1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,一、依据化学反应原理确定生产过程1.化工生产与化学反应的关系化工生产是以化学反应原理为依据,以实验室研究为基础的。任何生产的完成都要符合化学反应规律。2.确定化工生产反应原理与过程的一般方法对于某一具体的化工产品,研究生产过程要从产品的化学组成和性质考虑,来确定原料和生产路线。3.关于工业制硫酸的反应原理及过程需考虑的因素(1)原料:分析产品的化学组成,据此确定生产产品的主要原料。从H2SO4的组成看,原料应该是自然界存在的含硫物质,如硫黄、黄铁矿(主要成分是FeS2)等。,目标导航,预习导引,一,二,三,(2)生产步骤:分析产品与生产原料之
2、间关键元素的性质,确定主要生产步骤。H2SO4中硫的化合价是+6价,因为不能从S或FeS2直接得到H2SO4,因此需要经过中间步骤,先得到SO3,再通过SO3与H2O反应得到H2SO4。分析生产原料的性质,确定反应原理。S或FeS2与O2反应生成SO2,可以使SO2与O2进一步反应生成SO3。(3)工业上制硫酸的基本生产原理:工业制硫酸主要分造气、催化氧化、吸收三个阶段。造气:以S为原料制备SO2。化学方程式:S(s)+O2(g) SO2(g)(属放热反应)。催化氧化:利用催化氧化反应将SO2氧化成SO3。化学方程式:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(属放热反应)。,目标导航,预习导
3、引,一,二,三,SO3的吸收:三氧化硫转化成硫酸。化学方程式:SO3(g)+H2O(l) H2SO4(l)(属放热反应)。(4)工业制硫酸的主要生产流程:,目标导航,预习导引,一,二,三,工业制硫酸时,为什么用98%的硫酸吸收SO3而不用水?提示：由于用水直接吸收SO3易形成酸雾,导致SO3吸收不充分,故用98%的硫酸吸收SO3而不用水。硫酸生产过程中,1 mol SO2一定能生成1 mol SO3吗?提示：不能。因为SO2催化氧化为SO3的反应是可逆反应,不能完全进行到底。,目标导航,一,二,预习导引,三,二、生产中原料的选择工业生产某种化工产品选择原料时,要从多方面去考虑,如化学反应原理、
4、厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、储存、运输、预处理成本及环境保护等。从基建投资、加工费用及环保方面考虑,用硫黄制硫酸优于用黄铁矿制硫酸,为什么我国还主要以黄铁矿为原料制备硫酸?提示：我国硫黄资源缺乏,而且开采条件比较复杂,原料多需进口,用硫黄制硫酸成本较高。我国黄铁矿储量比硫黄要大,因此我国主要以黄铁矿为原料生产硫酸。,目标导航,一,二,预习导引,三,三、生产中反应条件的控制1.生产中反应条件的选择在化工生产中要通过反应条件的控制使化学反应速率和反应物的转化率都比较理想,还要同时考虑控制某些反应条件的成本和实际可能性。2.硫酸工业生产中条件的选择(1)从化学平衡角度考虑,温度较低时,
5、有利于SO2转化为SO3,通常选择400500 作为操作的温度,因为在这个温度范围内,反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想。(2)增大气体压强,SO2的转化率提高得并不多,通常采用常压操作。(3)催化剂:催化剂对化学平衡没有影响,但能改变达到平衡所需的时间,即增大化学反应速率,常选择V2O5作催化剂。,目标导航,一,二,预习导引,三,对于反应:2SO2+O2 2SO3为什么降低温度和增大压强有利于提高转化率?提示：由于该反应是一个放热反应,又是一个气体体积减小的反应,因此降低温度和增大压强都会使平衡向右移动,SO2的转化率增大。,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,一、工业制硫酸的
6、过程硫酸工业生产的四个“三”,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.从综合效益出发,我国生产硫酸首先需要考虑哪些方面的问题?答案：(1)从基建投资、加工费用及环保方面考虑,用硫黄制硫酸优于用黄铁矿制硫酸。(2)我国天然硫黄资源缺乏,而且开采条件比较复杂。(3)我国黄铁矿储量比天然硫黄要大。(4)硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短,设备简单,三废治理量小,劳动生产率高,易于设备大型化。(5)由于原料多需进口,硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸略高。2.在煅烧黄铁矿时,为什么将黄铁矿粉碎?为什么要鼓入过量的空气?答案：将黄铁矿粉碎的目的是增大接触面积,增大反应速率。鼓入廉价的空气是为了提高
