化學(xué)選修二第一章第一節(jié)化工生產(chǎn)過程中的基本問題

走進(jìn)化學(xué)工業(yè)硫酸的用途自然界有沒有天然的硫酸？自然界中存在的含硫的物質(zhì)有哪些？這些物質(zhì)要經(jīng)過哪些中間產(chǎn)物才能變成硫酸？思考：【思考與交流1】

如果以硫磺為原料制硫酸，你能試著用化學(xué)方程式表示制硫酸的反應(yīng)原理嗎？硫酸生產(chǎn)反應(yīng)式以硫磺為原料:S(s)+O2(g)SO2(g)

高溫第一步：(造氣)第二步：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化劑加熱(催化氧化)SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l)第三步：(吸收)一、依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理確定生產(chǎn)過程制取硫酸流程圖P5圖1-2H2SO4SO3SO2SFeS2H2OO2O2O2V2O5概括為：三個(gè)階段，三個(gè)方程，三個(gè)設(shè)備硫酸工業(yè)生產(chǎn)的三個(gè)主要設(shè)備98.3%H2SO4SO2O2SO2O24FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2高溫主要反應(yīng)：主要設(shè)備：沸騰爐(焚硫爐)1.二氧化硫的制取和凈化爐氣SO2O2N2水蒸氣

砷和硒的化合物礦塵使催化劑中毒對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響凈化措施：除塵洗滌干燥廢渣的利用：煉鐵、制造水泥、制磚、提煉貴重金屬黃鐵礦空氣爐渣爐氣2.二氧化硫氧化成三氧化硫接觸室400-500℃

V2O52SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)主要反應(yīng)：主要設(shè)備：二氧化硫與氧氣是在催化劑的表面上接觸時(shí)起反應(yīng)的，接觸室和接觸法的名稱由此而得。3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成吸收塔SO3+H2O=H2SO4為什么不用水來吸收三氧化硫？三氧化硫與水化合時(shí)，放出大量熱。易形成酸霧，不利于三氧化硫的吸收。產(chǎn)物叫發(fā)煙硫酸主要反應(yīng)：主要設(shè)備：98.3%H2SO4二、生產(chǎn)中原料的選擇：【思考與交流2】

在我國，工業(yè)制硫酸原料的選擇，有以下問題需要考慮：1.從基建投資、加工費(fèi)用及環(huán)境保護(hù)等方面考慮，用硫磺制硫酸的裝置優(yōu)于用黃鐵礦制硫酸的裝置；2.我國的天然硫資源缺乏，而且開采條件比較復(fù)雜；3.我國黃鐵礦儲(chǔ)量比天然硫磺要大，但也存在供不應(yīng)求的趨勢；4.硫磺制硫酸比黃鐵礦制硫酸生產(chǎn)流程短，設(shè)備簡單，三廢治理量小，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，易于設(shè)備大型化；5.由于原料多需進(jìn)口，硫磺制硫酸成本略高于黃鐵礦制硫酸；設(shè)備大型化可降低成本；……

二、生產(chǎn)中原料的選擇：今后的發(fā)展趨勢會(huì)是怎樣的呢？你有什么好的建議嗎？

實(shí)際上，在早期相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，我國主要是以黃鐵礦為原料制硫酸的。你認(rèn)為這是為什么？

從世界目前的狀況來看，很多國家都已經(jīng)限制以黃鐵礦為原料制硫酸。你認(rèn)為這是為什么？練習(xí)

硫酸最古老的生產(chǎn)方法是：把綠礬（FeSO4?7H2O）裝入反應(yīng)器中加強(qiáng)熱，會(huì)流出油狀液體，并放出有刺激性氣味的氣體（SO2），反應(yīng)器中的固體變?yōu)榧t色．這個(gè)變化的過程中兩個(gè)化學(xué)方程式為：接觸室400-500℃

