第五单元硫酸工业用(公开课)

1、H2SO4SO3SO2SFeS2H2OO2O2O2黄铁矿的主要成分是 FeSFeS2 2 （二硫化亚铁）硫酸有那么多用途，往往硫酸有那么多用途，往往硫酸的消费量常被硫酸的消费量常被视为一个国家工业发达水平的一种标志视为一个国家工业发达水平的一种标志。工业。工业上是如何生产的呢？请同学们根据所学过的硫上是如何生产的呢？请同学们根据所学过的硫及其氧化物知识，讨论及其氧化物知识，讨论怎样制取硫酸及生产硫怎样制取硫酸及生产硫酸的原理。酸的原理。 阅读教材阅读教材P5861，并结，并结合视频思考合视频思考1、工业制硫酸的原料有哪些？、工业制硫酸的原料有哪些？2、工业制硫酸分几个阶段？、工业制硫酸分几个阶

2、段？ 每个阶段的每个阶段的反应原理是什么？用到什么典型设备？反应原理是什么？用到什么典型设备？3、工业制硫酸生产流程？、工业制硫酸生产流程？视频视频第一节第一节 接触法制硫酸接触法制硫酸 接触法制硫酸分三个阶段，第一阶段是接触法制硫酸分三个阶段，第一阶段是（造气）（造气）二氧化硫的制取和净化二氧化硫的制取和净化，第二阶段是，第二阶段是二氧化硫氧化二氧化硫氧化成三氧化硫成三氧化硫，第三阶段是，第三阶段是三氧化硫的吸收和硫酸的三氧化硫的吸收和硫酸的生成生成. 4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温氧化剂：氧化剂：还原剂：还原剂：氧化产物：氧化产物：还原产物：还原产物：O2

3、FeS2Fe2O3 、SO2Fe2O3 、SO2如果有如果有4摩尔的摩尔的FeS2参加反应，电子转移为参加反应，电子转移为 摩尔。摩尔。44一、硫酸工业生产的原理一、硫酸工业生产的原理第一步：造气第一步：造气4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温一、硫酸工业生产的原理一、硫酸工业生产的原理SO3 + H2O H2SO4第一步：造气第一步：造气第二步：接触氧化第二步：接触氧化第三步：三氧化硫的吸收第三步：三氧化硫的吸收2SO2 + O2 2SO3催化剂催化剂加加 热热S + O2 SO2 点燃点燃空气空气 炉气炉气矿渣矿渣1、造气、造气主要设备：主要设备：沸沸 腾腾 炉

4、炉二、硫酸工业生产的流程二、硫酸工业生产的流程主要反应：主要反应：4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温讨论讨论2：焙烧黄铁矿的炉子焙烧黄铁矿的炉子为什么叫沸腾炉？为什么叫沸腾炉？为什么要为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？将黄铁矿粉碎成细小矿粒？ 为什么要从炉底通入强大空为什么要从炉底通入强大空气流？气流？ 为什么燃烧黄铁矿为什么燃烧黄铁矿不需要多加燃料？不需要多加燃料？扩大反应物的接触面，燃烧充扩大反应物的接触面，燃烧充分，燃烧快，提高原料利用率。分，燃烧快，提高原料利用率。通入强大的空气流可以加通入强大的空气流可以加快反应，提高原料利用率，快反应，提高原料利用率，这

5、种方法常用于工业生产中。这种方法常用于工业生产中。黄铁矿燃烧反应是放热的，黄铁矿燃烧反应是放热的，故燃烧的黄铁矿不需要多加故燃烧的黄铁矿不需要多加燃料燃料 。空气空气 炉气炉气矿渣矿渣1、造气、造气主要设备：主要设备：沸沸 腾腾 炉炉二、硫酸工业生产的流程二、硫酸工业生产的流程主要反应：主要反应：4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 温温思考思考1：炉气的炉气的主要成主要成分是分是什什么？为么？为什么对什么对炉气进炉气进行净化行净化和干燥和干燥处理？处理？炉气的主要成分是炉气的主要成分是SO2、O2、N2、H2O（g）以及一以及一些些杂质杂质，如砷、，如砷、硒等的化合物和

