高中化学《硫酸工业》学案2 苏教版选修2

《硫酸工业》接触法制硫酸的化学原理学案学习目标：1．掌握接触法制硫酸的化学反应原理，并了解生产过程和几个典型设备，以及生产中的一些重要操作。 2．理解接触氧化反应条件的选择原理，加深对化学反应速率和化学平衡知识的理解。 3．通过有关硫酸工业的计算，进一步巩固多步反应的化学原理。情感目标：通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。学习重点难点：接触法制硫酸的化学原理；SO2接触氧化的适宜条件的选择。学习过程：[自学探究] 1．讨论：考虑原料和成本等因素，你认为工业合成硫酸的途径如何？ 2．请写出由S生成H2SO4的化学反应方程式。 3．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）。【问题】我们已经学习过硫酸的性质，了解了硫酸的有关知识，请同学们思考：硫酸在工农业生产中有哪些重要用途？【回答】【问题】根据所学的知识写出生产硫酸的化学反应方程式。一、反应原理【问题】生产硫酸的原料可以用硫磺，还可以用黄铁矿。根据我国的实际情况，应采用哪一种更适合？【投影】我国硫酸工业中原料的利用资料(下表)。【学生活动】回答问题。【问题】已知一定条件下24gFeS2固体燃烧生成SO2气体和Fe2O3固体，同时释放170.6kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式。【问题】该反应是硫酸工业生产中第一阶段的反应，请同学们阅读教材并思考：①该阶段的名称是什么？②反应设备是什么？③如何使黄铁矿充分燃烧？④反应产物是什么？产物为什么要净化？【阅读】阅读教材，讨论、回答问题。第一阶段：造气设备：沸腾炉产物：炉气【投影】电脑模拟沸腾炉工作。【问题】该反应的特点是什么？催化剂【讨论】2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)；△H＝196.6kJ/mol的反应特点。催化剂反应特点：1． 反应2．总体积 3．热 4．催化剂【问题】根据平衡移动原理，反应在较高还是较低的温度下进行更有利？【投影】不同温度下SO2的平衡转化率(图中纵坐标表示转化率/％)[原料气成分(体积分数)SO27％ O211％ N282％ 压强0.1Mpa]【回答】【问题】根据平衡移动原理，反应在较高还是较低的压强下进行更有利？【回答】【投影】图二【回答】【阅读】阅读教材，了解该生产阶段的名称、设备、实际采用的生产条件，并思考为什么这样做。【讨论回答】阅读讨论后回答。反应条件：理论实际应用：【分析】SO2接触氧化是一个可逆的放热反应，理论上在温度较低的条件下进行最为有利。但是温度较低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益考虑对生产不利，所以生产中选择400℃一500℃；同时该反应又是一个总体积缩小的气体反应，增大压强，SO2的转化率能提高，但SO2的平衡转化率提高的并不多，若加压必增加设备的耐压力，增大投资和能量消耗且在常压下和400℃～500℃时SO2的平衡转化率已经很高，故通常采用常压。又因为反应是SO2和O2在催化剂表面接触时发生的，故这种生产硫酸的方法叫做接触法。【例题】工业上要将尾气中的SO2转化为硫酸铵。下面是摘自某厂生产记录的一些资料：“……初步处理后的废气含0.2%的二氧化硫和10%的氧气（体积含量），在400℃时废气以5m3/h的速率通过五氧化二矾催化剂层与20L/h速率的氨气混合，再喷水，此时气体温度由400℃降到200℃，在热的结晶装置中得到硫酸铵晶体 （1）按反应中的理论值，二氧化硫和氧气的物质的量之比为2:1，该资料中二氧化硫和氧气的物质的量比值是多少？为什么跟化学反应中的理论值相差较大？ （2）若每天某厂排放1000m3【解析】（1）V(SO2):V(O2)=0.2%:10%=1:50。根据化学平衡原理，增大氧气的量，可以促进化学平衡向正反应方面进行，从而提高二氧化硫转化为三氧化硫的转化率。 （2）每月排入的废气中二氧化硫的体积为：1000m3废气以5m3/h的速率通过五氧化二矾催化剂层与20L/h速率的氨气混合，相当于SO2跟NH3以1:2的体积比混合。即发生反应为：4NH3+2SO2+O2=2(NH4)2SO4所以，600m3的二氧化硫气体需氨气的体积为：600×2=1200m3相当于消耗氨0.912t。练习：工业上测量SO2、N2、O2混合气体中SO2含量的装置如下图。反应管中装有碘的淀粉溶液。SO2和I2发生的反应为（N2、O2不与I2反应）：SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI （1）混合气体进入反应管后，量气管内增加的水的体积等于____________的体积（填写气体的分子式）。 （2）反应管内溶液蓝色消失后，没有及时停止通气。则测得的SO2含量___________（选填：偏高，偏低，不受影响）。 （3）反应管内的碘的淀粉溶液也可以用____________代替（填写物质名称）。 （4）若碘溶液体积为VamL，浓度为cmol·L-1，N2与O2的体积为VbmL（已折算成标准状况下的体积）。用Va、cmol·L-1、Vb表示SO2的体积百分含量为：_________。 （5）将上述装置改为简易实验装置，除导管外，还需选用的仪器为_______________（选填下列仪器的编号）。 a、烧杯b、试管c、广口瓶d、容量瓶e、量筒f、单孔塞g、双孔塞 【答案】（1）反应管的作用是吸收SO2，所以剩余的气体是N2、O2。量气管中增加的水的体积是N2、O2的体积。 （2）若反应管内溶液蓝色消失，说明其中的I2已消耗完，此时若再通入待测混合气体，其中的SO2不能被吸收，所测得的SO2的含量会偏低。 （3）反应管中的试剂应具备两个条件，一是能吸收SO2，二是要明显的实验现象以利判断是否完全反应。酸性高锰酸钾或溴水都可作为吸收剂。 （4）考查化学计算能力，根据题给反应可得： V(SO2)%=×100% （5）量气管可用量筒代替，反应管可用试管或广口瓶代替，所以可以有如下三种组合：bceg或beg或ceg。【作业】课后习题四、1，2。2.3.2硫酸的生产工艺学案学习目标：1．掌握接触法制硫酸的化学反应原理，并了解生产过程和几个典型设备，以及生产中的一些重要操作。 2．理解接触氧化反应条件的选择原理，加深对化学反应速率和化学平衡知识的理解。 3．通过有关硫酸工业的计算，进一步巩固多步反应的化学原理。情感目标：通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。学习重点难点：接触法制硫酸的化学原理；SO2接触氧化的适宜条件的选择。学习过程：【问题】上节课我们学习了工业生产硫酸的原理及第一、二阶段的生产情况，请同学们完成下面问题。【投影】图一1．设备A是 ，在A中进行的反应方程式是： 。①②③④处通入或放出的物质是 、 、 、 。2．设备B是 ，在B中进行的反应方程式是： 。⑤⑥处放出的物质是 、 。【学生回答】【多媒体】电脑模拟接触室中热交换器的工作原理。【问题】下一个生产阶段是SO3的吸收，请同学阅读教材，了解为使SO3被充分吸收，生产中采取了哪些措施？【学生活动】阅读教材并讨论。【归纳】。第三阶段：SO3的吸收设备：吸收塔反应：SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)；△H=-130.3kJ/mol【问题】从吸收塔上部导出的气体成分是什么？能否直接排入空气？为什么？【讨论】讨论后回答。【小结】。【填表】生产阶段设备名称主要反应主要产品提高产率措施造气接触氧化SO3的吸收【练习】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=1\*GB3①=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥ FeS2→SO2→SO3→H2SO4，NH3→NO→NO2→HNO3 下列说法正确的是（）。 A．所有变化都是氧化-还原反应 B．=2\*GB3②=3\*GB3③=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥都是化合反应 C．=2\*GB3②=4\*GB3④反应都要用催化剂 D．=2\*GB3②=6\*GB3⑥反应需要足量的氧气4．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20mL1mol·L-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（）。（A）40%（B）46%（C）53.3%（D）80%5．接触法制硫酸的原料是，生产过程的化学反应原理是：。6．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：，。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1t98%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%）9．假设SO2接触氧化过程产生的热量有70%可以利用，请问生产100t98%的硫酸在接触氧化过程中能节约多少能量。（已知ΔH=-98.3kJ/mol）10．（1）据《科技消息报》报道：由于废气排放致使地球南极上空的a层出现了400多万平方公里的空洞，有害宇宙线长驱直入，把b分解，密度较小的氢就会逃逸到宇宙空间，剩下的氧最终会使土壤c，从而使地球人类正在重蹈火星的覆辙。根据以上叙述，回答问题。 ①填充：a____b____c_____。 ②写出a与b对应的化学方程式：a_________b_________。（2）据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%。研究结果还表明，酸雨对我国农作物、森林等影响区域大。 如图是研究酸雨成因的学生实验用的“催化棒”。用两根外面套有玻璃管的粗导线穿过橡皮塞并固定于粗玻璃管中，在其中一端用电热丝连接起来，即制成“催化棒”。 实验时，先接通直流电源，使电热丝红热，然后将红热的电热丝伸入装有SO2和空气的集气瓶中，瓶中立即出现_____现象，再往其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，又出现______现象。 请回答： ①以上实验中可得出酸雨成因的化学原理是_________。 ②目前一座中等城市每年用煤约300万吨，其含硫量如按1%计算，则每年排放SO2多少吨？若此二氧化硫有60%转化