高三复习专题讲座

高三复习专题讲座――硫酸工业一、本周教学进度及主要内容：第三册第五章硫酸工业本讲主要内容：1．掌握接触法制硫酸的生产过程、反应原理、主要设备2．用平衡移动原理理解SO2氧化的条件选择。3．了解环境保护及资源的综合利用二、学习指导（一）工业制法一般思路系统学习研究某一种物质的工业制法，一般要从以下角度去分析理解。所用原料考虑其来源是否丰富、经济、环保等情况，尽量因地制宜化学反应考虑反应难易程度、操作可行性、安全性、转化率高低等适宜条件从反应速率和提高产量等因素考虑条件的选择生产过程从原料到产物出考虑必要的反应过程外，还应原料的处理、中间过程的进化、“三废”处理等环保措施。主要设备掌握设备的作用、构造、原理、名称及先后顺序。环境保护消除污染的主要方法之一是减少污染物的排放，处理是努力做到变废为宝。（二）接触法制硫酸:生产过程：①SO2的制取和净化（造气）②SO2氧化成SO3③SO3的吸收反应原理：4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO22SO2＋O22SO3SO3＋H2O＝H2SO4或S＋O2SO2主要设备：沸腾炉接触室吸收塔小结：接触法制硫酸中几个重要的“三”：1、三种原料：硫铁矿或硫、空气、98.3%的浓硫酸2、三种净化：除尘、洗涤、干燥。沸腾炉出来的炉气成分：SO2、O2、N2、H2O(g)、矿尘、砷、硒化合物SO2、O2、N2、H2O(g)、砷、硒化合物SO2、O2、H2O(g)高温点燃除尘洗涤干燥△催化剂SO2、O2、N2。目的防止催化剂中毒、减缓对设备的腐蚀。3、三个反应造气、氧化、吸收4、三种设备沸腾炉、接触室、吸收塔逆流原理5、三种原理热交换原理循环原理请思考并回答下列问题：1．矿石粉碎并从上口投入加料、而空气从下鼓入，为何？提示：矿石粉碎得较小，且与空气逆向相遇，仿佛呈沸腾状，跟空气接触面更大、燃烧更充分、更迅速，提高了原料的利用率。2.为什么叫接触法制硫酸？提示：经净化后的炉气进入催化层在催化剂表面发生接触性反应。3．为什么从吸收塔出来的气体要循环使用？提示：,提高了资源的利用率.有利于降低生产成本,保护环境;4．为什么用浓硫酸（98.3%）来吸收SO3?提示：水或稀硫酸作吸收剂时，容易形成酸雾，吸收速度慢，吸收不充分，不利于尽可能把三氧化硫吸收干净。故用浓硫酸（98.3%）来吸收SO3，吸收塔底放出的硫酸成分为H2SO4·nSO3，（三）综合经济效益问题1．环境保护与综合利用原理污染大气的有害物质有：硫的氧化物、粉尘、煤烟、氮的氧化物、碳的氧化物、碳氢化合物等。思考：通常硫酸工业上是用氨水来吸收SO2，其目的是什么？废水、废渣又该作何处理和利用？提示：二氧化硫和空气中的飘尘接触或跟氮的氧化物接触，部分会被氧化成三氧化硫。硫的氧化物以及硫酸和硫酸盐随雨雪降到地面，这就是所谓的“酸雨”。工业上是用氨水来吸收SO2，一方面就是从环保角度考虑。另一方面经硫酸处理后得到二氧化硫气体含量更高，返回车间作硫酸生产的原料，也可足其它作为化工原料，硫酸铵溶液经结晶、分离、干燥后制成固体硫酸铵肥料。其反应式为：SO2+2NH3·H2O=(NH4)2SO3+H2O,(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3,当吸收液中亚硫酸氢铵达到一定浓度后，再跟浓硫酸反应，放出二氧化硫气体，同时得到硫酸铵溶液。反应式：2NH4HSO3+H2SO4=2SO2↑+2H2O+(NH4)2SO4，(NH4)2SO3+H2SO4=SO2↑+H2O+(NH4)2SO4。废水处理：废水主要呈酸性，可用石灰乳中和。反应为：Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O废渣处理:含铁量高的可用于炼铁，其它的可用于制水泥、砖头等化工生产与环境。提倡清洁生产和发展“绿色工艺”清洁生产是指采用清洁无毒的能源和原材料，通过清洁的生产过程，制造出清洁的产品。其目的是在于通过减少污染物的产生，从而保护环究和生态．“绿色工艺”，是指工业生产中对污染物低排放（或零排放）的生产工艺。