高三化学硫酸工业人教版【同步教育信息】一. 本周教学内容：硫酸工业 二. 重点、难点：1. 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SO2氧化为SO3的适宜条件3. 物质纯度、转化率、产率的计算方法4. 副产品的综合利用、综合经济效益的讨论三. 具体内容：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、医药、染料、炸药、化学纤维等它还广泛应用于石油炼制、冶金、机械制造等国民经济部门因此，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H2SO4是非常必要的一）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1. SO2的制取和净化：我国目前一般多用燃烧FeS2来制取SO2化学方程式： 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： （1）培烧黄铁矿的炉子为什么称为沸腾炉？ （2）送进沸腾炉的矿石为什么要粉碎成细小的矿粒？ （3）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： （1）什么叫催化剂中毒？ （2）为什么炉气要净化全才能通过催化剂？ （3）怎样净化炉气？2. SO2氧化成SO3：热化学方程式： 2SO2（气）+ O2（气）2SO3（气）+ 196.6KJ反应装置：接触室。
讲解SO2和O2在接触室里反应生成SO3的反应过程3. SO3的吸收和H2SO4的生成：化学方程式：SO3+H2O=H2SO4 讲解SO3在吸收塔中变成H2SO4的主要过程 提出问题： （1）吸收SO3为什么不用水，而用98.3%的H2SO4？ （2）为什么从上面喷下来？（3）尾气未经处理为什么不许排入大气中？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② 采用适当过量的空气使黄铁矿充分燃烧，依据的原理是增大廉价易得的反应物的浓度，使较贵重的原料得以充分利用③ 通入接触室的混合气体必须预先净化，其原因是：炉气中含有SO2、O2、N2、H2O以及一些其他杂质砷、硒等的化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理④ 在接触室里装有热交换器，它的作用是在SO2接触氧化时，用放出的热来加热未起反应的SO2和空气，这样可以充分利用热能，节约燃烧⑤ 吸收SO2不能用水或稀H2SO4溶液，而用98.3%的浓硫酸，是因为用水或稀H2SO4溶液作吸收剂容易形成酸雾，吸收速度慢。
⑥ 硫酸厂的尾气必须进行处理，因为烟道气里含有大量的SO2，如果不加利用而排入空气会严重污染空气，浪费原料三）应用化学反应速率和勒夏特列原理选择适宜条件1. 催化剂在通常状况下SO2与O2反应的速率很低，这对生产极不利已知有几种物质可以作为加快SO2与O2反应的催化剂，其中较为理想的是五氧化二矾（V2O5），目前工业上都以五氧化二矾作为二氧化硫氧化的催化剂2. 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分析可知，对于二氧化硫的接触氧化 ，需要确定一个既有理想的化学反应速率又有理想的二氧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（93.%～99.2%）都比较理想3. 压强二氧化硫的接触氧化也是一个气体总体积缩小的可逆反应根据化学反应速率和化学平衡理论判断，压强对二氧化硫接触氧化的影响是：增大气体压强，既能提高二氧化硫的平衡转化率，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考虑到加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量的问题，而且在常压下400℃～500℃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 化工生产必须保护环境，严格治理“三废”，并尽可能把“三废”变为有用的副产品，实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和黄铁矿矿渣得到合理利用1. 尾气吸收（氨水吸收）SO2＋2NH3＋H2O=（NH4）2SO3＋H2SO4=（NH4）2SO4＋SO2↑＋H2O （作肥料）（作生产硫酸的原料）2. 污水处理（石灰乳中和） 3. 废渣的作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品位高的矿渣可以炼铁五）能量的充分利用许多化学反应是放热反应化工生产中应充分利用反应热，这对于降低成本具有重要意义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 1. 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。