7、另一种反应物FeS2的转化率。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,3.在催化反应室中,SO2、O2的混合气体与SO3的气体流动方向相反,原理是什么?答案：两种气体流动方向相反是为了使热量交换充分,使SO2、O2混合气体的预热效果和SO3气体的冷却效果更好。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,【例1】 下列有关工业制硫酸的叙述不正确的是()(导学号52690001)A.硫黄和黄铁矿均可作为生产原料B.将矿石粉碎,是为了提高反应速率C.反应中通入过量的空气是为了提高FeS2和SO2的转化率D.从吸收塔出来的硫酸经浓缩后可以变成发烟硫酸,一,二,知识精要,思考探究,典题例
8、解,迁移应用,解析：A项,理论上,可转化成SO2的任何含硫物质均可作为硫酸的生产原料(如S、FeS、FeS2、H2S等),但在实际生产中,应选取那些储量大、矿石品质高、资源丰富、便于开采和加工的矿物作为生产原料,综合分析,A项正确。生产中对矿石进行粉碎,可增大原料之间的接触面积,从而增大反应速率,B项正确。C项,从硫酸生产的三个反应看 ,有两个反应要消耗氧气,故生产中可采用通入过量空气的方法来提高FeS2和SO2的转化率,C项正确。D项,在吸收塔中,是用98%的硫酸吸收SO3的,得到的是发烟硫酸,用水或稀硫酸稀释,可制得各种浓度的硫酸,D项错误。答案：D,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,
9、迁移应用,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,下列关于实验室制取硫酸的说法中,错误的是()(导学号52690002)A.可以将大块的硫黄直接燃烧制备SO2B.二氧化硫与氧气在催化剂的表面上接触时发生反应C.实验过程中所得尾气用水直接吸收后,滴入BaCl2溶液可检验H2SO4的生成D.本实验在通风橱中进行解析：固体反应物颗粒越大,燃烧越不充分,故A错误;B正确;实验过程中所得尾气含有SO3和SO2,同时被水吸收后,溶液中存在 、H2SO3,滴入BaCl2溶液后,只能生成BaSO4沉淀,故可检验有H2SO4生成,C正确;本实验的尾气中含有二氧化硫气体,而二氧化硫有毒,所以实验应该在通风
10、橱中进行,故D正确。答案：A,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,二、SO2催化氧化适宜条件的选择1.SO2催化氧化生成SO3的反应是一个气体总体积减小的可逆反应,根据化学平衡移动原理判断,加压对提高SO2的转化率有利。但是,在常压、400500 时,SO2的转化率已经很高,加压对设备的要求高,会增大投资和能量消耗,故在实际生产中,并不增大压强,而是采用常压。2.燃烧生成的混合气体必须预先净化,防止催化剂中毒及水蒸气对生产和设备造成不良影响。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,由2SO2+O2 2SO3H0,结合化学平衡移动原理和化学反应速率理论,探究:1.实际生产中
11、为什么采用400500 的温度?答案：根据平衡移动原理,要提高SO3的产率,该反应应在低温下进行,但低温条件下反应速率小,催化剂活性不高,所以实际生产中采用400500 的温度。2.用化学平衡理论分析工业生产硫酸可以不使用催化剂,实际上使用催化剂,原因是什么?答案：使用催化剂虽然不能提高SO2的转化率,但可以增大反应速率,提高经济效益,故使用催化剂。3.工业生产中鼓入过量空气的目的是什么?答案：增大O2浓度,使平衡正向移动,可提高SO2的转化率。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,【例2】 工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转
