1、课堂互动三点剖析一、硫酸工业的反应原理及生产过程1.造气=SO 2 的生成S(s)+O2(g) SO2(g)(放热反应)点 燃或 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2高 温2.催化氧化=SO 2 转化为 SO32SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(放热反应)3.吸收=SO 3 转化为 H2SO4SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l)(放热反应)【例 1】 在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因都正确的是( )A.硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧B.从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中的 SO2 会与杂质反应C.SO2 氧化为 SO3 时需使用催
2、化剂，这样可以提高 SO2 的转化率D.SO3 用 98.3%的浓 H2SO4 吸收，目的是防止形成酸雾，以便使 SO3 吸收完全解析：将硫铁矿粉碎使燃烧速率更快、反应更充分；净化 SO2 的主要目的是防止催化剂中毒；催化剂只能提高反应速率，不能提高 SO2 的转化率。答案：D二、接触法制硫酸涉及原理1.化学平衡原理的应用：SO 2 的催化氧化中，为了加快反应速率，加热并使用催化剂，但温度过高时不利于平衡向生成 SO3 的方向移动；增加 O2 的用量，可以提高价格较高的SO2 的转化率；不采取高压是因为高压需要消耗动力，对设备技术要求也较高，况且在常压条件下 SO2 的转化率已经较高。2.逆向
3、吸收或传热原理的应用：热交换器中冷气体与热气体逆向流动，有利于提高热交换效率；吸收 SO3 时，浓硫酸与 SO3 逆向运行，有利于吸收完全。【例 2】 在硫酸工业中，通过下列反应使 SO2 氧化成 SO3：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)；H=-213.8kJmol -1(1)在生产中，常用过量空气是为了_ 。(2)加热到 400500 可以_。(3)常用浓硫酸而不用水吸收 SO3，是由于_ 。(4)尾气中有 SO2 必须回收是为了 _。解析：SO 2 转化为 SO3 为可逆反应，要从化学反应速率和化学平衡的角度来分析回答。答案：(1)增大 O2 的浓度，使成本较高的 SO2 充分利
4、用(2)提高反应速率，缩短反应达到平衡所需时间，同时此温度下催化剂活性最好。(3)用水吸收会形成酸雾，吸收速度慢(4)减少对环境的污染三、硫酸工业中的有关计算1.掌握多步反应的化学计算技能，确定关系式的依据是硫元素守恒。另外，耗损和利用率、产率和纯度的关系要处理正确。2.通过由 FeS22SO 22SO 32H 2SO4，掌握多步反应的化学计算技能。3.不纯物的计算：根据化学方程式的计算，只能以纯物质的质量代入，进行计算。纯度= 100%=1- 100%不 纯 物 质 量纯 净 物 质 量 不 纯 物 质 量杂 质 质 量产率= 100%理 论 产 量实 际 产 量原料利用率= 100%实 际
5、 投 入 量理 论 耗 用 量转化率= 100%反 应 物 总 量已 反 应 的 反 应 物 的 量【例 3】 接触法生产硫酸时，含 FeS2 80%的黄铁矿在沸腾炉中燃烧时有 3%的硫受到损失，得到的 SO2 在接触室氧化为 SO3 时的转化率为 95%，求生产 1 t 96%的硫酸，需黄铁矿石的质量是多少？解析：若设生产 1 t 硫酸需黄铁矿的质量为 x，则其中含 FeS2 为 x80%；制气中硫损失 3%，相当于 97%有效，即参加反应的 FeS2 为 x80%97%；SO 2 氧化为 SO3 转化率为 95%，相当于 FeS2 利用了 95%，即 x80%97%95%的矿石转化为 SO
6、3。生产 1 t 96%的硫酸溶液，就是生产了 1 t96%的纯 H2SO4。按以上的数量关系，即可列式计算。解：接触法制硫酸的反应为4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2高 温SO3+H2O=H2SO4设生产 1 t 96%的硫酸需黄铁矿的质量为 x，据硫元素守恒得FeS2 2H 2SO4120 196x80%97%95% 1 t96%96597%80t解得 x=0.8 t答案：0.8 t四、关于硫酸工业综合经济效益的讨论1.环境保护与原料的综合利用。化工生产必须保护环境，严格治理“三废”，并尽可能把“三废”变为有用的副产品，实现原料的综合利用。硫酸厂的“三废”处理方法是：(1)尾气吸
7、收(氨吸收法 )SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2SO4= (NH4)2SO4+SO2+H2O(2)废水处理(石灰乳中和法 )Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O(3)废渣利用，制砖或制造水泥。2.能量的充分利用。化工生产中应充分利用反应热，这对于降低成本具有重要意义。3.厂址选择和生产规模。化工厂厂址的选择，涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等因素，应对这些因素综合考虑，作出合理的选择。由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此硫酸厂应建在靠近硫酸消费中心的地区，应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区，工厂规模大小