V2O52SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)主要反應(yīng)：主要設(shè)備：三、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制：當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)可計(jì)算SO2的轉(zhuǎn)化率，條件改變，平衡會(huì)移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率會(huì)發(fā)生改變。三、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制：[思考與交流3]表1和表2是SO2催化氧化反應(yīng)的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請思考和交流以下問題：溫度/℃4004504755005255505756006501000轉(zhuǎn)化率/%99.297.595.893.590.585.679.973.758.55.0

表1不同溫度下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率【原料氣成分（體積分?jǐn)?shù)）：SO27%，O211%,N282%;壓強(qiáng)：0.1Mpa】三、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制：[思考與交流3]表1和表2是SO2催化氧化反應(yīng)的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請思考和交流以下問題：表2壓強(qiáng)對SO2平衡轉(zhuǎn)化率的影響【原料氣成分（體積分?jǐn)?shù)）：SO27%，O211%,N282%;壓強(qiáng)：0.1Mpa】0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4轉(zhuǎn)化率/%溫度/℃壓強(qiáng)/Mpa1Mpa=106pa,1atm=1.01×105pa勒夏特列原理：如果改變影響平衡的一個(gè)條件（如濃度、溫度、壓強(qiáng)等），平衡就向減弱這種改變的方向移動(dòng)。例1.對已達(dá)到化學(xué)平衡的反應(yīng)2X(g)+Y(g)2Z(g)減小壓強(qiáng)時(shí)，對反應(yīng)產(chǎn)生的影響是（）A.逆反應(yīng)速率增大，正反應(yīng)速率減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)B.逆反應(yīng)速率減小，正反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)C.正、逆反應(yīng)速率都減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)D.正、逆反應(yīng)速率都減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)C例2．在一定條件下，氮?dú)馀c氫氣合成氨反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，此時(shí)，再進(jìn)行如下操作，平衡不發(fā)生移動(dòng)的是（）A.恒溫、恒容時(shí)，充入NH3

B.恒溫、恒容時(shí)，充入N2C.恒溫、恒壓時(shí)，充入HeD.恒溫、恒容時(shí)，充入HeD思考與交流：對于上述SO2的催化氧化反應(yīng)：如果其它條件不變，分別改變下列條件，將對化學(xué)平衡有什么影響？SO2的轉(zhuǎn)化率如何改變？①增大O2的濃度；②減小SO3的濃度。思考與交流3

2.在實(shí)際生產(chǎn)中，還有以下問題值得考慮：①溫度較低時(shí)催化劑的活性不高，反應(yīng)速率低；②加壓對設(shè)備的要求高，會(huì)增加成本和能量消耗；等等。在考慮以上問題后，你剛才的想法會(huì)改變嗎？現(xiàn)在請你為實(shí)際生產(chǎn)中SO2的催化氧化反應(yīng)選擇一個(gè)合適的溫度和壓強(qiáng)。

1.從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，你認(rèn)為SO2的催化氧化反應(yīng)應(yīng)在什么溫度和壓強(qiáng)條件下有利于SO3的生成？硫酸生產(chǎn)中的適宜條件：1.低溫(400~500℃)2.常壓3.合適的催化劑4.適當(dāng)過量的空氣三、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制：SO3濃H2SO4超濃H2SO4Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2OCaSO3+H2SO4=CaSO4+H2O+SO2↑循環(huán)利用尾氣吸收四、生產(chǎn)中三廢的處理例3、能用于測定硫酸尾氣中SO2含量的是_______A．NaOH溶液、酚酞試液 B．KMnO4溶液、稀H2SO4C．碘水、淀粉溶液 D．氨水、酚酞試液BC例4、除去SO2中的SO3，并得到純凈的SO2，最好使混合氣體通過（）A．水B．NaHSO3飽和溶液C．NaHCO3飽和溶液

D．98.3%濃硫酸例5、工業(yè)生產(chǎn)中常用氨--硫酸法進(jìn)行尾氣脫硫，以達(dá)到消除污染、廢物利用的目的，用兩