高中化學(xué) 2.3 硫酸工業(yè)學(xué)案2 蘇教版選修2.doc

硫酸工業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1掌握接觸法制硫酸的化學(xué)反應(yīng)原理，并了解生產(chǎn)過(guò)程和幾個(gè)典型設(shè)備，以及生產(chǎn)中的一些重要操作。2理解接觸氧化反應(yīng)條件的選擇原理，加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識(shí)的理解。3通過(guò)有關(guān)硫酸工業(yè)的計(jì)算，進(jìn)一步鞏固多步反應(yīng)的化學(xué)原理。情感目標(biāo)：通過(guò)對(duì)硫酸工業(yè)“三廢”、能量的利用以及生產(chǎn)規(guī)模、廠址的選擇等的討論，認(rèn)識(shí)環(huán)境保護(hù)的重要性，培養(yǎng)良好的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)：接觸法制硫酸的化學(xué)原理；so2接觸氧化的適宜條件的選擇。學(xué)習(xí)過(guò)程： 自學(xué)探究1討論：考慮原料和成本等因素，你認(rèn)為工業(yè)合成硫酸的途徑如何？2請(qǐng)寫(xiě)出由s生成h2so4的化學(xué)反應(yīng)方程式。3接觸法制硫酸的過(guò)程和原理：（1）造氣： (在 中進(jìn)行)；（2）接觸氧化： （在 中進(jìn)行）；（3）so3的吸收： （在 中進(jìn)行）?！締?wèn)題】我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)硫酸的性質(zhì)，了解了硫酸的有關(guān)知識(shí)，請(qǐng)同學(xué)們思考：硫酸在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有哪些重要用途？【回答】 【問(wèn)題】根據(jù)所學(xué)的知識(shí)寫(xiě)出生產(chǎn)硫酸的化學(xué)反應(yīng)方程式。 一、反應(yīng)原理【問(wèn)題】生產(chǎn)硫酸的原料可以用硫磺，還可以用黃鐵礦。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，應(yīng)采用哪一種更適合？【投影】我國(guó)硫酸工業(yè)中原料的利用資料(下表)?！緦W(xué)生活動(dòng)】回答問(wèn)題。 【問(wèn)題】已知一定條件下 24 g fes2固體燃燒生成so2氣體和fe2o3固體，同時(shí)釋放170.6 kj的熱量，請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。 【問(wèn)題】該反應(yīng)是硫酸工業(yè)生產(chǎn)中第一階段的反應(yīng)，請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材并思考：該階段的名稱是什么？反應(yīng)設(shè)備是什么？如何使黃鐵礦充分燃燒？反應(yīng)產(chǎn)物是什么？產(chǎn)物為什么要凈化？【閱讀】閱讀教材，討論、回答問(wèn)題。 第一階段：造氣 設(shè)備：沸騰爐 產(chǎn)物：爐氣【投影】電腦模擬沸騰爐工作。 【問(wèn)題】該反應(yīng)的特點(diǎn)是什么？ 催化劑【討論】2so2(g)o2(g) 2so3(g)；h196.6 kj/mol的反應(yīng)特點(diǎn)。 反應(yīng)特點(diǎn)：1 反應(yīng) 2總體積 3 熱4 催化劑 【問(wèn)題】根據(jù)平衡移動(dòng)原理，反應(yīng)在較高還是較低的溫度下進(jìn)行更有利？ 【投影】不同溫度下so2的平衡轉(zhuǎn)化率(圖中縱坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)化率/)原料氣成分(體積分?jǐn)?shù))so2 7o2 11n2 82壓強(qiáng) 0.1 mpa【回答】 【問(wèn)題】根據(jù)平衡移動(dòng)原理，反應(yīng)在較高還是較低的壓強(qiáng)下進(jìn)行更有利？ 【回答】 【投影】圖二 【回答】 【閱讀】閱讀教材，了解該生產(chǎn)階段的名稱、設(shè)備、實(shí)際采用的生產(chǎn)條件，并思考為什么這樣做。 【討論回答】閱讀討論后回答 。