8、，主要由硫酸用量的多少来决定。【例 4】 有 A、B、C 、D 四个中等城市，它们水源、能源充足，交通便利。它们相对地理位置如下图所示。各城市各有其特点：A 城是风光秀丽、人口稠密、土地供应紧张的旅游城市，环保要求高，近郊有丰富的 FeS2 资源。B 城是一个新兴的工业城市，已建有大型磷肥厂，土地供应充足。C 城近郊有丰富的磷灰石资源，工业发达，但使用 H2SO4 的工业不多，土地供应充足。D 城是一个古老的城市，它的周围是重要的农业区，是大量肥料的集散地。现拟建年产 1105 t 的黄铁矿制硫酸的工厂，厂址应选在( )A.A 城近郊 B.B 城近郊C.C 城近郊 D.D 城近郊解析：硫酸厂应
9、建在靠近硫酸消费中心的地区，避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区。答案：B各个击破类题演练 1接触法制硫酸时，由沸腾炉导出的炉气必须经除尘、洗涤、干燥、净化，理由是( )A.防止砷、硒等元素的化合物和矿尘使催化剂中毒B.为了提高原料的利用率C.提高成品硫酸的质量和纯度D.避免水蒸气对设备和生产有不良影响解析：炉气中含有 SO2、O 2、N 2、H 2O 以及一些其他杂质。砷、硒等的化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响。因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。答案：AD变式提升 1接触法制硫酸时，进入接触室的气体合理的是( )A.体积组成：SO 2 7%、O 2
10、 11%，其余为 N2、CO 2 等B.质量组成：SO 2 30%、O 2 7%，其余为 N2、CO 2 等C.体积组成：SO 2 14%、O 2 7%，其余为 N2、CO 2 等D.体积组成：SO 2 14%、O 2 5%，其余为 N2、CO 2 等解析：由 2SO2+O2 2SO3，理论上 w（O 2）= w（SO 2），实际采用 O2 过量1以提高 SO2 的转化率。答案：A类题演练 2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。按此密闭体系中气体的流向，则在 A 处流出的气体为 ( )A.SO2 B.SO3，O 2C.SO2， O2 D.
11、SO 2，SO 3解析：原料 SO2、O 2 从装置左侧中间进入热交换器，吸收热能后由 A 处流出再进入接触室发生反应，并放出大量的热，把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气，然后由下端流入下一个装置。答案：C变式提升 2在接触法生产硫酸中，对于 SO2 的接触氧化反应有下面 4 个图，其中正确的是 ( )解析：SO 2 氧化成 SO3 的反应是放热反应，升温则平衡左移，SO 3 的含量降低；升温反应速率加快，到达平衡所需的时间缩短。答案：A类题演练 3利用黄铁矿(含 FeS284%)生产硫酸，黄铁矿的利用率为 96%，SO 2 的转化率为95%，SO 3 的吸收率为 98.5%，求 1 t
12、 黄铁矿可生产 98%的浓硫酸多少吨。解析：SO 2 的转化率、SO 3 的吸收率（即利用率）均可累积到 FeS2 上，设可生产浓硫酸的质量为 x，则有：FeS2 2H 2SO4120 1961 t84%96%95%98.5%x98%98x165.9%684t120x=1.26 t答案：1.26 t变式提升 3硫酸生产过程中，硫的损失率等于 FeS2 的损失率，试推导之。答案：今有 FeS2 W t，在煅烧过程中损失 a%的硫，则损失的硫的质量为 W t a%，将损失的硫换算成相当于损失的 FeS2 的质量 x。120642S FeS 264 120W t a%xx=W ta%即：损失的 Fe
13、S2 的质量=FeS 2 的质量硫的损失率，所以硫的损失率也就等于 FeS2 的损失率。类题演练 4接触法生产 H2SO4 过程中，对废气、废水、废渣、“ 废热 ”的处理正确的是( )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A.只有 B.只有C.只有 D.全部答案：D变式提升 4我国东部季风区某新建城市分布图如下图所示，城市的四周都有广阔地带，现要在该城市附近建一座比较大型的火力发电厂。（1）请在图中 A、B、C、D、E、F 处选一最佳建厂处，说明理由。（2）请你预测此工厂将有哪些方面对环境造成污染。（3）请你用物理、化学、生物等方面的知识设
14、计一个保护环境、控制污染的方案。解析：（1）应选在 D 处建厂。原因： 在季风区工厂应建在位于垂直于盛行风向的郊外，可尽量减少粉尘、有毒气体对居民区的污染；在河的下游，水源充足；紧靠铁路和公路，交通便利。（2）有废气、废渣和废水。（3）利用该厂的废渣可在附近建一个矿渣水泥厂或砖厂，变废为宝；根据产生废水的情况，在建厂的同时，建一个利用化学分解和生物降解的废水处理设备；根据该厂将产生粉尘和有毒气体较严重的情况，在厂区里多栽一些如美人蕉、月季、丁香、菊花等能吸收有毒气体的植物，搞好厂区绿化保护。答案：（1）D 处。减少粉尘、有害气体对居民区的污染；水源充足；交通便利。（2）有废气、废渣、废水。（3）在该厂附近建一个水泥厂或砖厂，变废为宝；在建厂的同时，建一个利用化学分解和生物降解的废水处理设备；在厂区多栽一些能吸收有毒气体的植物，搞好厂区绿化保护。
