6.3.1工业制硫酸的反应原理和生产过程 课件高一下学期化学沪科版（2020）必修第二册

工业制硫酸的反应原理和生产过程研究化学反应的视角物种质量快慢和限度能量概念表示方法影响因素化学反应速率可逆反应化学平衡状态化学平衡的影响因素化学平衡化学反应快慢限度调控化工生产应用理论联系实践

解决实际问题原料选择反应原理生产流程能源利用环境保护硫酸是最重要的化工产品之一。硫酸化肥钢铁工业氟工业石化轻工纺织冶金如果你持有一家生产硫酸的化工厂，在生产过程中会考虑哪些问题？反应原理、原料选择、提高产率、降低成本等问题。想一想从H2SO4

的组成、H2SO4

中S的化合价等角度分析，你会选择哪些原料，并通过怎样的反应步骤来得到H2SO4

？通过氧化还原反应，将含有低价态的S元素的物质氧化并转化为H2SO4。SFeS2O2O2SO2O2SO3H2OH2SO4硫黄二硫化亚铁（硫铁矿）+4-10+6+6主要步骤反应原理第一阶段二氧化硫的制备第二阶段二氧化硫的催化氧化第三阶段三氧化硫的吸收工业制硫酸的反应原理和生产过程（一）反应原理（造气）（转化）（吸收）4FeS2+11O2═══2Fe2O3+8SO2高温S+O2═══SO2点燃SO3+H2O═══H2SO42SO2+O22SO3催化剂△若以硫铁矿（FeS2）为原料制硫酸，你能用化学方程式表示制硫酸的反应原理吗？早期制硫酸的方法煅烧法15世纪后半叶起硝化法18~20世纪NO2+SO2

===NO+SO32NO+O2

===2NO2铅室法纯度65% 塔式法纯度76%工业制硫酸的反应原理和生产过程在工业生产中，要综合考虑许多因素，如原料、能源、设备、工艺流程、储存运输、环境保护以及经济效益等。原料生产过程中的利弊绿矾FeSO4·7H2O硫铁矿FeS2硫黄S冶炼烟气SO2（二）原料选择原料来源少，价格高昂，副产物多，产量小。我国矿产资源丰富；易产生三废，治理成本较高，能耗较大。生产流程短、三废治理量小；我国天然硫资源不多。冶炼金属硫化矿后产生的SO2，回收制备硫酸，变废为宝，不会造成直接排放污染环境。想一想如何才能使化工生产做到又快又多？快改变反应速率影响化学反应速率的因素多改变可逆反应的平衡影响化学平衡的因素由于化学反应中原子守恒，这就形成了化工生产的物料平衡。使原料尽可能多地转化为产品，是生产中提高产量、控制成本、增加效益的关键。（三）生产过程1.造气阶段由于我国的天然硫资源不多，为了提高产量，曾广泛采用高温煅烧硫铁矿的方式生产SO2。如何使矿石煅烧充分？4FeS2+11O2═══2Fe2O3+8SO2高温粉碎矿石

增大接触面积，加快化学反应速率通入足量空气

燃烧充分，提高原料利用率对流操作

矿石粉与空气充分接触设备：沸腾炉炉渣炉气（三）生产过程1.造气阶段4FeS2+11O2═══2Fe2O3+8SO2高温炉气的组成较为复杂，含有SO2、O2、N2、粉尘、水气、砷化物等物质。堵塞管道形成酸雾腐蚀设备使催化剂性能降低甚至失去催化作用。催化剂中毒除尘净化干燥炉气SO2(7%)、O2(11%)、N2(82%)300~350℃35℃（三）生产过程2.转化阶段请结合所学的知识内容，思考如何更多更快地将SO2转化为SO3？2SO2+O22SO3（放热反应）反应条件的选择使SO2更快转化为SO3使SO2更多转化为SO3因素浓度温度催化剂增大反应物浓度升高温度加入催化剂增大反应物浓度降低温度无影响??????（三）生产过程2.转化阶段2SO2+O22SO3（放热反应）反应条件的选择——催化剂铂催化剂1881年起价格昂贵易中毒，原料气必须充分净化静电捕尘技术1906年气体净化技术的重要突破钒催化剂1913年价格较低活性好，不易中毒工业技术的发展相辅相成??????选择催化剂时需要考虑哪些因素？想一想Pt：￥382元/克V2O5：￥3.2元/克Fe2O3：￥1.5元/克催化效果催化剂成本活性温度钒基催化剂的催化效果较铂催化剂稍差，但成本低廉，活性好，不易中毒。反应温度在400~500℃时，钒基催化剂的催化效果最佳，催化剂活性最大。2SO2+O22SO3（放热反应）??????V2O5（三）生产过程2.转化阶段2SO2+O22SO3（放热反应）反应条件的选择——温度V2O5使SO2更多转化为SO3降低温度使SO2更快转化为SO3升高温度

反应温度一般选择475℃，此时催化剂活性最大。475℃???（三）生产过程2.转化阶段2SO2+O22SO3（放热反应）反应条件的选择——浓度V2O5475℃通入过量空气，提高二氧化硫的转化率。设备：转化器反应物SO2和O2中，一般过量的物质是什么？SO2转化为SO3时放出热量，利用热交换器传递热量，使热量充分交换。预热反应前的气体，冷却反应后的气体。35℃440℃反应物SO2转化为SO3时会放出热量，如何使混合气体的温度尽可能保持在催化剂的活性温度呢？2SO2+O22SO3（放热反应）V2O5475℃SO2(7%)、O2(11%)、N2(82%)T/℃α(SO2)/%T/℃α(SO2)/%T/℃α(SO2)/%42098.847096.452091.543098.548095.655086.244098.149094.857081.845097.650093.858079.346097.251092.560073.9600℃440℃二氧化硫的多段催化氧化分段进行先在高温反应，利用初始原料浓度高，快速进行第一段转化。能量利用通过热交换器维持混合气温度，破坏原有平衡，进行第二段转化，进一步提高三氧化硫的产量，同时预热原料气。多段催化混合气体的温度会不断降低，反应速率也会随之减慢，因此段数有限。2SO2+O22SO3（放热反应）V2O5475℃600℃440℃（三）生产过程3.吸收阶段SO3+H2O═══H2SO4吸收在吸收塔内进行，SO3从塔底通入，98.3%的硫酸从塔顶喷下，两者逆流接触。经过吸收可制得发烟硫酸、浓硫酸等不同产品。使液体和气体充分接触，促使其完全吸收。设备：吸收塔吸收塔内为什么要填充空心瓷环？防止形成酸雾，影响吸收的速率。沸腾炉转化器吸收塔高温造气：4FeS2+11O2

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2Fe2O3+8SO2↑转化：2SO2+O22SO3V2O5475℃吸收：SO3+H2O═══H2SO4工业制硫酸的反应原理和生产过程沸腾炉转化器吸收塔工业制硫酸的反应原理和生产过程特殊设备原料预处理加快反应速率提高燃烧效率提高产出充分利用原料沸腾炉转化器吸收塔工业制硫酸的反应原理和生产过程热交换器改变反应条件热量充分交换改变反应平衡充分利用能量提高产出提高原子利用率沸腾炉转化器吸收塔