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1、第五单元 硫酸工业,第一节接触法制硫酸,练习 用化学方程式实现下列各物质之间的转化,阅读提纲 阅读教材并讨论下列问题。 1.为什么说硫酸的消费量被视为一个国家工业发达水平的一种标志? 2.工业制硫酸的原料是什么?,硫磺、 黄铁矿、 石膏、 有色金属冶炼厂的烟气（含一定量的SO2气）等.,世界硫酸生产的原料构成,我国硫酸生产的原料构成 19881992年中国硫酸生产的原料构成(%),3.工业制硫酸分成几个阶段?每个阶段的反应原理是什么?,(1).造气 (2).接触氧化 (3).三氧化硫的吸收,硫酸生产反应式,硫酸工业生产的原理,第一步：,第二步：,第三步：,阅读教材,讨论、回答问题。 1.造气(
2、1)燃烧黄铁矿的设备叫为什么叫沸腾炉? (2)黄铁矿燃烧时为什么要粉碎成细小的矿粒,并且在燃烧炉中通入强大的空气流使之“沸腾”呢?(3)为什么通入接触室的“炉气”必须预先进行净化和干燥?,沸腾炉,沸 腾 炉,(2)根据平衡移动原理,反应在较高还是较低的温度下进行更有利?,2. 接触氧化,(3)根据平衡移动原理,反应在较高 还是较低的压强下进行更有利?,接触室,接 触 室,3.三氧化硫的吸收:,(1)吸收剂是什么?如果用水或稀硫酸吸收SO3会造成什么后果?,(2)为了更好吸收SO3 ,采取了哪些措施?,吸收塔,吸 收 塔,硫酸工业生产流程动画,硫酸的工业生产,沸 腾 炉,接 触 室,吸 收 塔,
3、净化,冷 却,4.尾气处理,(1)尾气的成分:SO2（少量）、O2、N2,（2）尾气处理要经过两个过程： 一是进行第二次氧化； 二是将两次氧化后的气体加以净化 后回收处理。,工业制硫酸的主要工艺及原理,1工业上用接触法制硫酸时，从沸腾炉内导出的炉气，要经过净化的理由是（ ）,思考题,B,A为了减少对大气的污染 B防止催化剂中毒 C炉气还含有一些其他有用成分，以 便综合利用 D为了制得更纯的H2SO4,2对于接触法制硫酸的生产操作与说明生产操作的主要理由两者都正确的是 ( ) A硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧 B三氧化硫的吸收采取逆流的形式，目的是增大其与吸收剂的接触面积 C二氧
4、化硫氧化成三氧化硫时需使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率 D三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使其吸收完全,BD,3.在硫酸的工业生产中，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（见下图）。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为（ ）,C,ASO2 BSO3 O2 CSO2 O2 DSO2 SO3,4. 为防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时，有关“固硫”（不使含硫化合物进入大气）反应的化学方程式。,【答案】 CaO+SO2=CaSO3， 2CaSO3+O2=2CaSO4,上
5、述方法称为“钙基固硫法”。这种方法实际上是把生石灰或石灰石的粉粒掺入煤中，再进行燃烧。利用石灰石分解生成的CaO也能吸收SO2，但因石灰石分解是吸热反应，所以用CaCO3固硫比用CaO固硫多消耗部分热量。 2CaSO3+O2=2CaSO4这个反应易漏写，在有空气存在和高温条件下，CaSO3易被氧化为CaSO4，这可以得出一条规律：温度高时，热稳定性不够好的物质将向热稳定性物质转化，如本题涉及CaCO3CaSO3CaSO4的转化。以防漏写其中一个方程式。,5.现有1 L含SO3为30%的发烟硫酸（密度为1.95g/cm3），要把它稀释成浓度为95%的浓硫酸，要加水约为 ( ) A120 mL B
6、180 mL C240 mL D300 mL,C,1L含SO3为30%的发烟硫酸中含SO3为1000cm31.95g/cm330%=585g，与SO3反应所需水量为,585g/80g/mol18g/mol=131.625g，,95% H2SO4溶液中溶剂为:,则H2SO4为: 1000cm31.95g/cm3+131.625g=2081.625g,所以，总共需加水为: 131.625 g+110 g=241.625 g,【解题回顾】 本题可用S原子守恒巧解，原溶液的质量为1950 g，设最终溶液质量为x 195030%/80+195070%/98=95%x/98 x=2194 则需加水的质量为
