【课堂新坐标】16-17学年高中化学鲁教版选修2教师用书课题3专题1“设计”一座硫酸厂含解析

课题1“设计”一座硫酸厂1．知道工业上制硫酸的主要原料，能写出以硫铁矿为原料制硫酸的主要化学方程式，并能举例说明硫酸生产中原料与生产过程的关系，能说出接触法制硫酸有哪些主要生产阶段，能运用化学平衡原理分析二氧化硫催化氧化反应的适宜条件，能看懂表示化学反应过程中热量变化的热化学方程式，知道工业上用浓硫酸吸收三氧化硫的原因。

(重点)2．知道选择硫酸厂厂址应考虑哪些主要因素。

3．知道接触法制硫酸废气处理的主要方法，能列举废渣综合利用的途径。

(重难点)4．知道建设一座化工厂需要综合考虑哪些基本问题，达到哪些基本要求，体会建造化工厂和实施工业生产是一项综合、复杂的系统过程。

(难点)1.(1)二氧化硫炉气的制备设备A 名称为沸腾炉，其中进行的反应的化学方程式是4FeS 2＋11O 2=====高温2Fe 2O 3＋8SO 2；设备A 中产生的气体叫做炉气，进入设备B 中时须经过净化和干燥处理。

(2)二氧化硫的催化氧化设备B 名称为转化器，其中进行的反应的化学方程式是2SO 2＋O 2催化剂△2SO 3；设备B 中部的装置叫换热器，其作用是使反应后的气体降温并预热未反应的气体。

(3)三氧化硫的吸收设备C 名称为吸收塔，其中进行的反应的化学方程式为SO 3＋H 2O===H 2SO 4；设备C 中不用水或稀硫酸而使用98.3%的硫酸吸收SO 3的原因是防止形成酸雾，提高SO 3的吸收率。

2．硫黄制硫酸(1)反应流程S ――→O 2SO 2――→O 2SO 3――――→98.3%H 2SO 4H 2SO 4。

(2)与硫铁矿相比的优点 ①炉气无须净化；②原料运输量小，生产流程简单，设备少，建设投资省，热能便于回收利用，无废渣排出。

1．矿石燃烧前为什么要粉碎成细小矿粒？【提示】 增大矿石与空气的接触面积，加快反应速率。

1.2．厂址的选择涉及原料、交通运输、水源、能源、土地资源、自然地质条件、市场需求和环境保护等诸多因素。

3．宜靠近原料供应地和产品销售地，理想的方案是硫酸厂与硫酸的消费者或与原料气的供应者组成联合企业。

4．厂址所在地区应有充足的水源保证和热电供应，尽可能靠近交通运输线。

5．厂址应避免建在人口稠密的居民区、旅游景点和文物保护区。

6．选厂址时应注意当地自然地理环境，地震、洪水、泥石流等自然灾害多发地区不宜建厂。

2．硫酸工厂厂址选择时，考虑诸多因素的原因是什么？【提示】提高综合经济效益，减少环境污染。

1.工业“三废”指化工生产中排放的气体、液体、固体污染物。

2．硫酸工厂排放的污染物主要是含二氧化硫的尾气、固体烧渣等。

3．处理SO2的方法——氨－酸法(1)产生NH4HSO3的反应：NH3＋SO2＋H2O===NH4HSO3。

(2)产生(NH4)2SO3的反应：2NH3＋H2O＋SO2===(NH4)2SO3。

(3)产生(NH4)2SO4的反应：2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2SO2↑＋2H2O、(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O。

(4)废渣的利用：烧渣除了含有氧化铁、二氧化硅、氧化铝等外，还含有一定量的铜、锌、铅、钴等有色金属及少量的金、银等贵金属。

3．酸雨是呈酸性的雨水吗？【提示】纯水是显中性的，pH约是7；雨水在下落过程中二氧化碳会溶于水，略呈酸性，pH为5.6。

被大气中存在的酸性气体如SO2等污染，pH小于5.6的雨才叫酸雨。

①硫酸工业生产工艺中“三原料”、“三阶段”、“三反应”分别指什么？【提示】见要点1。

②SO2催化氧化反应有哪些特点？【提示】a．可逆反应；b.气体总体积减小的反应；c.放热反应。

③适宜SO2催化氧化的条件是什么？【提示】常压、400～500 ℃、催化剂1．工业制硫酸的原理及过程2SO 2(g)＋O 2(g)催化剂△2SO 3(g)2.3．硫酸工业SO 2催化氧化适宜条件的选择SO 2(g)＋12O 2(g)催化剂△SO 3(g) ΔH ＝－98.3 kJ·mol －1这是一个气体分子总数减小的、放热的可逆反应。

(1)温度SO 2催化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SO 2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400～500 ℃作为操作温度，这时反应速率和SO 2的转化率都比较理想。

(2)压强SO 2催化氧化是一个气体分子总数减小的可逆反应，根据化学平衡移动理论判断，增大压强对提高SO 2的平衡转化率有利。

但是，在常压、400～500 ℃时，SO 2的平衡转化率已经很高，因高压条件对设备提出了苛刻的要求，增大压强必须增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作。

