高三化学硫酸工业重难点解析人教版

用心爱心专心122号编辑用心爱心专心122号编辑PAGE6高三化学硫酸工业重难点解析一.本周教学内容：硫酸工业二.重点、难点：接触法制硫酸的化学反应原理、生产过程和典型设备2 应用化学反应速率和勒夏特列原理，选择SO氧化为SO2 物质纯度、转化率、产率的计算方法副产品的综合利用、综合经济效益的讨论三.具体内容：2 硫酸是基础化学工业的重要产品。它是许多化学工业的原料，大量用于制造化肥、农药、因此，有人认为硫酸的产量可视为一个国家工业发达水平的一种标志，可见硫酸工业在国民经济中占有重要的地位。学习工业制备HSO2 2（一）接触法制硫酸（FeS2

为原料）的原理，过程及典型设备（二）接触法制硫酸的生产过程2SO的制取和净化：22我国目前一般多用燃烧FeS2

来制取SO2。化学方程式：4FeS 高温2FeO 8SO2 2 2 3 22为了提高利用率，工业上常将FeS2

矿粉碎成小颗粒，放在特制的炉中燃烧。提出问题：培烧黄铁矿的炉子为什么称为沸腾炉？送进沸腾炉的矿石为什么要粉碎成细小的矿粒？燃烧黄铁矿为什么不需多加燃料？从沸腾炉中出来的气体叫做炉气，其中含SO2、O2、N2、H2O以及其它杂质，需净化后才能通过催化剂？指导学生阅读书中有关内容，提出问题：什么叫催化剂中毒？为什么炉气要净化全才能通过催化剂？怎样净化炉气？2 SO氧化成SO2 VO2SO（气）+O（气）2 5

