高中化学 2.3 硫酸工业学案2 苏教版选修2.doc

硫酸工业学习目标：1掌握接触法制硫酸的化学反应原理，并了解生产过程和几个典型设备，以及生产中的一些重要操作。2理解接触氧化反应条件的选择原理，加深对化学反应速率和化学平衡知识的理解。3通过有关硫酸工业的计算，进一步巩固多步反应的化学原理。情感目标：通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。学习重点难点：接触法制硫酸的化学原理；so2接触氧化的适宜条件的选择。学习过程： 自学探究1讨论：考虑原料和成本等因素，你认为工业合成硫酸的途径如何？2请写出由s生成h2so4的化学反应方程式。3接触法制硫酸的过程和原理：（1）造气： (在 中进行)；（2）接触氧化： （在 中进行）；（3）so3的吸收： （在 中进行）。【问题】我们已经学习过硫酸的性质，了解了硫酸的有关知识，请同学们思考：硫酸在工农业生产中有哪些重要用途？【回答】 【问题】根据所学的知识写出生产硫酸的化学反应方程式。 一、反应原理【问题】生产硫酸的原料可以用硫磺，还可以用黄铁矿。根据我国的实际情况，应采用哪一种更适合？【投影】我国硫酸工业中原料的利用资料(下表)。【学生活动】回答问题。 【问题】已知一定条件下 24 g fes2固体燃烧生成so2气体和fe2o3固体，同时释放170.6 kj的热量，请写出该反应的热化学方程式。 【问题】该反应是硫酸工业生产中第一阶段的反应，请同学们阅读教材并思考：该阶段的名称是什么？反应设备是什么？如何使黄铁矿充分燃烧？反应产物是什么？产物为什么要净化？【阅读】阅读教材，讨论、回答问题。 第一阶段：造气 设备：沸腾炉 产物：炉气【投影】电脑模拟沸腾炉工作。 【问题】该反应的特点是什么？ 催化剂【讨论】2so2(g)o2(g) 2so3(g)；h196.6 kj/mol的反应特点。 反应特点：1 反应 2总体积 3 热4 催化剂 【问题】根据平衡移动原理，反应在较高还是较低的温度下进行更有利？ 【投影】不同温度下so2的平衡转化率(图中纵坐标表示转化率/)原料气成分(体积分数)so2 7o2 11n2 82压强 0.1 mpa【回答】 【问题】根据平衡移动原理，反应在较高还是较低的压强下进行更有利？ 【回答】 【投影】图二 【回答】 【阅读】阅读教材，了解该生产阶段的名称、设备、实际采用的生产条件，并思考为什么这样做。 【讨论回答】阅读讨论后回答 。反应条件：理论 实际应用： 【分析】so2接触氧化是一个可逆的放热反应，理论上在温度较低的条件下进行最为有利。但是温度较低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益考虑对生产不利，所以生产中选择400一500；同时该反应又是一个总体积缩小的气体反应，增大压强，so2的转化率能提高，但so2的平衡转化率提高的并不多，若加压必增加设备的耐压力，增大投资和能量消耗且在常压下和400500时so2的平衡转化率已经很高，故通常采用常压。又因为反应是so2和o2在催化剂表面接触时发生的，故这种生产硫酸的方法叫做接触法。【例题】工业上要将尾气中的so2转化为硫酸铵。下面是摘自某厂生产记录的一些资料：“初步处理后的废气含0.2%的二氧化硫和10%的氧气（体积含量），在400时废气以5m3/h的速率通过五氧化二矾催化剂层与20l/h速率的氨气混合，再喷水，此时气体温度由400降到200，在热的结晶装置中得到硫酸铵晶体”（气体体积均已折算为标准状况）。仔细阅读上文，回答下列问题：（1）按反应中的理论值，二氧化硫和氧气的物质的量之比为2:1，该资料中二氧化硫和氧气的物质的量比值是多少？为什么跟化学反应中的理论值相差较大？（2）若每天某厂排放1000m3这种废气，按上述方法每月（按30天计算）消耗氨气多少吨？【解析】 （1）v(so2):v(o2)=0.2%:10%=1:50。