一般说来，现代化工生产要求有较大的生产规模化工厂厂址选择，涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的抉择2. 硫酸厂选址的因素由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心地区工厂规模的大小，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4. 一种化合物中，一种元素的转化率等于该化合物的转化率，例如在FeS2向SO2转化的过程中，若硫元素的转化率为99%，则FeS2的转化率也为99%5. 在一种组成固定的混合物中，一种组分的转化率等于该混合物的转化率，例如在含FeS230%的黄铁矿向SO2转化的过程中，若FeS2的转化率为85%，则该黄铁矿石的转化率也为85%6. 在同一个化学反应或多个相关联的化学反应中，具有个别元素质量守恒关系的反应物和生成物，反应物的转化率等于生成物的产率，例如在FeS2向SO2转化的过程中，FeS2的转化率必等于SO2的产率，在FeS2向H2SO4转化的过程中，FeS2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（ ）A. 吸收塔不得用水吸收三氧化硫B. 进入接触室的SO2和空气混合物中的其它杂质必须除去C. 硫酸厂的尾气要经碱液或氨水处理后才能排放D. 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解析：接触法制H2SO4的三阶段中，第一阶段是制取和提纯SO2，若用煅烧黄铁矿法因同时有Fe2O3，而处理除杂更复杂，燃硫法则较简单在提纯时用黄铁矿生产的SO2中杂有的砷、硒化合物也较燃硫法多必须提纯除去这些杂质，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H2SO4，若用水吸收会产生大量难以处理的酸雾，所以用98.3%浓H2SO4吸收SO3，生成发烟硫酸，然后按比例与水混合得到浓H2SO4在接触室中2SO2+O22SO3的反应有一些可逆性，虽然SO2的转化率很高，但难免还有SO2与SO3一起进入吸收塔，所以尾气中必然杂有不能被浓H2SO4吸收的SO2，若直接排放会造成严重污染，因此，用碱性物质如氨水、NaOH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=NH4HSO32NH3+H2O+SO2=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SO2，工厂将它压入钢瓶，成为液体SO2出售，这样既防止污染又提高经济效益[例2] 收集的酸雨样品，每隔一段时间测定一次pH值，得到数据如下：时间（小时）开始81624324048pH5.04.84.64.34.24.04.0简答：（1）放置时雨水样品pH变化的主要原因 （2）pH变化的离子方程式解析：酸雨的形成主要是因雨水中溶有SO2、SO3和一些硫酸盐，但以SO2为主SO3的形成是因为在空气中的飘尘作用下一部分SO2被O2氧化，或污染空气的NO2和SO2的作用而产生SO3，在降水时，SO3也溶入雨水成H2SO4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，溶液的酸性渐强至40小时后，PH不再变化，表明使PH降低的反应业已停业在酸雨中SO2溶入为中强酸，SO3溶入为强酸，但强酸H2SO4不再变化，只可能H2SO3被氧化而补充了H2SO4（硫酸）至SO2和H2SO3全氧化为H2SO4后，pH稳定到4.0答案：（1）雨水样里中强酸H2SO3和SO2不断被空气中的氧气氧化生成强酸H2SO4，所以PH值随时间延长而H+离子浓度增加，PH下降，至全部氧化完成后，溶液中形成的H2SO4不会氧化和挥发，这时pH稳定。
2）H2O+SO2+O2®2H++SO42－ 或2H2SO3+O2®4H++2SO42－ 点评：数据处理题要从分析数据的变化得到启示，可假设一些可解性，如SO2和H2SO3的氧化，雨水样品水分，蒸发变浓，又在放置进溶于SO2但根据pH稳定在4.0，可排除后二者[例3] 现有一份“将二氧化硫转化为硫酸铵”的资料，摘录如下：“一个典型的实例：初步处理的废气含0.2%的二氧化硫和10%的氧气（体积分数）在400℃时废气以5m3/h的速率通过五氧化二钒催化剂层与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：（1）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，该资料中这个比值是 ，简述不采用2:1的理由 2）通过计算，说明为什么废气以5m3/h的速率与20L/h速率的氨气混合？（3）若某厂每天排放1×104m3这种废气，按上述方法该厂每月（按30天计）可得硫酸氨多少吨？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SO2——SO3—2NH3—可知废气中SO2与NH3应以1:2通入。
答案：（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2）废气中SO2：1000×5×0.2%。