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,欢迎进入化学课堂,课题1化工生产过程中的基本问题,1了解生产硫酸的基本流程。2了解生产中原料的选择。3了解化学科学实验与化工生产的区别。4注意生产中的三废处理，防止环境污染。,一、依据化学反应原理确定生产过程1化工生产与化学反应的关系化工生产是以为依据，以为基础的。任何生产的完成都要符合。2确定化工生产反应原理与过程的一般方法对于某一具体的化工产品，研究生产过程要从产品的和考虑，来确定。3确定化工生产反应原理与过程的案例研究生产硫酸(1)原料：从H2SO4的组成看，原料应该是自然界存在的含物质，如(主要成分是FeS2)等。,化学反应原理,实验室研究,化学反应规律,组成,化学,性质,原料和生产路线,硫,硫黄、黄铁矿,(2)生产步骤：生产硫酸的主要化学过程可以分成、和SO3转化为硫酸三个阶段。(3)工业上制硫酸的基本生产原理造气：以S为原料制备SO2，反应方程式SO2SO2(属反应)。催化氧化：将SO2氧化成SO3，反应方程式(属反应)。SO3吸收：三氧化硫转化成硫酸，反应方程式SO3H2O=H2SO4(属反应)。,SO2的,生成,SO2转化为SO3,放热,放热,放热,2SO2O2,二、生产中原料的选择1在工业生产中，选择原料除依据外，还有许多因素需要考虑，如、能源、用水的供应能力、预处理成本及等。2目前，世界大多数国家生产硫酸主要以为原料，我国主要是以为原料制硫酸的。,化学反应原理,厂址选择,原料,工业,贮存,运输,环境保护,硫黄,黄铁矿,三、生产中反应条件的控制1生产中反应条件的选择在化工生产中要通过反应条件的控制使和都比较理想，还要同时考虑和。2硫酸工业生产中条件的选择二氧化硫催化氧化的条件是：。,常压、V2O5作催化剂、,400500,化学反应速率,反应物的转化率,控制某些反应,条件的成本,实际可能性,四、硫酸工业废气和废渣的处理1尾气吸收生产硫酸的尾气中含有少量，可用吸收，然后再用硫酸处理，生成的SO2可返回用作生产硫酸的原料，其化学反应方程式为：、。,SO2,石灰水,SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O,CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O,2废渣的利用用黄铁矿为原料生产硫酸的过程中，排出的炉渣和矿灰，可作为，还可以用来提炼；还可以作为制造或用于。五、能量的利用硫酸工业充分利用废热的方法是：利用SO2氧化为SO3时放出的热量来预热即将参加反应的和。,炼铁的原料,贵重的有色金属,水泥的原料,制砖,SO2,O2,一、硫酸工业生产的原理与过程从综合效益出发，我国生产硫酸首先需要考虑哪些方面的问题？学生交流【提示】(1)从基建投资、加工费用及环保方面考虑，用硫黄制硫酸优于用黄铁矿制硫酸。(2)我国天然硫资源缺乏，而且开采条件比较复杂。,(3)我国黄铁矿储量比天然硫要大。(4)硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短，设备简单，三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化。(5)由于原料多需进口，硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸略高等方面。,分别写出以硫黄、黄铁矿为原料生产硫酸的各步反应原理，并指出目前硫酸生产中的原料是什么？,工业生产硫酸分为几个生产阶段？对应的主要设备是什么？SO3的吸收是直接用水还是98%的硫酸？为什么？学生交流【提示】三个生产阶段：造气、催化氧化、SO3的吸收。三个主要设备：沸腾炉(造气)、接触室(催化氧化室)、吸收塔。实际生产中，并不直接用水吸收SO3，而是用98%的硫酸吸收。这样可避免形成酸雾并提高吸收率。98%的硫酸吸收SO3后形成了发烟硫酸，其中SO3的含量可高达20%，将发烟硫酸在水中稀释就能得到各种不同浓度的稀硫酸。,(2009年北京理综)以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：,(4)每160gSO3气体与H2O化合放出260.6kJ的热量，该反应的热化学方程式是_。(5)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐。SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2。SO2吸收Br2的离子方程式是_。,为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到50.00mL相同浓度的NaOH溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵盐不分解)。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。