硫酸工业制备和环境保护.doc

1、硫酸工业制备和环境保护.txt 不怕偷儿带工具，就怕偷儿懂科技！ 1 品味生活，完善人性。存在就是机会，思考才能提高。人需要不断打碎自己，更应该重新组装自己。 本文由网络水泥贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。要点疑点 考点 要点 疑点考点 疑点课前热身1工业上用接触法制硫酸时，从沸腾炉内 工业上用接触法制硫酸时， 导出的炉气，要经过净化的理由是（ ） 导出的炉气，要经过净化的理由是（B） A为了减少对大气的污染 B防止催化剂中毒 C 炉气还含有一些其他有用成分 ， 以便 炉气还含有一些其他有用成分， 综合利用 D为了制得更纯的 2S

2、O4 为了制得更纯的 H2 对于接触法制硫酸的生产操作与说明生产操 作的主要理由两者都正确的是 (BD) A硫铁矿燃烧前需要粉碎 ， 因为大块的硫铁矿 硫铁矿燃烧前需要粉碎， 不能燃烧 B三氧化硫的吸收采取逆流的形式 ， 目的是增 三氧化硫的吸收采取逆流的形式， 大其与吸收剂的接触面积 C二氧化硫氧化成三氧化硫时需使用催化剂 ， 二氧化硫氧化成三氧化硫时需使用催化剂， 这样可以提高二氧化硫的转化率 D三氧化硫用 98.3%的浓硫酸吸收，目的是防 三氧化硫用 的浓硫酸吸收， 的浓硫酸吸收 止形成酸雾， 止形成酸雾，以便使其吸收完全能力思维 方法 能力 思维方法 思维年上海市高考题） 【 例 1】

3、 （ 1999 年上海市高考题 ） 在硫酸的工业 】 年上海市高考题 生产中， 为了有利于 SO 的转化， 生产中 ， 为了有利于 2 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（ 用热能，采用了中间有热交换器的接触室（见 下图） 。 按此密闭体系中气体的流向，则在 A 下图） 按此密闭体系中气体的流向 ， 则在 处流出的气体为（ 处流出的气体为（ ） ASO2 BSO3 O2 CSO2 O2 DSO2 SO3 解析】 【解析】 本题是联系实际生产的题目， 本题是联系实际生产的题目，结合硫酸工业 生产， 生产，考核学生对工业生产中的热交换原理的 理解。 理解。 答案】 【答案

4、】C 解题回顾】 【解题回顾】对教材中工业生产中典型设备的结年上海市高考题） 【 例 2】 （ 1996 年上海市高考题 ） 为防治酸雨 ， 】 年上海市高考题 为防治酸雨， 降低煤燃烧时向大气排放的 SO 降低煤燃烧时向大气排放的 2 ， 工业上将生 石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时， 石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时，有 固硫” 不使含硫化合物进入大气） 关“固硫” （不使含硫化合物进入大气）反应 的化学方程式。 的化学方程式。 【解析】 解析】 煤中含硫， 硫燃烧时生成的酸性氧化物 SO 煤中含硫 ， 硫燃烧时生成的酸性氧化物 2 与碱性氧化物 CaO 作用生成含氧酸盐 作用生成

5、含氧酸盐 CaSO3， 与碱性氧化物 作用生成含氧酸盐 易被空气中的 O 氧化成CaSO4。 CaSO3 易被空气中的 2 氧化成 【答案】 答案】 CaO+SO2=CaSO3，2CaSO3+O2=2CaSO4【解题回顾】 解题回顾】 上述方法称为“ 钙基固硫法” 上述方法称为 “ 钙基固硫法 ” 。 这种方法实 际上是把生石灰或石灰石的粉粒掺入煤中， 际上是把生石灰或石灰石的粉粒掺入煤中 ， 再 进行燃烧。 利用石灰石分解生成的 CaO 也能吸 进行燃烧 。 利用石灰石分解生成的 也能吸 但因石灰石分解是吸热反应， 收 SO2 ， 但因石灰石分解是吸热反应 ， 所以用 CaCO3 固硫比用

6、固硫比用 CaO 固硫多消耗部分热量。 固硫多消耗部分热量。 固硫多消耗部分热量 2CaSO3+O2=2CaSO4 这个反应易漏写 ， 在有 这个反应易漏写， 空 气 存 在 和 高 温 条 件 下 ， CaSO3 易 被 氧 化 为 这可以得出一条规律： 温度高时， CaSO4 ， 这可以得出一条规律 ： 温度高时 ， 热 稳定性不够好的物质将向热稳定性好的物质转 如本题涉及 CaCO3CaSO3CaSO4 的转 化 ， 如本题涉及 以防漏写其中一个方程式。 化。以防漏写其中一个方程式。年高考试测题） 【 例 3】 （ 2001 年高考试测题 ） 某化工厂每小 】 年高考试测题 时生产 at