12、化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为:SO27%、O211%、N282%):,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,(1)已知SO2的催化氧化是放热反应,如何利用表中数据推断此结论?。(2)在400500 时,SO2的催化氧化采用常压而不是高压,主要原因是。(3)选择适宜的催化剂,是否可以提高SO2的转化率?(填“是”或“否”),是否可以增大该反应所放出的热量?(填“是”或“否”)。(4)为提高SO3吸收率,实际生产中用吸收SO3。 (导学号52690003),一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,解析：(1)根据表格中的数据可以看出,在相同压强下(如在0.1 MPa
13、下)升高温度(如由400 升高到500 )时,SO2的转化率降低(由99.2%降低为93.5%),即升高温度使化学平衡向逆反应方向移动,而升高温度化学平衡应该向吸热反应方向移动,所以此反应的正反应为放热反应。(2)根据表格中的数据可以得知:在0.1 MPa时SO2的转化率已经很高,如在400 时已达99.2%,若增大压强到10 MPa,压强增大到原来的100倍,但是SO2的转化率增大为99.9%,只增大了0.7%,变化不大。而压强增大到100倍,对设备的材料、动力、能源等要相应的提高,即要增大成本投入。(3)使用催化剂只能改变化学反应的速率,改变反应到达平衡的时间,不能使化学平衡发生移动,即对
14、SO2的转化率不产生影响;而在一定条件下,化学反应放出的热量与参加反应的反应物的量成正比,因SO2的转化率不变,所以反应放出的热量也不会增大。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,(4)在生产实际中是采用98%的硫酸作吸收剂来吸收SO3的。因为用水进行吸收会形成酸雾,影响SO3的吸收速率和效率。答案：(1)压强一定时,温度升高,SO2的转化率下降,说明升温有利于平衡向逆反应方向移动,所以正反应为放热反应(2)增大压强,SO2的转化率无显著提高,反而会增加成本(3)否否(4)98%的硫酸,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.下列说法中正确的是()A.在设计化工生产的化
15、学反应条件时,只要将化学反应的特点和化学反应理论相结合进行全面分析就没问题了B.在设计化工生产的化学反应条件时,若化学反应的速率很大,就不需要考虑催化剂的问题C.现代工业中将二氧化硫氧化为三氧化硫的适宜条件是高温、高压和催化剂D.在2SO2+O2 2SO3中,对“450 ”的选择,来自对反应物性质和催化剂性质的综合考虑解析：在设计化工生产的化学反应条件时,若化学反应速率过大而对生产不利时,就要考虑使用负催化剂减小反应速率。答案：D,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.工业制硫酸工艺流程如下图所示。,请回答下列问题:(1)我国黄铁矿资源比较丰富,但很多工厂仍以硫黄为原料生产硫酸,
16、理由是。(2)在催化反应室,下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有。A.升高温度B.减小压强C.不断补充空气D.及时分离出SO3,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,(3)在生产中为提高催化剂催化效率采取了哪些措施?。(至少答出两点措施)(4)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-196 kJmol-1。在450 、常压和钒催化条件下向一密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,充分反应后,放出的热量(填“”或“=”)196 kJ,理由是。 (导学号52690004),一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,解析：二氧化硫转化为三氧化硫的反应为正反应气体体积减小的放热反应,所以低温高压有利于提高二氧化硫的转化率。答案：(1)以黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多,处理成本高(2)CD(3)净化气体;控制温度在400500 ;增大催化剂与反应气体的接触面积(4)在常压和298 K条件下,2 mol SO2和1 mol O2完全反应生成2 mol SO3,放出196 kJ热量。由于该反应为可逆反应,不可能进行完全,又因为反应温度为450 ,所以放出的热量小于196 kJ,