部分测定结果：铵盐质量为10.00g和20.00g时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为30.00g时，浓硫酸增加的质量为0.68g；铵盐质量为40.00g时，浓硫酸的质量不变。计算：该铵盐中氮元素的质量分数是_%；若铵盐质量为15.00g，浓硫酸增加的质量为_。(计算结果保留两位小数),【解析】(1)黄铁矿的主要成分为FeS2，同时根据质量守恒也可推出。(2)接触室实现了SO2氧化为SO3的目的。(3)a相当于增大接触面积，正确；b中增加O2的量可使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率，正确；c中催化剂只对反应速率有影响，对平衡无影响，错误；d中矿渣含大量Fe2O3可用于炼铁，正确。,(5)SO2Br22H2O=H2SO42HBr所对应的离子方程式是：SO2Br22H2O=4HSO422Br。设NaOH物质的量为x,10.00g铵盐中(NH4)2SO4、NH4HSO4物质的量分别为y、z，则20.00g铵盐中(NH4)2SO4物质的量分别为2y、2z,30.00g铵盐中(NH4)2SO4、NH4HSO4物质的量分别为3y、3z,40.00g铵盐中(NH4)2SO4、NH4HSO4物质的量分别为4y、4z，(y、z均可能为0)，由10.00g铵盐产生NH3与20.00g铵盐产生NH3相等，可得：,150.064mol0.096mol，故n(NH4)(0.0320.096)mol0.156mol，由于H优先于OH反应，故与NH4反应的OH为(0.2320.096)mol0.136mol，亦为产生NH3的量。故m(NH3)0.136mol17gmol12.31g。,【点评】本题以工业生产硫酸为载体考查化学反应与能量变化及结合物质的量的简单计算，综合度高，难度大，考查综合能力。,1.有关接触法制硫酸的叙述不正确的是()A硫黄和硫铁矿均可作为生产原料B将矿石粉碎，是为了提高矿石的利用率C反应中通入过量的空气是为了提高FeS2和SO2的转化率D从吸收塔出来的硫酸经浓缩后可以变成发烟硫酸【解析】A项，理论上，可转化成SO2的任何含硫物质均可作为硫酸的生产原料(如S、FeS、FeS2、H2S等)，但在生产实践中，应选取那些储量大、矿质品位高、资源丰富、便于开采和加工的矿物作为化工原料。综合分析，A正确。,【答案】D,二、硫酸工业SO2接触氧化适宜条件的选择接触氧化的反应特点是什么？,根据化学反应速率及平衡理论阐述SO2接触氧化生成SO3的适宜条件是什么？师生互动【提示】(1)温度SO2接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡移动理论判断，温度较低对提高SO2的转化率有利。但是温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。在实际生产中选定400500作为操作温度，这时反应速率和SO2转化率都比较理想。,(2)压强SO2接触氧化是一个气体总体积缩小的可逆反应，根据化学平衡移动理论判断，加压对提高SO2的平衡转化率有利。但是，在常压、400500时，SO2的平衡转化率已经很高，加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作，并不加压。(3)接触氧化的适宜条件常压、较高的温度(400500)和催化剂。,(2009届9月东北师大附中检测)工业制硫酸生产流程如下图：,(1)我国黄铁矿资源比较丰富，但很多工厂仍以硫黄为原料生产硫酸，理由是_。(2)在催化反应室，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有_。A升高温度B减小压强C不断补充空气D及时分离出SO3(3)在生产中为提高催化剂催化效率采取了哪些措施？_。(至少答出两点措施),(5)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO27%、O211%、N282%。在500，0.1MPa条件下达到平衡时，各种气体的体积比为V(SO2)V(SO3)V(O2)V(N2)0.466.547.7382，则SO2的利用率为_。,【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)净化气体控制温度在400500增大催化剂与反应气体的接触面积(4)在1atm和298K条件下，2molSO2和1molO2完全反应生成2molSO3，放出196kJ热量，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196kJ(5)93.4%,【点评】本题主要考查了工业生产硫酸的适宜条件及综合效益的提高。,2.