6、硒等的化合物和矿尘矿尘等。等。（1）杂质和矿尘）杂质和矿尘都会使催化剂中毒都会使催化剂中毒（2）水蒸气对设）水蒸气对设备和生产有不良影备和生产有不良影响响讨论讨论3、 SO2转化成转化成SO3的反应特点是什么？的反应特点是什么？结合化结合化学反应速率和化学平衡知识，从综合经济效益考虑：学反应速率和化学平衡知识，从综合经济效益考虑：SO2接触氧化反应应在什么条件下进行有利接触氧化反应应在什么条件下进行有利?反应条件：反应条件：反应特点：反应特点：？2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g);H=- 196.6kJ/mol催化剂催化剂低温低温?、高压高压?、催化剂催化剂（V V2 2O O5

7、5）400-500、常压常压、加热加热可逆反应；正反应为放热的、可逆反应；正反应为放热的、气体体积缩小的反应气体体积缩小的反应N2接接 触触 室室思考思考2：接触室中热交换器的作用接触室中热交换器的作用?从接触室出来的气体成分是什么？从接触室出来的气体成分是什么？2、接触氧化接触氧化 主要设备：主要设备：接触室接触室（转化器）主要反应：主要反应：2SO2 + O2 2SO3催化剂催化剂加加 热热热交换原理：热交换原理：热交换气中热交换气中冷热气体冷热气体的流向是相反的流向是相反的，冷的气体的，冷的气体（SO2、O2、N2）被预热被预热，而热的气体，而热的气体（SO3、 SO2、O2、N2）被冷

8、却被冷却，这种方式能，这种方式能够节约能源，在工业生产中广泛采够节约能源，在工业生产中广泛采用。用。二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应是应是可逆反应可逆反应，因此从接触室出来，因此从接触室出来的气体为的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧三氧化硫、二氧化硫、氧气和氮气气和氮气的混合气。的混合气。热交换器的工作原理热交换器的工作原理 内有许多平行的金属管道或蛇管内有许多平行的金属管道或蛇管 反应后反应后热热的的SO3蒸汽在蒸汽在管内管内自自上上而下流过而下流过 冷的冷的SO2与与O2混合气体在混合气体在管外管外由下而上流过由下而上流过通过管壁进行热交换通过管壁进行热交换3、S

9、O3的的吸收吸收 主要设备：主要设备：吸收塔吸收塔主要反应：主要反应：SO3 + H2O H2SO4吸吸 收收 塔塔讨论讨论4：吸收三氧化硫为什么不用水吸收三氧化硫为什么不用水和稀硫酸，而用和稀硫酸，而用98.3%的浓硫酸？的浓硫酸？浓硫酸为什么必须从塔顶喷下？浓硫酸为什么必须从塔顶喷下？逆流原理：逆流原理：三氧化硫与水反应，三氧化硫与水反应，放出大量的热，用水或稀硫酸吸放出大量的热，用水或稀硫酸吸收三氧化硫易形成酸雾，酸雾的收三氧化硫易形成酸雾，酸雾的形成不利于气体三氧化硫被进一形成不利于气体三氧化硫被进一步吸收，吸收速度慢，且吸收不步吸收，吸收速度慢，且吸收不完全，完全，98.3%的浓硫酸

10、从塔顶淋下，的浓硫酸从塔顶淋下，气体由下往上，流向相反，充分气体由下往上，流向相反，充分接触，吸收更完全，接触，吸收更完全，由此看来工由此看来工业生产上特别重视生产的速度及业生产上特别重视生产的速度及原料的利用率。原料的利用率。二、硫酸工业生产的流程二、硫酸工业生产的流程沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔净净化化冷冷 却却尾气尾气 空气空气【例题解析例题解析】例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、N2 Ca处SO3、O2 Dc处

11、SO3、N2例2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BD三原料三原料三选择三选择三阶段三阶段三反应三反应三设备三设备三杂质三杂质三危害三危害三净化三净化三原理三原理工业三废工业三废硫酸工业总结硫酸工业总结黄铁矿黄铁矿(或硫磺或硫磺)空气空气98.3%的硫酸的硫酸压强压强:常压常压温度温度:400500催化剂催化剂造气造气接