7、（ 时生产 （ 吨 ） 98%（ 质量分数 ） 硫酸 。 为 （ 质量分数） 硫酸。 使硫充分燃烧， 使硫充分燃烧 ， 且在下一步催化氧化时不再 补充空气， 补充空气 ， 要求燃烧后的混合气体中含氧气 的体积分数为 b%。 若空气中氧气的体积分 的体积分数为 。 数为 21%，且不考虑各生产阶段的物料损失 ， 数为 ， 且不考虑各生产阶段的物料损失， 则 （1）该厂每小时消耗标准状况下空气的体积 ） m3。 为 （2）为满足题设要求，b%的下限等于 ）为满足题设要求， 的下限等于 。【解析】 解析】 （1）每小时生产的纯硫酸为 (a 98% 98g/mol=a g/mol=a mol。 (a1

8、06g98%)98g/mol=a104mol 。 生产过程中生 成的 SO 也都是 a mol。 成的 SO2 和 SO3 也都是 a104mol 。 设每小时消耗空气的 体积为 V 则由 S+O 消耗 O 的体积等于生成的 SO 体积为 V，则由 S+O2=SO2 消耗 O2 的体积等于生成的 SO2 体 积 ， 即燃烧前空气的体积等于燃烧后混合气体的体积， 即燃烧前空气的体积等于燃烧后混合气体的体积， 据此可得以下关系： 据此可得以下关系： 空气中 O 的体积=反应中消耗的 O 的体积+ 空气中O2 的体积=反应中消耗的 O2 的体积+燃烧后混合 21%=a mol22. 气 体 中 O2

9、 的 体 积 ， 即 V21%=a104mol22.4L/ mol /L+V V=22400a/(21 b)。 22400a/(21mol10-3 m3/L+Vb%，V=22400a/(21-b)。 （2） “b 的下限” ，其含义是指燃烧后剩余的 O2 在第 的下限” 其含义是指燃烧后剩余的 O 二步催化氧化时恰好完全反应， 也就是说， 二步催化氧化时恰好完全反应 ， 也就是说 ， 燃烧前空 气中的氧（ 空气体积的 21 21% 恰好满足两步反应。 气中的氧 （ 空气体积的 21% ） 恰好满足两步反应 。 因 两步反应耗 O 之比为 2 S+O2=SO2 和 O2+2SO2=2SO3 两步

10、反应耗 O2 之比为 21 ， 故 燃烧后（ 第一步反应后） 混合气体中 O 燃烧后 （ 第一步反应后 ） 混合气体中 O2 的体积分数的 下限是 b%=(1/3)21%=7%。 下限是 b =(1 21%【答案】 （1）22400a/(21-b)；（2）7% 【解题回顾】 根据 S+O2=SO2 反应前后气体体积不变， 求出燃烧后 O2 的体积。的发烟硫酸（ 【例 4】 现有 L 含 SO3 为 30%的发烟硫酸（密 】 现有 1 含 的发烟硫酸 度 为 1.95g/cm3 ） ， 要 把 它 稀 释 成 浓 度 为 95%的浓硫酸，要加水约为 ( ) 的浓硫酸， 的浓硫酸 A120 mL

11、B180 mL C240 mL D300 mL 【解析】 解析】 该题是对思维能力的考查。 该题是对思维能力的考查。 1 L 含 SO3为 30%的发 含 的发 烟硫酸中含 SO 烟硫酸中含 3 为 1000cm31.95g/cm330%=585g， ， 与 SO3 反应所需水量为 585g/80g/mol18g/mol=131.625g， ， 则 H2SO4 为 1000cm31.95g/cm3+131.625g=2081.625g ， 95% H2SO4 溶液中溶剂为 溶液中溶剂为2081.625 g/955=110 g 所以， 所以，总共需加水为 131.625 g+110 g=241.