金属钾与金属钠的金属活动性相近，且钾比钠略强，当利用金属钾制金属钠时，发现钾与钠的共熔体难以分离，如调整温度到一定程度，则可用金属钠与氯化钾反应，制出金属钾，下面是四种物质的熔、沸点：,根据平衡移动原理，可推知，用钠与氯化钾反应制金属钾的适宜温度是()A97.8770B770774C850D14131500【解析】控制温度使K蒸馏出来而Na不蒸馏出来，所以温度应在774882.9之间。【答案】C,三、硫酸生产过程中三废的处理常说的工业三废指的是什么？学生交流【提示】废气、废液、废渣。,硫酸工业生产过程中三废如何处理？师生互动【提示】三废处理方法：尾气吸收方法一、石灰水吸收法SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O；CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O。方法二、氨水吸收法SO22NH3H2O=(NH4)2SO3；(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O。,污水处理利用不同化工生产过程中产生的污水所含的杂质不同，根据杂质的性质利用不同的化学方法进行处理。硫酸工业废水中常含有硫酸，常用石灰乳中和：Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O。废渣的利用黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO2，可作为制造水泥的原料或用于制砖。含铁高的矿渣经处理后可以炼铁，有的也可分离后循环利用或提炼贵重的有色金属或将用于铺路。,下列废物处理方法中正确的是()A化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸收B化学实验中产生的二氧化氮废气可用烧碱溶液吸收C用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废渣可用于提取燃料D用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废气可用于提取漂白剂,【解析】二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小，A项错误；二氧化氮可跟烧碱溶液发生化学反应2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O，B项正确；黄铁矿本来就是无机矿物质，又经过高温煅烧后，废渣的主要成分是氧化铁、二氧化硅、氧化铝等，从中提取燃料是不现实的，C项错误；硫酸生产厂的废气中含有较高浓度的二氧化硫气体，二氧化硫可用作漂白剂，D项正确。【答案】BD【点评】无论化学实验还是化工生产都要注意防止污染环境。,3.(2009届10月全国重点高中一模)工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是()ANaOH溶液、酚酞试液B石灰水、石蕊试液C碘水、淀粉溶液D氨水、酚酞试液,【解析】测定SO2含量必须要能跟SO2反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性，没变色，而D在SO2还没与氨水完全反应时就开始变色了。C项石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显。【答案】C,业内专家认为，资源利用和技术改进仍是硫酸工业生存和发展面临的两大挑战。近年来，各企业为了降低成本，竞相将硫铁矿制酸改为硫黄制酸，国际硫黄需求量的短缺也促使国内硫黄制酸装置纷纷下马。按2010年远景规划，我国将在云南和贵州兴建两个大型磷肥基地，自然增大了国内市场对硫酸的需求量。据估计，届时我国对硫黄的年进口将达4万万吨，我国也将成为世界最大的硫黄进口国，同时面对的风险也相应增大。硫酸生产污染严重，相比而言，以硫黄为原料则可使净化污水中不含砷、氟等杂质，易达到排放标准。,但硫铁矿制酸毕竟是我国硫酸生产的重头戏，我国必须对硫铁矿制酸加大科技投入，依托科技创新改进生产工艺，降低成本，有效利用我国资源优势，尽量减少进口，降低对国际市场的依赖。,【提示】增加SO2或O2的浓度，降低SO3浓度，降低温度。因为反应物浓度越高，生成物浓度越低，反应正向移动；因为该反应放热，所以降低温度，平衡正向移动；虽然增大压强促进平衡正向移动，但是常压下该反应转化率已经很高，加压之后转化率提高很少，所以不需要增大压强。,1(原创)在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的原因二者都正确的是()A硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎，这样易于向沸腾炉中投料B炉气进入接触室之前需要净化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO2反应CSO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可提高SO2的转化率D接触室的反应温度控制在400500，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，且催化剂的活性也较高,【解析】题中所提到的对硫酸工业采取的措施叙述都是正确的。