（气）+196.6KJ2 2 3反应装置：接触室。2 2 SO和O在接触室里反应生成SO2 2 3 2 3 2 2 SO的吸收和HSO+HO=H3 2 3 2 2 3 2 讲解SO在吸收塔中变成HSO3 2 3 2 吸收SO98.3%HSO3 2 为什么从上面喷下来？总结：①依据反应物之间的接触面积越大反应速率越快的原理，送进沸腾炉的矿石要粉碎成细小的矿粒，增大矿石跟空气的接触面积，使之充分燃烧。使较贵重的原料得以充分利用。2 SO2O2NHO以及2 因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。22SOSO和空气，这样可以充分利用热能，节约燃烧。222 2 4 2 ⑤吸收SO不能用水或稀HSO98.3%HSO2 2 4 2 2SO会严重污染空气，浪费原料。2（三）应用化学反应速率和勒夏特列原理选择适宜条件催化剂在通常状况下SO2与O2与O2反应的催化剂，其中较为理想的是五氧化二矾作为二氧化硫氧化的催化剂。温度二氧化硫接触氧化是一个放热的可逆反应。根据化学反应速率和化学平衡理论判断，温度对二氧化硫接触氧化的影响是：温度较低有利于提高二氧化硫的平衡转化率，但不利于提高反应速率；温度较低时催化剂的活性不高，不利于发挥催化剂在提高反应速率中的作用。由上述化硫平衡转化率的温度数值。在实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度，因为这个温度范围内，反应速率和二氧化硫的平衡转化率都比较理想。压强率，又能提高化学反应速率。但是，增大气体压强以后，二氧化硫的平衡转化率提高得并不多。时，SO2的平衡转化率已很高，所以硫酸工厂通常采用常压操作，并不加压。（四）环境保护与原料的综合利用现原料的综合利用。硫酸厂的“三废”经处理后，不仅消除了污染，而且也使SO2渣得到合理利用。尾气吸收（氨水吸收）2 3 2 4 2 SO＋2NH＋HO=（NH）2 3 2 4 2 (NH )SO＋HSO=NH）SOSO＋HO4 2 3 2 4 4 2 4 2 2（作肥料）（作生产硫酸的原料）污水处理（石灰乳中和）Ca(OH) HSO CaSO 2HO2 2 4 4 2废渣的作用2黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO，可作为制造水泥的原料或用于制砖。含铁品位高的矿渣可以炼铁。2（五）能量的充分利用硫酸生产中的反应热得到充分利用后，不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量。而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能量。（六）生产规模和厂址选择化工厂选址的因素厂址的选择是有下列因素决定的①附近地区是否有大量的市场需求②附近地区是否有原料供应③土地供应是否充足④水资源是否充足⑤能源是否充足廉价⑥交通是否方便⑦是否达到环境保护，主要的因素：附近地区是否有市场需求、附近地区是否有原料供、是否达到环境保护，不能靠近人口稠密区，不能靠近旅游景点。弊，才能作出合理的抉择。硫酸厂选址的因素工厂规模的大小，主要由硫酸用量的多少来决定，硫酸厂址应避开人口稠密的居民区域和环境保护要求高的地区。（六）物质纯度、转化率、产率的计算方法FeS2向SO299%，则FeS299%。在一种组成固定的混合物中的黄铁矿向SO2转化的过程中，若FeS285%85%。FeS2SO2的转化率必SO2的产率，在FeS2H2SO4的转化率等于H2SO4的产率。【典型例题】[例1]有关接触法制硫酸的叙述正确的是（ ）吸收塔不得用水吸收三氧化硫进入接触室的SO2和空气混合物中的其它杂质必须除去硫酸厂的尾气要经碱液或氨水处理后才能排放用黄铁矿燃烧生成二氧化硫与用硫燃烧生产二氧化硫后者较复杂23解析：接触法制H2SO4的三阶段中，第一阶段是制取和提纯SO，若用煅烧黄铁矿法因同时有Fe2O，而处理除杂更复杂，燃硫法则较简单。232SO2+O22SO3的反应有一些可逆性，虽然SO2的转化率很高，但难免还有44 在提纯时用黄铁矿生产的SO2质，主要是为了防止第二阶段中用催化氧化法生产SO3时的催化剂“中毒”，第三阶段是吸收SO3生成H2SO98.3%浓H2SO2+O22SO3的反应有一些可逆性，虽然SO2的转化率很高，但难免还有44 SO2SO3一起进入吸收塔，所以尾气中必然杂有不能被浓H2SO4SO2NaOH溶液处理，使SO2转化为亚硫酸盐而除去。答案：按生产流程扫描各选项，易得正确答案为A、C点评：工业常用氨水吸收SO2，反应为：NH3+H2O+SO2=NH4HSO32NH+HO+SO=(NH )SO3 2 2 4 2 32 工厂把它们在专用设备中加入本厂生产的一些硫酸，得到硫酸铵作为化肥出售。在设备中逸出浓而纯的SO，工厂将它压入钢瓶，成为液体SO2 （小时）pH[例2]收集的酸雨样品，每隔一段时间测定一次（小时）pH开始816243240485.04.84.64.34.24.04.0简答：放置时雨水样品pH变化的主要原因。pH解析：342 3 2 酸雨的形成主要是因雨水中溶有SOSO和一些硫酸盐，但以SOSO的形成是因为在空气中的飘尘作用下一部分SO2O2氧化，或污染空气的NO2SO2的作用而产生SO也溶入雨水成H2SO342 3 2 由各阶段pH的数据观察结果，在40小时之前放置的雨水样品PH值逐渐降低，溶液的酸440PH降低的反应业已停业。在酸雨中SO2中强酸，SO3H2SO4H2SO3H2SO（硫酸）。至SO2和H2SO3全氧化为H2SO4后，pH4.0。4答案：4（1）雨水样里中强酸H2SO3SO2不断被空气中的氧气氧化生成强酸H2SO，所以PH值随时间延长而H+下降，至全部氧化完成后，溶液中形成的H2SO4和挥发，这时pH稳定。4（2）H2O+SO2+O22H++SO2－4或2H2SO3+O24H++2SO2－42SO2和H2SO3化，雨水样品水分，蒸发变浓，又在放置进溶于SO。但根据pH4.0，可排除后二者。2[例3]0.2%10%的氧气（体积分数）4005m3/h的速率通过20L/h的速率的氨气混合，再喷水，此时气体温度由400℃降至200℃，在热的结晶装置中得到硫酸氨晶体”（气体体积均折算为标准状况），利用上述资料，用氨来除去工业废气中的二氧化硫，回答下列问题：按反应中的理论值，二氧化硫与氧气的物质的量之比为 2:1，该资料中这个比是 ，简述不采用2:1的理由 。通过计算，说明为什么废气以5m3/h20L/h速率的氨气混合？1×104m3这种废气，按上述方法该厂每月（30天计）多少吨？消耗氨气多少吨？解析：SO2转化为一可逆反应，为提高SO2的转化率可用过量的氧气；据关系式SO

