第三单元硫酸工业 (2)

1、硫酸工业硫酸的消费量是一个国家工业发达水平的一种标志用硫燃烧生成二氧化硫，这固然是一种方法，但根据我国资源情况，实际生产中通常用燃烧黄铁矿的方法来制取二氧化硫，二氧化硫转化为三氧化硫，是在接触室内进行的，因此，称为接触法制硫酸。 硫酸有那么多用途，工业上是如何生产的呢？请同学们根据所学过的硫及其氧化物知识，讨论生产硫酸的原理。 第一节 接触法制硫酸阅读教材并思考1、工业制硫酸的原料有哪些？2、工业制硫酸分几个阶段？ 每个阶段的反应原理是什么？用到什么典型设备？3、工业制硫酸生产流程？生产原料及选择 硫磺或黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的含二氧化硫烟气、空气、水 选择制取硫酸的原料应从实际出发,世

2、界上主要用硫磺作原料，而主要用黄铁矿作原料。原因是：早期我国黄铁矿储量比较大 ，而天然硫磺矿资源缺乏，又难以从国外购进，并且，那时对环境保护也不够重视。4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高 温硫酸工业生产的原理SO3 + H2O H2SO4第一阶段：造气第二阶段：接触氧化第三阶段：三氧化硫的吸收2SO2 + O2 2SO3催化剂加 热S + O2 SO2 点燃生产流程：造气催化氧化吸收 沸腾炉接触室吸收塔硫酸工业生产流程动画硫酸的工业生产沸 腾 炉接 触 室吸 收 塔净化冷 却空气空气 炉气矿渣思考：焙烧黄铁矿的炉子为什么叫沸腾炉？黄铁矿为什么要粉碎？为什么通入强大的空气流

3、？燃烧黄铁矿为什么不要多加燃料？扩大反应物的接触面，通入强大的空气流可以加快反应，提高原料利用率，这种方法常用于工业生产中,黄铁矿燃烧反应是放热的，故燃烧的黄铁矿不需要多加燃料 。沸 腾 炉4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高 温思考： 炉气的主要成分是什么？为什么对 炉气进行净化和干燥处理？炉气的主要成分是SO2、O2、N2、H2O（g）以及一些杂质，如砷、硒等的化合物和矿尘等。（1）杂质和矿尘都会使催化剂中毒（2）水蒸气对设备和生产有不良影响尘除涤洗尘除SO2O2 N2讨论： SO2转化成SO3的反应特点是什么？第二生产阶段的反应条件是什么？为什么采用这个条件呢？ 反应

4、条件：反应特点：可逆反应；正反应为放热的、气体体积缩小的反应2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g);H=-196.6kJ/mol催化剂高温低温、高压、催化剂400-500、常压、催化剂：五氧化二矾（V2O5）温度： 400至500摄氏度压强： 常压接触室思考：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？催化剂：五氧化二矾（V2O5）温度：400至500摄氏度压强：常压接 触 室温度：400500催化剂活性较高压强：设备、成本和能源消耗 （增大压强SO2的转化率提高不大） 思考：适宜条件的选择N2 热交换原理热交换气中冷热气体的流向是相反的，冷的气体（SO2、O2、N2）被预热

5、，而热的气体（SO3、 SO2、O2、N2）被冷却，这种方式能够节约能源，在工业生产中广泛采用。 出来气体的成分二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应是可逆反应，因此从接触室出来的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧气和氮气（SO3、 SO2、O2、N2）的混合气。SO3 + H2O H2SO4吸 收 塔思考：吸收三氧化硫为什么不用水和稀硫酸，而用98.3%的浓硫酸？浓硫酸为什么必须从塔顶喷下？逆流原理：三氧化硫与水反应，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，且吸收不完全，98.3%的浓硫酸从塔顶淋下，气体由下往上，流向相反，充分接触，吸收更