1）展闭路循环生产，把有可能造成污染的物质封闭在生产系统内，不徘出污染物，无废水排出。2）研究和应用无污染或少污染的新工艺3）回收副产品中的有用原料尽量使流失在三废（废气、废水、废渣）中的副产品（原料或成品）加以分离，就地回收，既可降低主产成本，增加经济效益，又可大大降低废水中物质浓度和数量，减轻污水处理负担。即废弃物处置的减量化、资源化和无害化2．能量的充分利用思考：为什么接触室中要用热交换器？提示：接触室中发生反应2SO2＋O22SO3该反应为放热反应。经净化后的炉气（管外）和经过接触层长生的气体（管内）两种流体在热交换器中逆向流动通过管壁进行热量的传递，反应时生成的热传递给进入接触室的需要预热的混合气体，并冷却反应后的气体。利用热交换器的目的：⑴从反应本身看：可逆反应2SO2＋O22SO3进行时,温度的控制对催化剂的活性、反应速率、平衡移动等均很重要。⑵从原理上看,气体的流向采用了逆流原理,有利于提高热传递效率;提高了能源的利用率.其实硫酸生产过程重的三个反应都是放热反应，而很多机器设备的开动、维持接触氧化适宜的温度都需要电能或热能，充分利用废热来降低生产成本。SO2氧化的条件选择:2SO2＋O22SO3该反应具有下列特征：①正反应方向为放热反应，②正反应方向气体体积减少从平衡移动角度看，降温、加压有利于正向移动从反应速率提高角度看，高温、加压、使用催化剂有利。思考：实际为什么不采用高压、低温的反应条件？原因：若低温，反应速率过低，且催化剂的活性有一定的温度范围，它在500℃左右活性最佳。该反应在常压下就有较高的转化率，虽然高压更有利于SO3的生成，但对动力设备也有更高的要求。故采用常压、加热、使用催化剂这样的反应条件。3.生产规模和厂址的选择△催化剂△催化剂△催化剂厂址的选择原料能源交通运输环保水源土地资源市场需求三、典型例题及点拨例1在氧气中充分燃烧1克含杂质的硫铁矿试样，得到残余固体0.76克(假设杂质不参加反应)，问生产10吨98%的浓硫酸需要这种矿石多少吨？（反应过程中硫损失2%）解设硫铁矿样品中FeS2的纯度为X，生产10吨98%浓硫酸需该矿石质量为Y4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2△m480克320克160克1克·X1克-0.76克=0.24克克克克克24.01601480XX=72%FeS22H2SO4120196Y·72%×(1-2%)10吨×98%Y=8.5吨答：需该矿石8.5吨。例2．SO2和O2按以下两种投料方式，SO2或O2的转化率是否相等？（容器容积V、温度T一定）2SO2＋O2=2SO3始12mol1mol0α1始24mol2mol0α2解析：思维方法：2VVVT一定：等效压缩过渡态平衡正移α1＝αˊ＞α2试一试：请判断以下三种反应，从左侧开始投料比分别相等，但均增大一倍后，转化率怎样改变？A.H2(g)＋I2(g）2HI(g)B.2NO2N2O4C.2NH33H2＋N2答案：A.转化率不变.B.转化率增大C.转化率减小结论：相同倍数增加各种反应物的浓度，相当于增大体系压强，根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况.例3．气体反应2SO2＋O22SO3＋Q在密闭容器中进行.反应在200℃,无催化剂时SO2的浓度随时间变化的曲线如右图所示.试在图中画出在反应起始浓度不变的情况下:(1)保持200℃,但反应在适当催化剂条件下进行时,SO2的浓度随时间变化的曲线.(2)在无催化剂但反应在500℃进行时,SO2的浓度随时间的变化曲线.高温SO22molO21molSO22molO21molSO24molO22moltOCA200℃△催化剂ACt200℃500℃无催化剂有催化剂提示：根据催化剂和温度对反应速率的影响（可用达到平衡所需的时间长短判断），另根据低温更有利于反应的正向进行，SO2浓度讲的更低，即“平台位置更下”。巩固练习一.选择1A、接触法制硫酸中，与之无关的设备是（）A、吸收塔B、接触室C、沸腾炉D、氧化炉2A、为了提高SO2转化为SO3的质量分数，工业上常使用适当过量的空气，这样从接触室导出的气体的成分是（）A、SO3、O2B、SO3=、O2、SO2、N2C、SO3、N2D、SO3、O2、N23B、把1克含脉石（SiO2）的黄铁矿样品在氧气流中灼烧，反应完全得残渣0.78克，则此黄铁矿中含FeS2的质量分数为（）A．