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1、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

2、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：SO 2 的制取和净化（造气） SO 2 氧化成 SO3 SO 3 的吸收反应原理：4FeS 211O 2 2Fe2O38SO 2 2SO2O 2 2SO3 SO3H 2OH 2SO4或 S O2 SO2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：SO 2、O 2、N 2、H 2O(g)、矿尘、砷、硒化合物 SO2、

3、O 2、N 2、H 2O(g)、砷、硒化合物 高温点燃除尘洗涤催化剂SO2、O 2、H 2O(g)SO2、O 2、N 2。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

4、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 H2SO4nSO3， （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

5、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+2NH3H2O=(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：2NH 4HSO3+H2SO4=2SO2+2H 2O+(NH4)2SO4，(NH4)2SO3+H2SO4=SO2+H 2O+(NH4)2SO4

6、。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 = Ca SO4 + 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，制造出清洁的产干燥品。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

7、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 2SO 2O 2 2SO3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：从反应本身看：可逆反应 2SO2O 2 2SO3 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

8、。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:2SO 2O 2 2SO3 该反应具有下列特征：正反应方向为放热反应， 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

9、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+11O2 2Fe2O3+8SO2 m480 克 320 克 160 克1 克X 1 克-0.76 克=0.24 克X=72%

10、克克克 克 4.068XFeS2 2H2SO4120 196Y72%(1-2%) 10 吨98% Y=8.5 吨答：需该矿石 8.5 吨。例 2SO 2 和 O2 按以下两种投料方式，SO 2 或 O2 的转化率是否相等？（容器容积 V、温度 T 一定）2SO2O 2 = 2SO3始 1 2mol 1mol 0 1始 2 4mol 2mol 0 2解析： 思维方法： 2V V VT 一定： 等效 压缩过渡态 平衡正移 1 2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)I 2(g） 2HI(g)B.2NO2 N2O4C.2NH3 3H2N

11、2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 2SO2O 2 2SO3 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: 高温SO2 2molO2 1mol SO2 2mol O2 1molSO2 4molO2 2mol tOCA20催化剂土地资源 市场需求ACt200500无 催 化 剂 有 催 化 剂 (1)保持 200,但反应在适当催化剂条件下进行时, SO 2 的浓度随时间变化的曲线.

12、(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.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、SO 3、O 2 B、SO 3=、O 2、SO 2、N 2 C、SO 3、N 2 D、SO 3、O 2、N 23B、把 1 克含脉石（SiO 2）的黄铁矿

13、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（ ）A33% B66% C78% D88%4B、1mol FeS2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

14、（ ）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、SO 3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（ ）ASO 2 和 SO3 BO 2、SO 2、N 2CO 2、N 2 DSO 3、O 29C.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.N23H 2 2NH3QB.H

15、2I 2 2HIQC.2SO3 2SO2O 2Q O%x510PaTD.4NH35O 2 4NO6H 2OQ10A.在相同条件下(T500k), 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 2 gSO2 和 2gO2.下列叙述错误的是 A.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

16、污染的反应途径。下列化工生产中体现绿色化学内涵的是 减少“三废”排放量； 考虑催化剂和载体的重复使用； 回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂； 考虑有关原材料的再生利用； 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。A B C D 12C“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 SO2NH 3H 2O=(NH4)2SO3B 消除制硝酸工业尾气的氮氧化物污染 NO2NO NaOH=2NaNO2H 2OC 制 CuSO4 Cu2H 2SO4（浓） =CuSO

17、4SO 22H 2OD 制 CuSO4 2CuO 2=2CuO CuOH 2SO4（稀） =CuSO4H 2O20 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 治理污染点 减少有毒物 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 建在西部干旱区可以脱贫致富 应建在水资源丰富和交通方便的远离城市的郊区 企业有权自主选择厂址 不宜建在人口稠密的居民区15B工厂的产值不一定都

18、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 氨氧化法制硝酸C 采用大棚培养反季蔬菜D 五金电镀车间生产电镀零件二、填空16“保护环境，就是保护人类自己”。目前，在我国城市环境中主要的大气污染物是_17、某工厂用接触法制硫酸的过程中，已知进入接触室的气体体积组成是：SO 2 占8%、N 2 占 81%、O 2 占 11%，反应后总体积变为原来的 96.5%，叫 SO2 转化为 SO3 的百分率为_。18.现有 1

19、升含 SO3为 30%的发烟硫酸（密度为 1.95g/cm3） ，要把它稀释成浓度为 95%的浓硫酸，需加水_毫升。19.A、B、C 三种气体都是大气污染物，严格禁止排放，工业上常用碱液吸收。已知 A 的水溶液是一种无氧酸，A 在空气中充分燃烧得到 B；B 是酸雨成因之一；C 是一种单质，其水溶液具有漂白作用。由此可知：A 是_，B 是_，C 是_。、20.为了除去工业废气中的 SO2，可将 SO2 转化成(NH 4)2SO4.据有关资料介绍摘录如下:“初步处理后的废气中含 0.2% SO2(体积分数),10% O2(体积分数);在 400时,以 5m3/h 的速度通过 V2O5 触媒层，然后

20、与流量为 25L/h 的 NH3 混合，再喷入流量为 290g/h 的水，此时气体温度迅速从 400下降至 200，在热的结晶装置中得到(NH 4)2SO4 晶体.”据此资料回答下列问题：(1)按反应式 2SO2O 2 2SO3，SO 2 与 O2 的物质的量之比为 2 ：1，资料中为什么用 1 ：50？(2)为什么要进行冷却？(3)某工厂废气中含 0.4%的 SO2 和 0.5%的 O2,你认为应该怎样利用上述资料?(4)如果某工厂没有 NH3，只有生石灰，你认为又应该怎样利用上述资料？(5)若将 SO2 全部转化为 SO3，SO 3 全部转化成(NH 4)2SO4,则资料中 NH3 的每小

21、时通入 量至少应多少升？由此计算 NH3 的利用率三计算题21工业用接触法制取硫酸，今有含杂质 10%的硫铁矿 500t，燃烧时损失 5%的硫，SO 2转化为 SO3时又损失 15%的 SO2，SO 3被水吸收时又损失 SO30.5%，求这些硫铁矿能制得 98%的硫酸多少吨？参考答案：一、选择： 1.D 2.B 3.B 4.A 5.C 6. B 7. C 8. B 9. D 10. D 11.D 12.C 13.D 14B、D 15. C二、填空 16.二氧化硫，二氧化氮、一氧化碳、烟尘（或写成硫的氧化物，氮的氧化物，烟尘）17.87.5%18. 241.219. H2S；SO 2；Cl 220 (1)增大 O2 的浓度，提高 SO2 的转化率.(2)降温有利于生成(NH 4)2SO4,高温时(NH 4)2SO4 会分解(3)O2 的量不足 ,向废气中增大空气的量 .(4)用生石灰代替 NH3.(5)20L.利用率 80%三.计算21.602.6t