—2NH

—(NH

)SO

可知废气中SO

与

应以1:2通入。答案：

2 3

42 4 2 3（1）1:50；根据化学平衡移动原理，过量的氧气可提高二氧化硫的转化率。SO，恰生成(NH)SO。2 2 3 42 43（3）3.54t硫酸铵，0.91tNH。32SO2+O22SO3+196.6kJ3[例4]2SO2+O22SO3+196.6kJ3在生产中，常用过量空气是为了；加热到400～500℃可以；常用浓H2SO4而不用水来吸收SO3是由于；尾气中的SO2必须回收是为了。解析：用接触法制H2SO4答案：在硫酸生产中，常用过量空气是为了增大O2的浓度，使成本较高的SO2得到充分利用；加热到400～500℃可以提高反应速度，缩短到达平衡的时间；常用浓H2SO4而不用水来吸收SO3SO2点评：接触法制硫酸的工业生产中需掌握①原理三句话：燃烧硫或金属硫化物等原料制二氧化硫；二氧化硫在适当温度和催化剂作用下生成三氧化硫；三氧化硫与水化合生成硫酸。4FeS24FeS2+11O22Fe2O3+8SO22SO2+O22SO3SO3+H2SO2+O22SO3③三个主要生产阶段二氧化硫的制取和净化二氧化硫的催化氧化三氧化硫的吸收④三种主要生产设备a.沸腾炉 b.接触室 c.吸收塔⑤三种有害杂质矿土；砷、硒化合物；水蒸汽⑥三种净化方法除尘、洗涤、干燥⑦二氧化硫转化的三个适宜条件a.压强：常压b.温度：400—500℃c.催化剂：钒触媒⑧产生的三废：废汽、废水、废渣⑨计算用的三个关系式FeS2～2SO2 b.SO2～SO3 c.SO3～H2SO4应用上述三个关系式，可使有关接触法制H2SO4的多步计算简化。上述三个关系式也可表示成：FeS2～2H2SO4，S～H2SO4用心爱心专心122号编辑用心爱心专心122号编辑PAGE12多步反应式的计算———找关系式的计算连锁反应越多，计算过程越繁，结果计算物质的质量精确度越低。应如何简化解题过程？[例5]工业制硫酸主要反应2SO2+O22SO34FeS2+11O2=2Fe2SO2+O22SO3SO3+H2O==H2SO42.5t85%的黄铁矿石（杂质不参加反应）S5.0%98%硫酸的质量。4解：FeS2→2SO2→2SO3→2H2SO（S元素守恒）4120g 2×98g2.5t×85%×（1－5%） 98%×Wt求得：W=3.4tW=3.4t规律1：化合物中某一元素的损失率就是该化合物的损失率。如SO2转化为SO3再损失S%=2%98%解：求得：W=3.33t如SO31%98%解：求得：W=3.29t规律2：“多率”“累积”规律：各步反应的转化率（损失率）可看作原料的转化率（损失率）至少要通入多少空气，才能生成最多的H2SO4？（按反应时解：三个反程式相加，（抵消中间环节）得：4FeS2+15O2+8H2O==2Fe2O3+8H2SO415 8×98gW（空气）÷29×21% 3.4×106g求得：W（空气）=8.98×106g从沸腾炉里出来的炉气，在进行氧化之前须净化的原因是（ ）降低炉气的温度便于吸收防止矿尘堵塞管道防止催化剂中毒以及水蒸气对设备和生产的不良影响增加SO2的含量0.44gSFeS全部转化成H2SO4，这些H2SO4可20ml0.5mol/LNaOH溶液完全中和，原化合物中S的质量分数为（）A.18% B.46% C.53% D.36%接触法制H2SO4的工业生产中，黄铁矿煅烧前要粉碎，其目的是（ ）减少杂质 B.易除去尘粒 C.升高炉温 D.