(3)适当过量的空气目的是提高SO 2的转化率。

综上所述，催化氧化的适宜条件是常压、较高的温度(400～500 ℃)和催化剂。

以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程如下图所示：请回答下列问题：(1)在炉气制造中，生成SO 2的化学方程式为____________________________ _______________________________________________________________。

(2)炉气精制的作用是将含SO 2的炉气____________、________及干燥，如果炉气不经过精制，对SO 2催化氧化的影响是___________________________________________________________________________________________。

(3)精制炉气(含SO 2体积分数为7%、O 2为11%、N 2为82%)中SO 2平衡转化率与温度及压强关系如下图所示。

在实际生产中，SO 2催化氧化反应的条件选择常压、450 ℃左右(对应图中A 点)，而没有选择SO 2转化率更高的B 或C 点对应的反应条件，其原因分别是_________________________________________________________________________________________________________， ________________________________________________________________ ______________________________________________________________。

(4)在SO 2催化氧化设备中设置热交换器的目的是_______________________________________________________________、 _______________________________________________________________， 从而充分利用能源。

【答案】 (1)4FeS 2＋11O 2=====高温2Fe 2O 3＋8SO 2 (2)除尘 水洗 矿尘、砷、硒等化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响(3)不选B点，因为压强越大对设备的投资大，消耗的动能大；SO2原料的转化率在常压(0.1 MPa)下的转化率已是97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压不选择C点，因为温度越低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，450 ℃时，催化剂的催化效率最高。

故选择A点，不选C点(4)利用反应放出的热量，预热原料气体使之达到反应所需温度(约450 ℃)反应后的气体得到冷却便于下一步的吸收(答案合理均可)1．下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是()A．在接触室中使用铁触媒作催化剂B．在接触室中运用热交换技术可充分利用能源C．把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率D．该反应采用450～500℃主要是因为该温度下催化剂活性好【解析】硫酸工业生产中，在接触室中用以V2O5为主的催化剂，使SO2氧化为SO3，A项错误；使用热交换装置可节约能源，B项正确；把硫铁矿磨碎可增大其与氧气的接触面，使反应更充分，速率更快，可提高原料的利用率，C项正确；反应温度采用450～500℃是因为该温度下催化剂活性最高，D项正确。

【答案】 A①空气中SO2含量过多时，易造成酸雨，什么是酸雨？【提示】酸雨指pH<5.6的雨水，主要有硫酸型和硝酸型酸雨。

②用石灰水吸收SO2，再用硫酸处理，发生反应的化学方程式是什么？【提示】Ca(OH)2＋SO2===CaSO3↓＋H2O，CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O。

1．尾气吸收工业生产硫酸的尾气是从吸收塔的上部排出的，其中含有二氧化硫，二氧化硫既是重要的化工原料，又是严重的大气污染物。

从化学反应原理方面来说，工业上回收二氧化硫的方法较多，可用石灰水吸收，再用硫酸处理：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3↓＋H2OCaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O这样得到的二氧化硫含量较高，可返回用作原料，硫酸钙也是重要的化工原料。

2．污水处理硫酸生产过程中的污水，含有酸性物质，一般用碱性物质将其中和。

如石灰乳、纯碱跟硫酸反应的化学方程式为Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O，Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑。

3．废渣的利用化工生产中的废渣，一般是由未反应的固体原料或是在生产过程中生成的固体所形成的。

化工废渣属于环境污染物，但许多化工废渣都有一定程度的利用价值。

目前废渣的综合利用方法主要是回收利用废渣中的铁、有色金属及贵金属等，其中Fe2O3含量高的废渣可用作高炉炼铁的原料，金属含量低的可用于制砖。

环境保护一般采用的方法：①严格治理“三废”，严格执行国家关于“三废”的排放标准。

②将“三废”变成有用的副产品，实行综合利用。

③建立无废物排出的“封闭式生产”，实行绿色生产。

④保护生态环境。

⑤人人建立环境保护的意识，减少废弃物的排放。

下面是一种燃煤烟气脱硫方法的原理：用氨水将SO2转化为NH4HSO3，再氧化成(NH4)2SO4。

其中氨水吸收燃煤烟气中SO2的化学反应为2NH3＋SO2＋H2O===(NH4)2SO3(NH4)2SO3＋SO2＋H2O===2NH4HSO3能提高燃煤烟气中SO2去除率的措施有________(填字母)。

①增大氨水浓度②升高反应温度③使燃煤烟气与氨水充分接触④通入空气使HSO－3转化为SO2－4A．①②B．①②③④C．①③D．②③④【解析】①③均可以提高燃煤烟气中二氧化硫的去除率；②升高温度，气体溶解度降低，反而会降低二氧化硫的去除率；④通入空气不仅能氧化HSO－3，还能氧化第一步反应生成的SO2－3，导致第二步反应不能发生，二氧化硫的去除率降低。