7、2191-1950=241,5.某化工厂每小时生产a t（吨）98%（质量分数）硫酸。为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为b%。若空气中氧气的体积分数为21%，且不考虑各生产阶段的物料损失，则（1）该厂每小时消耗标准状况下空气的体积为 m3。（2）为满足题设要求，b%的下限等于 。,【解析】（1）每小时生产的纯硫酸为 (a106g98%)98g/mol=a104mol。生产过程中生成的SO2和SO3也都是a104mol。设每小时消耗空气的体积为V，则由S+O2=SO2消耗O2的体积等于生成的SO2体积，即燃烧前空气的体积等于燃烧后混合气体的
8、体积，据此可得以下关系：空气中O2的体积=反应中消耗的O2的体积+燃烧后混合气体中O2的体积，即V21%=a104mol22.4L/mol10-3 m3/L+Vb%，V=22400a/(21-b)。,（2）“b的下限”，其含义是指燃烧后剩余的O2在第二步催化氧化时恰好完全反应，也就是说，燃烧前空气中的氧（空气体积的21%）恰好满足两步反应。因S+O2=SO2和O2+2SO2=2SO3两步反应耗O2之比为21，故燃烧后（第一步反应后）混合气体中O2的体积分数的下限是b%=(1/3)21%=7%。,6.红旗化工设计院承担某硫酸厂的设计任务，该厂要求： 第一：为了控制污染和提高生产效率，不再使用黄铁
9、矿，改用固体硫为原料。 第二：改二次送风（鼓入空气）为一次送风，即送风后使硫充分燃烧，并在下一步催化氧化时不再补充空气。 第三：每天生产98% H2SO4 50 t。第四：送风机每天输送空气的体积为5000m3/台（标况）.,求：（1）每天消耗含硫95%的固体硫多少吨？（2）理论上应安装多少台送风机？ （3）固体硫充分燃烧后的混合气体中氧气的体积分数(O2)的下限为多少？ （4）实际安装送风机的台数应略多于理论数（不考虑损坏），为什么？能否过分增加送风机的台数，为什么？（转化过程不考虑损耗；固体硫中杂质与空气不反应；空气中氧气的体积分数为21%）,（1）设每天消耗固体硫的质量为x，根据反应前后
10、硫元素守恒，得： x95%=(5.0107g98%/98g/mol)32 g/ mol x=1.68107g=16.8 t,（2）每天生产的纯H2SO4的物质的量为5.010798%g/98g/ mol=5.0105 mol，因而生产过程中生成的SO2和SO3都是5.0105 mol。由于SSO2，SO2SO3中所需氧元素均由空气提供，根据氧元素守恒，每天至少消耗空气的体积为：V(空气) =3/25.0105mol22.4mol/L103m3/L21%=80000m3 故理论上安装送风机的台数=80000m3/5000 m3=16台,（3）本小题中“(O2)的下限”，其含义是指燃烧后剩余的O2
11、在第二步催化氧化时恰好完全反应，即燃烧前空气中的氧恰好满足S+O2=SO2及2SO2+O2=2SO3两步反应。因上述两步反应的耗O2量之比为21，所以燃烧后（第一步反应后）混合气体中O2的体积下限V=V(空气)21%1/3= V(空气)7%。,（4）由于S+O2=SO2是气体体积不变的反应，故燃烧后混合气体的体积与通入的空气体积V(空气)相等，适当增加送风量（即增加O2的量）可促使平衡正向移动，提高SO2的转化率。但若过多增大送风量，不仅增加动力消耗，还会降低反应所需的温度，其结果加大了生产成本。综上所述，安装送风机的台数应略大于理论数，但不能过多。,据中国环境报报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积40%以上。研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿元。为了有效控制酸雨，目前国务院以批准了酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案等法规。,了解,1 工业上接触法制硫酸的化学反应原理原料生产流程典型设备.了解化学反应原理 生产原料生产流程典型设备的内在联系. 2生产流程的每一阶段最佳工艺条件. 3关于硫酸工业综合经济效益讨论,知道,沸腾炉照片,沸 腾 炉,接触室照片,接 触 室,