反應(yīng)條件：理論 實(shí)際應(yīng)用： 【分析】so2接觸氧化是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，理論上在溫度較低的條件下進(jìn)行最為有利。但是溫度較低時(shí)催化劑活性不高，反應(yīng)速率低，從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮對(duì)生產(chǎn)不利，所以生產(chǎn)中選擇400一500；同時(shí)該反應(yīng)又是一個(gè)總體積縮小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，so2的轉(zhuǎn)化率能提高，但so2的平衡轉(zhuǎn)化率提高的并不多，若加壓必增加設(shè)備的耐壓力，增大投資和能量消耗且在常壓下和400500時(shí)so2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，故通常采用常壓。又因?yàn)榉磻?yīng)是so2和o2在催化劑表面接觸時(shí)發(fā)生的，故這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法?！纠}】工業(yè)上要將尾氣中的so2轉(zhuǎn)化為硫酸銨。下面是摘自某廠生產(chǎn)記錄的一些資料：“初步處理后的廢氣含0.2%的二氧化硫和10%的氧氣（體積含量），在400時(shí)廢氣以5m3/h的速率通過(guò)五氧化二礬催化劑層與20l/h速率的氨氣混合，再噴水，此時(shí)氣體溫度由400降到200，在熱的結(jié)晶裝置中得到硫酸銨晶體”（氣體體積均已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）。仔細(xì)閱讀上文，回答下列問(wèn)題：（1）按反應(yīng)中的理論值，二氧化硫和氧氣的物質(zhì)的量之比為2:1，該資料中二氧化硫和氧氣的物質(zhì)的量比值是多少？為什么跟化學(xué)反應(yīng)中的理論值相差較大？（2）若每天某廠排放1000m3這種廢氣，按上述方法每月（按30天計(jì)算）消耗氨氣多少噸？【解析】 （1）v(so2):v(o2)=0.2%:10%=1:50。根據(jù)化學(xué)平衡原理，增大氧氣的量，可以促進(jìn)化學(xué)平衡向正反應(yīng)方面進(jìn)行，從而提高二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化率。（2）每月排入的廢氣中二氧化硫的體積為：1000m3300.2%=600m3廢氣以5m3/h的速率通過(guò)五氧化二礬催化劑層與20l/h速率的氨氣混合，相當(dāng)于so2跟nh3以1:2的體積比混合。即發(fā)生反應(yīng)為：4nh3+2so2+o2=2(nh4)2so4所以，600m3的二氧化硫氣體需氨氣的體積為：6002=1200m3相當(dāng)于消耗氨0.912t。練習(xí)：工業(yè)上測(cè)量so2、n2、o2混合氣體中so2含量的裝置如下圖。反應(yīng)管中裝有碘的淀粉溶液。so2和i2發(fā)生的反應(yīng)為（n2、o2不與i2反應(yīng)）：so2+i2+2h2o=h2so4+2hi（1）混合氣體進(jìn)入反應(yīng)管后，量氣管內(nèi)增加的水的體積等于_的體積（填寫(xiě)氣體的分子式）。（2）反應(yīng)管內(nèi)溶液藍(lán)色消失后，沒(méi)有及時(shí)停止通氣。則測(cè)得的so2含量_（選填：偏高，偏低，不受影響）。（3）反應(yīng)管內(nèi)的碘的淀粉溶液也可以用_代替（填寫(xiě)物質(zhì)名稱）。（4）若碘溶液體積為vaml，濃度為c moll-1，n2與o2的體積為vbml（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積）。用va、c moll-1、vb表示so2的體積百分含量為：_。（5）將上述裝置改為簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置，除導(dǎo)管外，還需選用的儀器為_(kāi)（選填下列儀器的編號(hào)）。a、燒杯 b、試管 c、廣口瓶 d、容量瓶 e、量筒 f、單孔塞 g、雙孔塞【答案】（1）反應(yīng)管的作用是吸收so2，所以剩余的氣體是n2、o2。量氣管中增加的水的體積是n2、o2的體積。（2）若反應(yīng)管內(nèi)溶液藍(lán)色消失，說(shuō)明其中的i2已消耗完，此時(shí)若再通入待測(cè)混合氣體，其中的so2不能被吸收，所測(cè)得的so2的含量會(huì)偏低。