12、触氧化接触氧化SO3的吸收的吸收4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO22SO2+O2=2SO3SO3 +H2O=H2SO4沸腾炉沸腾炉接触室接触室吸收塔吸收塔矿尘矿尘砷砷,硒化合物硒化合物水蒸气水蒸气影响生产影响生产催化剂中毒催化剂中毒腐蚀设备腐蚀设备除尘除尘洗涤洗涤干燥干燥热交换热交换循环利用循环利用逆流吸收逆流吸收废渣废渣废气废气废水废水A基础训练基础训练 1我国在接触法制硫酸过程中，普遍采用制我国在接触法制硫酸过程中，普遍采用制SO2的方法是的方法是 A燃烧硫燃烧硫 B燃烧燃烧Fe2S3 C燃烧燃烧FeS2 D燃烧燃烧CuFeS22从沸腾炉中出来的炉气中含有能使催化剂中毒的物质是从

13、沸腾炉中出来的炉气中含有能使催化剂中毒的物质是 ASO2 BN2 C砷化物砷化物 D水蒸气水蒸气3接触法制硫酸的尾气中含有的大气污染物是接触法制硫酸的尾气中含有的大气污染物是 AH2S BCO2CSO3 DSO24在接触法制硫酸过程的各步反应中，等物质的量的反应物在接触法制硫酸过程的各步反应中，等物质的量的反应物发生电子转移最多的是发生电子转移最多的是 AFeS2 BO2CSO2 DSO3CCDA5接触法制硫酸时，由沸腾炉导出的炉气必须经除尘、洗涤、接触法制硫酸时，由沸腾炉导出的炉气必须经除尘、洗涤、干燥等净化过程，其理由是干燥等净化过程，其理由是 A杂质与矿尘会使催化剂中毒杂质与矿尘会使催化

14、剂中毒B水蒸气对设备和生产有不良影响水蒸气对设备和生产有不良影响C可提高原料的利用率可提高原料的利用率D可制取浓硫酸可制取浓硫酸6在在4FeS2+11O2 = 2Fe2O3+8SO2的反应中，被氧化的元素是的反应中，被氧化的元素是 A只有铁只有铁 B只有硫只有硫C铁和硫铁和硫 D氧和铁氧和铁7用质量分数为用质量分数为98.3的浓硫酸吸收的理由是的浓硫酸吸收的理由是 A用水吸收放出的热量多，影响吸收，应用浓用水吸收放出的热量多，影响吸收，应用浓 吸收吸收B用浓用浓 吸收不形成酸雾，吸收干净吸收不形成酸雾，吸收干净C用浓用浓 吸收后得到更浓的浓吸收后得到更浓的浓 D用水吸收容易形成酸雾，吸收速度慢

15、用水吸收容易形成酸雾，吸收速度慢A BCDB提高训练提高训练8对于可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，H= -98.3kJ/mol。下列说法中正确的是 A达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等B达到平衡时，反应物和生成物的物质的量保持不变C加入催化剂，可以提高SO2的转化率D升高温度，可以提高SO2的转化率9以下可逆反应中，达到平衡后，通过升高温度可提高反应物转化率的是 ；通过增大压强可提高反应物转化率的是 ；改变压强，转化率不变的是 。A(s)+B(g) C(g)， H 0； N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)， H 0；2SO2 (g)+O2(g) 2SO3 (g

16、) ，H 0。CO(g)+NO2(g) CO2(g) +NO(g)，H 0； C涉及硫酸工业的计算涉及硫酸工业的计算(多 步 计 算-关系式法关系式法) 10. 10. 某硫酸厂用某硫酸厂用80 % FeS80 % FeS2 2 的黄铁矿为原料制取硫酸，的黄铁矿为原料制取硫酸，FeSFeS2 2 的利用率为的利用率为90%90%，求用，求用1000 t 1000 t 黄铁矿可制得黄铁矿可制得98% 98% 的浓硫酸多少的浓硫酸多少吨？吨？高温高温V2O52SO2 +O2 2SO34FeS2 +11O2 2Fe2O3 + 8SO2SO3 +H2O H2SO4 分析：分析：4FeS28SO28SO38H2SO4FeS22H2SO4 得关系式：得关系式：多 步 计 算 1 10 0. .某硫酸厂用某硫酸厂用80 % FeS80 % FeS2 2 的黄铁矿为原料制取硫酸，的黄铁矿为原料制取硫酸，FeSFeS2 2 的利用率为的利用率为90 %90 %，求用，求用10