33%B．66%C．78%D．88%4B、1molFeS2经过SO2的制取、转化和SO3的吸收，如果硫元素全部进入硫酸中，则下列说法正确的是（）A、整个过程中硫元素一共“失去”14mol电子B、最终生成2mol/L的硫酸溶液C、最终生成196g硫酸溶液D、最终生成96g硫酸5A、用硫铁矿生产硫酸的过程中，对提高效率不利的因素是（）A、矿石粉碎后送入沸腾炉B、使用热交换器预热气体C、用水吸收三氧化硫D、使用催化剂6B、接触法制硫酸时由沸腾炉产生的炉气中能使催化剂中毒的成分是（）A、不蒸气B、砷、栖化合物C、氧气D、氮气7B、在硫酸工业中，常用浓H2SO4而不用水吸收SO3是因为（）A、SO3易溶于浓H2SO4而不溶于水B、用浓H2SO4吸收速度慢，损失SO3少C、用水吸收易形成酸雾，阻碍SO3再吸收D、用水吸收得不到纯净的硫酸8A、工业制硫酸的尾气中成分是（）A．SO2和SO3B．O2、SO2、N2C．O2、N2D．SO3、O29C.如右图所示表示平衡混合物中x的百分含量在不同的压强下,随温度变化的情况,在下列平衡体系中,x可以代表用下横线标明的物质(反应中各物质均为气态)的是[]A.N2＋3H22NH3＋QB.H2＋I22HI＋QC.2SO32SO2＋O2－QD.4NH3＋5O24NO＋6H2O＋Q10A.在相同条件下(T＝500k),有相同体积的甲和乙两容器,甲容器中充入1gSO2和1gO2,乙容器中充入2gSO2和2gO2.下列叙述错误的是[]O%x55×10P×105aPaT1A.化学反应速率:乙＞甲B.平衡后的O2浓度:乙＞甲C.SO2转化率转化率:乙＞甲D.平衡后SO2的体积分数:乙＞甲11C．绿色化学是人类和自然和谐的化学，是面向21世纪化学发展的方向和议题。绿色化学概念从一提出来，就明确了它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度的节约能源，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。下列化工生产中体现绿色化学内涵的是①减少“三废”排放量；②考虑催化剂和载体的重复使用；③回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂；④考虑有关原材料的再生利用；⑤拒绝使用无法替代、无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料。A①②③B①③④⑤C①②③⑤D①②③④⑤12C．“绿色化学”是指从技术、经济上设计可行的化学反应，尽可能减少对环境的负作用。下列化学反应，不符合绿色化学概念的是A消除硫酸厂尾气排放SO2＋NH3＋H2O==(NH4)2SO3B消除制硝酸工业尾气的氮氧化物污染NO2＋NO＋NaOH==2NaNO2＋H2OC制CuSO4Cu＋2H2SO4（浓）==CuSO4＋SO2↑＋2H2OD制CuSO42Cu＋O2==2CuOCuO＋H2SO4（稀）==CuSO4＋H2O20世纪90年代，国际上提出了“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各环节能都实现净化和无污染的反应途径。13A．下列各项属于“绿色化学”的是A处理废弃物Ｂ治理污染点Ｃ减少有毒物Ｄ杜绝污染源14B．在我国西部大开发中，某省为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是Ａ建在西部干旱区可以脱贫致富Ｂ应建在水资源丰富和交通方便的远离城市的郊区Ｃ企业有权自主选择厂址Ｄ不宜建在人口稠密的居民区15B．工厂的产值不一定都是“正”产值，它还产生“负”产值。例如，炼钢厂生产钢铁，当然会给GNP（国民生产总值）增加正产值，但同时由于排放废气、废水、废物，污染了环境，弄脏了河水，又产生了负产值。下列哪种生产不会带来很高的负产值？A接触法制硫酸B氨氧化法制