（3）反應(yīng)管中的試劑應(yīng)具備兩個(gè)條件，一是能吸收so2，二是要明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以利判斷是否完全反應(yīng)。酸性高錳酸鉀或溴水都可作為吸收劑。（4）考查化學(xué)計(jì)算能力，根據(jù)題給反應(yīng)可得：v(so2)%=100%（5）量氣管可用量筒代替，反應(yīng)管可用試管或廣口瓶代替，所以可以有如下三種組合：bceg或beg或ceg?！咀鳂I(yè)】課后習(xí)題四、1，2。2.3.2 硫酸的生產(chǎn)工藝學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)：1掌握接觸法制硫酸的化學(xué)反應(yīng)原理，并了解生產(chǎn)過(guò)程和幾個(gè)典型設(shè)備，以及生產(chǎn)中的一些重要操作。2理解接觸氧化反應(yīng)條件的選擇原理，加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識(shí)的理解。3通過(guò)有關(guān)硫酸工業(yè)的計(jì)算，進(jìn)一步鞏固多步反應(yīng)的化學(xué)原理。情感目標(biāo)：通過(guò)對(duì)硫酸工業(yè)“三廢”、能量的利用以及生產(chǎn)規(guī)模、廠址的選擇等的討論，認(rèn)識(shí)環(huán)境保護(hù)的重要性，培養(yǎng)良好的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)：接觸法制硫酸的化學(xué)原理；so2接觸氧化的適宜條件的選擇。學(xué)習(xí)過(guò)程：【問(wèn)題】上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了工業(yè)生產(chǎn)硫酸的原理及第一、二階段的生產(chǎn)情況，請(qǐng)同學(xué)們完成下面問(wèn)題。【投影】圖一1設(shè)備a是，在a中進(jìn)行的反應(yīng)方程式是：。處通入或放出的物質(zhì)是、。2設(shè)備b是，在b中進(jìn)行的反應(yīng)方程式是：。處放出的物質(zhì)是、。【學(xué)生回答】 【多媒體】電腦模擬接觸室中熱交換器的工作原理。【問(wèn)題】下一個(gè)生產(chǎn)階段是so3的吸收，請(qǐng)同學(xué)閱讀教材，了解為使so3被充分吸收，生產(chǎn)中采取了哪些措施？ 【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材并討論。【歸納】 。第三階段：so3的吸收 設(shè)備：吸收塔 反應(yīng)：so3(g)h2o (l)= h2so4(l)；h=-130.3 kj/mol【問(wèn)題】從吸收塔上部導(dǎo)出的氣體成分是什么？能否直接排入空氣？為什么？【討論】討論后回答。 【小結(jié)】 。 【填表】生產(chǎn)階段設(shè)備名稱主要反應(yīng)主要產(chǎn)品提高產(chǎn)率措施造氣接觸氧化so3的吸收 【練習(xí)】1在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于so2的轉(zhuǎn)化，且能充分利用熱能，采用 了中間有熱交換器的接觸室（如右圖），圖中在a、b、c處流入或流出的 氣體正確的是（ ）aa處so2、n2 bb處so2、o2、n2ca處so3、o2 dc處so3、n22在接觸法制硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，下列生產(chǎn)操作及其原因解釋二者都正確 的是（ ）a硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)閴K狀硫鐵礦不能燃燒bso2氧化為so3時(shí)需要高壓，這樣可以提高so2的轉(zhuǎn)化率cso2氧化為so3時(shí)需要使用催化劑，這樣可以提高so2的轉(zhuǎn)化率d用98.3%的濃h2so4吸收so3，可以防止形成酸霧阻礙so3的吸收 3接觸法制硫酸和工業(yè)制硝酸分別經(jīng)過(guò)以下的變化：fes2so2so3h2so4， nh3nono2hno3 下列說(shuō)法正確的是（ ）。