但硫铁矿进入沸腾炉之前粉碎的原因是为了增大矿粒与空气的接触面积，使其燃烧得更快、更充分，从而提高硫铁矿的利用率；从沸腾炉出来的炉气必须净化干燥的目的是因为炉气中的一些杂质气体会使接触室中的催化剂中毒，使催化剂丧失活性，同时防止炉气中的水蒸气和SO2生成酸而腐蚀管道；SO2转化为SO3时使用催化剂是为了缩短到达平衡的时间，但它并不能影响化学平衡的移动，并不影响SO2的转化率大小；接触室控制反应的温度在400500，这是综合考虑了催化剂活性、反应速率及SO2的转化率等因素而确定的，故D项正确。【答案】D,2.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(见右图)，下列有关说法中错误的是()A上端进入的气体温度较高，下端出来的气体温度较低,B预热含有二氧化硫的混合气体，有利于接触氧化CA处流出的气体为SO2和O2D预热SO3，有利于被浓硫酸吸收,【解析】此题考查了工业生产H2SO4的重要设备之一接触室中气体的流向。SO2和O2进入热交换器的管外时，虽具备合成温度，但无V2O5催化，不会生成SO3，只有SO2和O2。原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器，吸收热能后由A处流出再进入接触室发生反应，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温度较低，这也是热交换器的作用之一。【答案】D,3飘尘是物质燃烧时产生的粒状漂浮物，颗粒很小，不易沉降，它与空气中的SO2、O2接触时，SO2会部分转化为SO3，使空气的酸度增加，飘尘所起的作用可能是()氧化剂还原剂催化剂吸附剂ABCD【解析】飘尘会吸附SO2和O2，并催化该反应的进行，使之转化为SO3。【答案】D,4下列关于硫酸工业综合经济效益的讨论中，叙述错误的是()A充分利用三个反应放出的热能，来降低生产成本B为了防止尾气的污染，用氨水吸收尾气C硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，远离硫酸消费中心D生产过程中含有少量硫酸的污水，可用石灰乳中和处理【解析】硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，远离硫酸消费中心，势必造成运输、环境污染等问题。【答案】C,5某次采集酸雨样品，每隔一段时间测定一次pH，得到数据如下表：请回答：(1)该酸雨的类型最有可能是“硝酸型”还是“硫酸型”(用序号填空)_；该污染物主要来源于(用序号填空)_。硝酸型硫酸型燃煤火力发电工业生产硫酸工业电冶铝实验室制备二氧化硫,(2)放置时，雨水样品pH变化的主要原因是_。(3)pH变化的离子方程式为_。【解析】硫的氧化物向硫酸转化较慢，氮的氧化物向硝酸转化较快。硫酸很稳定，硝酸不稳定。由酸雨的pH随时间延长而变化的趋势可知，该酸雨是硫酸型的。SO2跟H2O反应生成酸性较弱的H2SO3，H2SO3能被空气缓慢氧化生成酸性很强且很稳定的H2SO4，所以酸雨的pH先逐渐减小后保持不变。电冶铝的主要原料是氧化铝，主要能源是电。实验室制备二氧化硫的原料用量很小，即使是有二氧化硫排放，也不是导致酸雨的主要原因。,【答案】(1)(2)雨水里的SO2和H2SO3逐渐被空气氧化生成H2SO4，雨水的酸性逐渐增强，pH逐渐下降。雨水里的SO2和H2SO3全部被氧化后，H2SO4在溶液中稳定存在，pH不再发生变化(3)2SO2O22H2O=4H2SO42或2H2SO3O2=4H2SO42,(1)在生产中常用过量的空气是为了_。(2)加热到400500是由于_。(3)压强采用_，原因是_。(4)常用浓硫酸来吸收SO3而不用水，因为_。,【解析】此题考查了在硫酸工业中运用化学平衡原理选择适宜生产条件的能力。选择适宜的反应条件，要从浓度、压强、温度、催化剂等条件中考虑该反应的速率、转化率，同时还要考虑工业生产的实际情况。如(2)(4)两问是考虑速率问题，第(1)(3)问则是考虑化学平衡问题，且第(3)问要考虑生产的实际情况。,【答案】(1)增大氧气浓度，提高成本较高的SO2的转化率(2)在此温度下，催化剂活性强，反应速率快，可缩短到达平衡的时间，提高单位时间内SO3的产率(3)常压因常压下平衡混合气体中SO3的体积分数已达91%，若再加压，对设备动力系统要求高，成本高，加压实际意义不大(4)用水吸收易形成酸雾，降低吸收速率,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,
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