根据化学平衡原理，增大氧气的量，可以促进化学平衡向正反应方面进行，从而提高二氧化硫转化为三氧化硫的转化率。（2）每月排入的废气中二氧化硫的体积为：1000m3300.2%=600m3废气以5m3/h的速率通过五氧化二矾催化剂层与20l/h速率的氨气混合，相当于so2跟nh3以1:2的体积比混合。即发生反应为：4nh3+2so2+o2=2(nh4)2so4所以，600m3的二氧化硫气体需氨气的体积为：6002=1200m3相当于消耗氨0.912t。练习：工业上测量so2、n2、o2混合气体中so2含量的装置如下图。反应管中装有碘的淀粉溶液。so2和i2发生的反应为（n2、o2不与i2反应）：so2+i2+2h2o=h2so4+2hi（1）混合气体进入反应管后，量气管内增加的水的体积等于_的体积（填写气体的分子式）。（2）反应管内溶液蓝色消失后，没有及时停止通气。则测得的so2含量_（选填：偏高，偏低，不受影响）。（3）反应管内的碘的淀粉溶液也可以用_代替（填写物质名称）。（4）若碘溶液体积为vaml，浓度为c moll-1，n2与o2的体积为vbml（已折算成标准状况下的体积）。用va、c moll-1、vb表示so2的体积百分含量为：_。（5）将上述装置改为简易实验装置，除导管外，还需选用的仪器为_（选填下列仪器的编号）。a、烧杯 b、试管 c、广口瓶 d、容量瓶 e、量筒 f、单孔塞 g、双孔塞【答案】（1）反应管的作用是吸收so2，所以剩余的气体是n2、o2。量气管中增加的水的体积是n2、o2的体积。（2）若反应管内溶液蓝色消失，说明其中的i2已消耗完，此时若再通入待测混合气体，其中的so2不能被吸收，所测得的so2的含量会偏低。（3）反应管中的试剂应具备两个条件，一是能吸收so2，二是要明显的实验现象以利判断是否完全反应。酸性高锰酸钾或溴水都可作为吸收剂。（4）考查化学计算能力，根据题给反应可得：v(so2)%=100%（5）量气管可用量筒代替，反应管可用试管或广口瓶代替，所以可以有如下三种组合：bceg或beg或ceg。【作业】课后习题四、1，2。2.3.2 硫酸的生产工艺学案学习目标：1掌握接触法制硫酸的化学反应原理，并了解生产过程和几个典型设备，以及生产中的一些重要操作。2理解接触氧化反应条件的选择原理，加深对化学反应速率和化学平衡知识的理解。3通过有关硫酸工业的计算，进一步巩固多步反应的化学原理。情感目标：通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。学习重点难点：接触法制硫酸的化学原理；so2接触氧化的适宜条件的选择。学习过程：【问题】上节课我们学习了工业生产硫酸的原理及第一、二阶段的生产情况，请同学们完成下面问题。【投影】图一1设备a是，在a中进行的反应方程式是：。处通入或放出的物质是、。2设备b是，在b中进行的反应方程式是：。处放出的物质是、。【学生回答】 【多媒体】电脑模拟接触室中热交换器的工作原理。【问题】下一个生产阶段是so3的吸收，请同学阅读教材，了解为使so3被充分吸收，生产中采取了哪些措施？ 【学生活动】阅读教材并讨论。【归纳】 。第三阶段：so3的吸收 设备：吸收塔 反应：so3(g)h2o (l)= h2so4(l)；h=-130.3 kj/mol【问题】从吸收塔上部导出的气体成分是什么？能否直接排入空气？为什么？【讨论】讨论后回答。 【小结】 。 【填表】生产阶段设备名称主要反应主要产品提高产率措施造气接触氧化so3的吸收 【练习】1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（如右图），图中在a、b、c处流入或流出的 气体正确的是（ ）aa处so2、n2 bb处so2、o2、n2ca处so3、o2 dc处so3、n22在接触法制硫酸的工业生产中，下列生产操作及其原因解释二者都正确 的是（ ）a硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为块状硫铁矿不能燃烧bso2氧化为so3时需要高压，这样可以提高so2的转化率cso2氧化为so3时需要使用催化剂，这样可以提高so2的转化率d用98.3%的浓h2so4吸收so3，可以防止形成酸雾阻碍so3的吸收 3接触法制硫酸和工业制硝酸分别经过以下的变化：fes2so2so3h2so4， nh3nono2hno3 下列说法正确的是（ ）。