a所有變化都是氧化-還原反應(yīng) b都是化合反應(yīng)c反應(yīng)都要用催化劑 d反應(yīng)需要足量的氧氣4在氧氣中灼燒0.8g由硫、鐵元素組成的化合物，使其中的硫經(jīng)過(guò)一系列變化最終全部轉(zhuǎn)化為硫酸，用20 ml 1 moll-1的燒堿溶液恰好能完全中和這些硫酸，則原混合物中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為（ ）。（a）40% （b）46% （c）53.3% （d）80 %5接觸法制硫酸的原料是 ，生產(chǎn)過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)原理是： 。6硫酸最古老的生產(chǎn)方法是：把綠礬裝入反應(yīng)容器中加強(qiáng)熱，會(huì)流出油狀物，并放出有刺激性氣味的氣體，反應(yīng)容器中的固體變?yōu)榧t色。這個(gè)變化過(guò)程可用兩個(gè)化學(xué)方程式表示： ， 。7含fes280%的硫鐵礦，煅燒時(shí)損失硫5%，so2氧化成so3時(shí)利用率為98%，問(wèn)生產(chǎn)1 t 98%的硫酸，需要這種硫鐵礦多少t？8取1g含sio2和fes2的礦石樣品，在氧氣中充分燃燒，殘余固體質(zhì)量為0.84g，用這種礦石100噸，可以制得98%的h2so4多少噸？（設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中硫損失2%）9假設(shè)so2接觸氧化過(guò)程產(chǎn)生的熱量有70%可以利用，請(qǐng)問(wèn)生產(chǎn)100 t 98%的硫酸在接觸氧化過(guò)程中能節(jié)約多少能量。（已知h= -98.3kj/mol）10（1）據(jù)科技消息報(bào)報(bào)道：由于廢氣排放致使地球南極上空的a層出現(xiàn)了400多萬(wàn)平方公里的空洞，有害宇宙線長(zhǎng)驅(qū)直入，把b分解，密度較小的氫就會(huì)逃逸到宇宙空間，剩下的氧最終會(huì)使土壤c，從而使地球人類(lèi)正在重蹈火星的覆轍。根據(jù)以上敘述，回答問(wèn)題。填充：a_b_c_。寫(xiě)出a與b對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式：a_b_。（2）據(jù)中國(guó)環(huán)境報(bào)報(bào)道：從一份科技攻關(guān)課題研究結(jié)果顯示，我國(guó)酸雨區(qū)已占國(guó)土面積的40%。研究結(jié)果還表明，酸雨對(duì)我國(guó)農(nóng)作物、森林等影響區(qū)域大。如圖是研究酸雨成因的學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的“催化棒”。用兩根外面套有玻璃管的粗導(dǎo)線穿過(guò)橡皮塞并固定于粗玻璃管中，在其中一端用電熱絲連接起來(lái)，即制成“催化棒”。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通直流電源，使電熱絲紅熱，然后將紅熱的電熱絲伸入裝有so2和空氣的集氣瓶中，瓶中立即出現(xiàn)_ 現(xiàn)象，再往其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，又出現(xiàn)_現(xiàn)象。請(qǐng)回答：以上實(shí)驗(yàn)中可得出酸雨成因的化學(xué)原理是_。目前一座中等城市每年用煤約300萬(wàn)噸，其含硫量如按1%計(jì)算，則每年排放so2多少噸？若此二氧化硫有60%轉(zhuǎn)化為硫酸，相當(dāng)于生成多少噸98%硫酸？為了防治酸雨，降低煤燃燒時(shí)向大氣排放的so2，工業(yè)上將生石灰和含硫煤混合后使用。請(qǐng)寫(xiě)出燃燒時(shí)，有關(guān)“固硫”（不使硫的化合物進(jìn)入大氣）反應(yīng)的化學(xué)方程式_,并比較此法與將“石灰石粉未與含硫煤混合”使用防治酸雨的方法，哪個(gè)更好些？答_（填“生石灰法”或“石灰石法”）如每隔一段時(shí)間測(cè)定某份雨水（酸雨）樣品的ph，請(qǐng)作出有關(guān)時(shí)間與酸雨ph變化的曲線圖。國(guó)際上最新采用“飽和亞硫酸鈉溶液吸收法”，請(qǐng)寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式_。參考答案1b 2d 3cd 4a。5硫鐵礦（或硫）、空氣，s(g)+o2 (g)=so2(g) 、 催化劑4fes2(s)+11o2(g) =2fe2o3(g)+8so2(g)、2so2(g)+o2(g)2so3(g)、so3(g)+h2o(l)= h2so4(l)；62feso47h2o =