化学选修2人教新课标1.1化工生产过程中的基本问题同步课件1

第一单元走进化学工业课题1化工生产过程中的基本问题一二三四五一、依据化学反应原理确定生产过程1.关于工业制硫酸的反应原理及过程需考虑的因素(1)分析产品的化学组成,据此确定生产该产品的主要原料。从H2SO4的组成看,原料应该是自然界存在的含硫物质,如硫黄、黄铁矿(主要成分是FeS2)等。(2)分析产品与生产原料之间关键元素的性质,确定主要生产步骤。H2SO4中S的化合价是+6价,因此先从S或FeS2得到SO3,再由SO3与H2O反应得到H2SO4。(3)分析生产原料的性质,确定反应原理。生产H2SO4的主要化学过程可以分成SO2的生成和SO2转化为SO3两个阶段。一二三四五一二三四五一二三四五二、生产中原料的选择1.在工业生产中,除选择原料依据化学反应原理外,还有许多因素要考虑,如厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、贮存、运输、预处理成本及环境保护等。2.目前,很多国家生产硫酸主要以硫黄为原料,我国早期主要是以黄铁矿为原料制硫酸的。一二三四五一二三四五三、生产中反应条件的控制对二氧化硫的催化氧化:1.温度条件选择400~500℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,反应速率和SO2的转化率都比较理想。

2.压强条件增大气体压强,SO2的平衡转化率提高得并不多,所以,通常采用常压操作。3.催化剂催化剂对化学平衡没有影响,但能改变到达平衡所需的时间。一二三四五一二三四五一二三四五一二三四五五、能量的充分利用硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应,如果能充分利用这些热量,不但可以由硫酸厂自行提供能量,还可以向外界输出大量的能量,可大大降低生产成本。一二三四五一二三四五解析:原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器,吸收热量后由A处流出,再进入催化反应室发生反应,并放出大量的热,而热交换器的作用是把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气,然后由下端流出,进入下一个装置。SO3温度过高不易被吸收,所以下端出来的气体降温后再用浓硫酸吸收。答案:D探究一探究二探究一探究二1.生产硫酸的方法为什么叫接触法?提示SO2和O2是在催化剂表面接触反应的,主要设备叫接触室。2.接触室中热交换器的作用是什么?从接触室出来的气体成分是什么?提示热交换器的作用是在SO2接触氧化时,用放出的热来预热即将进入接触室发生反应的SO2和空气,这样可以充分利用热能,节约燃料。从接触室出来的气体主要是SO3、N2以及剩余的未起反应的O2和SO2。3.吸收SO3为什么不用水或稀硫酸,而要用98.3%的硫酸?浓硫酸为什么必须从塔顶喷下?提示因为用水或稀硫酸作吸收剂容易形成酸雾且吸收速率慢;液体由上向下流,气体由下向上升,两者在逆流过程中充分反应。探究一探究二探究一探究二探究一探究二请回答下列问题:(1)为充分利用反应放出的热量,接触室中应安装

(填设备名称)。吸收塔中填充有许多瓷管,其作用是

。

(2)为使硫黄充分燃烧,经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%。为提高SO2转化率,经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍,则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为

。假设接触室中SO2的转化率为95%,b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为

(空气中氧气的体积分数按20%计)。该尾气的处理方法是

。

(3)与以黄铁矿为原料的生产工艺相比,该工艺的特点是

(可多选)。

A.耗氧量减少B.二氧化硫的转化率提高C.产生的废渣减少D.不需要使用催化剂(4)矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰石,可有效减少煤燃烧时SO2的排放,请写出此脱硫过程中反应的化学方程式

。

探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二解析:二氧化硫转化为三氧化硫的反应为正反应气体体积减小的放热反应,所以低温高压有利于提高二氧化硫的转化率。答案:(1)黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多,处理成本高(2)CD(3)①净化气体;②控制温度在400~500℃;③增大催化剂与反应气体的接触面积(4)<在常压和298K条件下,2molSO2和1molO2完全反应生成2molSO3,放出196kJ热量。由于该反应为可逆反应,不可能进行完全,又因为反应温度为450℃,所以放出的热量小于196kJ12345123452.硫酸工业中,常用浓硫酸吸收三氧化硫,而不用水来吸收的原因是(

)A.三氧化硫溶于浓硫酸,不易溶于水B.用浓硫酸吸收三氧化硫速度虽慢,但损失三氧化硫少C.用水吸收易形成酸雾,吸收速度慢D.用水吸收得到的不是纯硫酸解析:用98%的硫酸吸收SO3可以避免形成酸雾并提高吸收率。答案:C12345123454.下列关于工业制硫酸的说法正确的是(

)A.生产硫酸的工业尾气可以直接排入大气中B.进入接触室的气体,必须先经净化、干燥C.以黄铁矿为原料生产硫酸,从沸腾炉中排出的炉渣可以作为肥料D.在高温、高压下由SO2和O2合成SO3解