12、625 g，故选 。 ，故选 C。【答案】C 答案】 【解题回顾】 解题回顾】 本题可用 S 原子守恒巧解， 本题可用 原子守恒巧解，原溶液的质 原子守恒巧解 量为 1950 g，设最终溶液质量为 量为 ，设最终溶液质量为 x 195030%/80+195070%/98=95%x/98 x=2194 则需加水的质量为2191-1950=241 则需加水的质量为延伸拓展 延伸 拓展【例 5】红旗化工设计院承担某硫酸厂的设计任务，该厂要求： 】红旗化工设计院承担某硫酸厂的设计任务，该厂要求： 第一：为了控制污染和提高生产效率，不再使用黄铁矿， 第一：为了控制污染和提高生产效率，不再使用黄铁矿，改用

13、固体 硫为原料。 硫为原料。 第二：改二次送风（鼓入空气）为一次送风， 第二：改二次送风（鼓入空气）为一次送风，即送风后使硫充分燃 并在下一步催化氧化时不再补充空气。 烧，并在下一步催化氧化时不再补充空气。 第三：每天生产 98% H2SO4 50 t。 第三：每天生产 。 第四：送风机每天输送空气的体积为 5000m3/台（标况） 。 第四：送风机每天输送空气的体积为 台 标况） 的固体硫多少吨？ 求：（1）每天消耗含硫 ）每天消耗含硫 95%的固体硫多少吨？ 的固体硫多少吨 （2）理论上应安装多少台送风机？ ）理论上应安装多少台送风机？ （ 3）固体硫充分燃烧后的混合气体中氧气的体积分数

14、） 固体硫充分燃烧后的混合气体中氧气的体积分数 (O2)的下限 的下限 为多少？ 为多少？ ） ，为什 （4）实际安装送风机的台数应略多于理论数（不考虑损坏） ，为什 ）实际安装送风机的台数应略多于理论数（不考虑损坏） ， 能否过分增加送风机的台数，为什么？（ ？（转化过程不考虑损 么？能否过分增加送风机的台数，为什么？（转化过程不考虑损 固体硫中杂质与空气不反应；空气中氧气的体积分数为 21%） 耗；固体硫中杂质与空气不反应；空气中氧气的体积分数为 ）【解析】 解析】 （ 1） 设每天消耗固体硫的质量为 ， 根据反应前 ） 设每天消耗固体硫的质量为 x， 后硫元素守恒， 后硫元素守恒，得：

15、x95%=(5.0107g98%/98g/ mol)32g/ mol x=1.68107g=16.8 t （ 2 ） 每 天 生 产 的 纯 H2SO4 的 物 质 的 量 为 5.010798%g/98g/ mol=5.0105 mol，因而生产 ， 过程中生成的 SO 都是 5.0 过程中生成的 2 和 SO3 都是 105 mol。 由于 。 SSO2 ， SO2SO3 中所需氧元素均由空气提供 ， 中所需氧元素均由空气提供， 根据氧元素守恒，每天至少消耗空气的体积为： 根据氧元素守恒，每天至少消耗空气的体积为： V( 空 气 )=3/25.0105mol22.4mol/L10 3m3/

16、L21%=80000m3 故 理 论 上 安 装 送 风 机 的 台 数 =80000m3/5000 m3=16 台 台的下限” （ 3） 本小题中 “ (O2)的下限 ” ， 其含义是指燃烧 ） 本小题中“ 的下限 后剩余的 O 在第二步催化氧化时恰好完全反应， 后剩余的 2 在第二步催化氧化时恰好完全反应，即燃 烧前空气中的氧恰好满足 S+O2=SO2 及 2SO2+O2=2SO3 烧前空气中的氧恰好满足 两步反应。因上述两步反应的耗 O 量之比为 2 ， 两步反应。因上述两步反应的耗 2 量之比为 1，所 以燃烧后（第一步反应后）混合气体中 O 以燃烧后（第一步反应后）混合气体中 2 的

17、体积下限 V=V(空气 21%1/3= V(空气 7%。 空气) 空气) 。 空气 空气 是气体体积不变的反应， （ 4） 由于 ） 由于 S+O2=SO2 是气体体积不变的反应 ， 故燃 烧后混合气体的体积与通入的空气体积 V(空气 相等， 空气)相等 烧后混合气体的体积与通入的空气体积 空气 相等， 适当增加送风量（即增加 O 的量） 适当增加送风量（即增加 2 的量）可促使平衡正向移 提高 SO 的转化率。 但若过多增大送风量， 动 ， 提高 2 的转化率 。 但若过多增大送风量 ， 不仅 增加动力消耗，还会降低反应所需的温度，其结果加 增加动力消耗， 还会降低反应所需的温度， 大了生产成本。综上所述， 大了生产成本。 综上所述，安装送风机的台数应略大 于理论数，但不能过多。于理论数，但不能过多。 【答案】见解析 答案】1