙、丁装置进行-13 -了模拟实验。丙中的现象为 _ ，丁中的现象为 _。(7) 处理尾气的方法为 _。【解析】 该实验