充分燃烧48%的硫铁矿先制成H2SO4，再吸收氨气制成(NH42SO4，1t这种硫铁矿在理论上能制得的(NH42SO4为（）A.1.06t B.1.98t C.2.14t D.2.26t下列反应中含硫的化合物做还原剂的是（ ）FeS+2HCl=FeCl2+H2SNa2S+2HCl=2NaCl+H2SC.4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2D.Zn+H2SO4=ZnSO4+H2在氧气中充分灼烧1gSO2气体，最后全部转化为H2SO4，这些硫酸恰好和60ml，0.5mol/L的NaOH量分数为（）A.35% B.40% C.44.5% D.48%煅烧硫铁矿时，氧化产物和还原剂的物质的量之比为（ ）A.8:4 B.10:4 C.2:4 D.4:8导致下列现象的主要原因与排放二氧化硫有关的是（ ）臭氧空洞 B.酸雨 C.光化学烟雾 D.温室效应环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数，下列各词与环境污染无的是（ ）①温室效应②赤潮③酸雨④光化学污染⑤臭氧空洞⑥水俣病⑦潮汐⑧大脖子病 ⑨水华A.②⑨ B.②⑤⑦ C.⑥⑦⑧ D.以下四种情况，在相同容器内进行反应10.反应开始时速率最大的是（）A.甲组 B.乙组C.丙组D.丁组11.反应开始时速率最小的是（）甲组 B.乙组 C.丙组 D.丁组已知98%的浓H2SO4的浓度为18.4mol·L－1，则49%的硫酸溶液的浓度为（ ）9.2B.9.2C.小于9.2D.不能确定1838年3月纽卡尔市的一些园艺家访问大物理学家法拉第，向他请教一个奇特而有趣的问题：为什么别处生长的紫罗兰花都是紫色的，而生长在纽卡斯尔市的紫罗兰却是白色的？法（遗传变异 B.纽卡斯尔市民用自来水浇花C.施花肥不当 D.纽卡斯尔空气中SO2含量较高硫化氢可以在空气中燃烧。假定空气中N2和O2体积之比为4:1，其它成分不计。将H2SaL空气混合点燃，若反应前后气体的温度和压强相等1.0×105Pa），当a取值不同时，燃烧后气体的总体积V为（用含a的代数式表示）（）A.（1－2.5a）L B.（1＋2.5a）LC.（a－0.5）L D.（0.5－a）L4 已知由NaHSMgSONaHSO氧元素的质量分数为（4 16.对于SO2接触氧化生成SO3：2SO(g)16.对于SO2接触氧化生成SO3：2SO(g)2O(g)22SO(g)3的描述有如下四个图象，其中正确的是（ ）在接触法制硫酸工业中，在原料气相同情况下，测得压强对SO2表：根据上表数据考虑综合经济效益你认为SO2的接触氧化应在下列哪种压强下进行最为有利（ ）A.0.1MPa B.0.5MPa C.1MPa D.10MPa下列框图表示由黄铁矿为起始反应物的一系列变化，其中不含硫的反应产物已略去。写出化学式，B ，C ，D ，E 。写出化学方程式，③ ，⑤ 。写出离子方程式、④ 。根据下列变化过程，在括号内填写有关离子符号或化学式，并写出有关离子方程式：生成沉淀B： 沉淀B与盐酸反应 生成气体D： 生成沉淀生成沉淀J： 沉淀J与过量F反应： 2 2 2 224SON、OSO2 2 2 2242液。SO2发生的反应为2

O2反应

＋I＋2H2O→H2SO＋2HI混合气体进入反应管后量气管内增加的水的体积等的体（填写气体的子式）。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（选填偏高，偏低，不受影响）。反应管内的碘的淀粉溶液也可以代替（填写物质名称）。若碘溶液体积为VaCmol·L－1，N2O2的体积Vb已折算为标准状况下的体积）。用、Va、Vb表示SO2的体积百分含量为 仪器的编号）。

（选下列a.烧杯 b.试管 c.广口瓶d.容量瓶e.量筒 f.单孔塞g.双孔塞综合利用。130.2%（体积分数）的SO2石灰及氧气处理后，假设硫元素不损失，理论上可得到多少千克石膏