6、完全，由此看来工业生产上特别重视生产的速度及原料的利用率。吸收塔讨论一、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了化学反应速率知识？1、硫或黄铁矿在送入沸腾炉之前要经过粉碎。2、从沸腾炉底部鼓入强大空气流。3、二氧化硫的氧化过程中使用催化剂。4、采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。5、三氧化硫的吸收采用逆流原理。二、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了化学平衡知识？1、经过净化、干燥的炉气中，氧气的含量相对要多。2、SO2、O2、SO3被冷却后，进一步在催化剂表面反应。3、选择适宜的反应温度。4、选择适宜的反应压强。具体内容三原料三反应三阶段三设备三原理三净化硫酸工业制法的六个“三”SO3H2O H2SO4

7、 V2O54005002SO2O2 SO3高温4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 ；整理归纳沸腾炉、接触室、吸收塔充分接触原理、热交换原理、逆流吸收原理除尘、洗涤、干燥造气、接触氧化、 SO3的吸收黄铁矿、空气、水练习 1、在密闭容器中，一定条件下，进行如下反应：NO（g）+CO（g） 0.5N2（g）+CO2（g） H=- 373.2kJ/mol，达到平衡后，为提高该反应的速率和NO的转化率，采取的正确措施是（ ）A、加催化剂同时升高温度B、加催化剂同时增大压强C、升高温度同时充入N2D、降低温度同时增大压强B2、在新制的氯水中存在平衡：Cl2+H2O H+Cl-+HClO

8、，若向氯水中投入少量碳酸钙粉末，溶液中发生的变化是（ ）A、C（H+）减小，HClO浓度减小B、C（H+）增大，HClO浓度增大C、C（H+）减小，HClO浓度增大D、C（H+）增大，HClO浓度减小C3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 ( )A硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧B三氧化硫的吸收采取逆流的形式，目的是增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，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，目的是防止形成酸雾，以便使其吸收更加充分BD【例1】 下图所示的装置是仿照工业制备硫酸的工艺流程设计出来的，用

9、于探究工业上为何采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。 试填写下列空白： （1）写出工业上用FeS2制取SO2的化学方程式 。 （2）写出上图中部分装置的作用：甲：混合SO2和O2； ； 。丙和丁： 。 （3）若丁装置在反应过程中出现气泡，不久就出现了白雾，而丙装置一直没有明显变化，产生这种现象的可能原因是：丙中插入浓硫酸溶液的导管插得太深，使两个吸收瓶内的压强差较大，导致SO3从丁的水中冒了出来，与水形成酸雾； 。 （4）上图装置中的甲和乙部分、丙和丁部分分别与工业制取硫酸的装置相对应，甲和乙相当 于 ；丙和丁相当于 。干燥SO2和O2观察气泡以调节通入SO2和O2体积比吸收SO3并做对照实验

10、浓硫酸对SO3的吸收效果远好于水，SO3充分被浓硫酸吸收。接触室吸收塔4FeS2 +11 O2=2Fe2O3 + 8SO2高温【例2】硫酸是重要的化工原料，其中合成SO3是制硫酸的重要步骤。请回答下列问题：（1）下列关于反应2SO2+O2 2SO3 H 0的说法正确是 （填字母）A升温可以加快合成SO3的速率同时提高SO2的转化率B寻找常温下的合适催化剂是未来研究的方向C由于H0，S0，故该反应一定能自发进行D当SO2的浓度保持不变时，说明反应达到平衡状态E当o2生成2SO3消耗时，说明反应达到平衡状态（2）将0.050 mol SO2和0.030 molO2充入容积为1L的密闭容器中，反应在一定条件下达到平衡，测得反应后容器压强缩小到原来压强的75%，则该条件下SO 2的转化率为_。（3）若当（2）中反应在530下达到平衡后，恒温下将容器容积从1L缩小到0.5L，则平衡向_（填“正”或“逆”）反应方向移动。BD80 正【例3】工业接触法制硫酸的流程如下图所示： （1）从沸腾炉出来的气体经净化干燥处理后进入接触室，其气体体积组成是：SO27%，O211%，N282%。从接触室出来的气体中SO3的体积分数为7%，则SO2的转化率为 。（2）每100gSO3气体与H2O完全反应放出热量