a所有变化都是氧化-还原反应 b都是化合反应c反应都要用催化剂 d反应需要足量的氧气4在氧气中灼烧0.8g由硫、铁元素组成的化合物，使其中的硫经过一系列变化最终全部转化为硫酸，用20 ml 1 moll-1的烧碱溶液恰好能完全中和这些硫酸，则原混合物中硫的质量分数约为（ ）。（a）40% （b）46% （c）53.3% （d）80 %5接触法制硫酸的原料是 ，生产过程的化学反应原理是： 。6硫酸最古老的生产方法是：把绿矾装入反应容器中加强热，会流出油状物，并放出有刺激性气味的气体，反应容器中的固体变为红色。这个变化过程可用两个化学方程式表示： ， 。7含fes280%的硫铁矿，煅烧时损失硫5%，so2氧化成so3时利用率为98%，问生产1 t 98%的硫酸，需要这种硫铁矿多少t？8取1g含sio2和fes2的矿石样品，在氧气中充分燃烧，残余固体质量为0.84g，用这种矿石100吨，可以制得98%的h2so4多少吨？（设生产过程中硫损失2%）9假设so2接触氧化过程产生的热量有70%可以利用，请问生产100 t 98%的硫酸在接触氧化过程中能节约多少能量。（已知h= -98.3kj/mol）10（1）据科技消息报报道：由于废气排放致使地球南极上空的a层出现了400多万平方公里的空洞，有害宇宙线长驱直入，把b分解，密度较小的氢就会逃逸到宇宙空间，剩下的氧最终会使土壤c，从而使地球人类正在重蹈火星的覆辙。根据以上叙述，回答问题。填充：a_b_c_。写出a与b对应的化学方程式：a_b_。（2）据中国环境报报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%。研究结果还表明，酸雨对我国农作物、森林等影响区域大。如图是研究酸雨成因的学生实验用的“催化棒”。用两根外面套有玻璃管的粗导线穿过橡皮塞并固定于粗玻璃管中，在其中一端用电热丝连接起来，即制成“催化棒”。实验时，先接通直流电源，使电热丝红热，然后将红热的电热丝伸入装有so2和空气的集气瓶中，瓶中立即出现_ 现象，再往其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，又出现_现象。请回答：以上实验中可得出酸雨成因的化学原理是_。目前一座中等城市每年用煤约300万吨，其含硫量如按1%计算，则每年排放so2多少吨？若此二氧化硫有60%转化为硫酸，相当于生成多少吨98%硫酸？为了防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的so2，工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时，有关“固硫”（不使硫的化合物进入大气）反应的化学方程式_,并比较此法与将“石灰石粉未与含硫煤混合”使用防治酸雨的方法，哪个更好些？答_（填“生石灰法”或“石灰石法”）如每隔一段时间测定某份雨水（酸雨）样品的ph，请作出有关时间与酸雨ph变化的曲线图。国际上最新采用“饱和亚硫酸钠溶液吸收法”，请写出有关反应的化学方程式_。参考答案1b 2d 3cd 4a。5硫铁矿（或硫）、空气，s(g)+o2 (g)=so2(g) 、 催化剂4fes2(s)+11o2(g) =2fe2o3(g)+8so2(g)、2so2(g)+o2(g)2so3(g)、so3(g)+h2o(l)= h2so4(l)；62feso47h2o =