高中化學《硫酸工業(yè)》學案2 蘇教版選修2

《硫酸工業(yè)》接觸法制硫酸的化學原理學案學習目標：1．掌握接觸法制硫酸的化學反應原理，并了解生產過程和幾個典型設備，以及生產中的一些重要操作。 2．理解接觸氧化反應條件的選擇原理，加深對化學反應速率和化學平衡知識的理解。 3．通過有關硫酸工業(yè)的計算，進一步鞏固多步反應的化學原理。情感目標：通過對硫酸工業(yè)“三廢”、能量的利用以及生產規(guī)模、廠址的選擇等的討論，認識環(huán)境保護的重要性，培養(yǎng)良好的環(huán)境保護意識。學習重點難點：接觸法制硫酸的化學原理；SO2接觸氧化的適宜條件的選擇。學習過程：[自學探究] 1．討論：考慮原料和成本等因素，你認為工業(yè)合成硫酸的途徑如何？ 2．請寫出由S生成H2SO4的化學反應方程式。 3．接觸法制硫酸的過程和原理： （1）造氣：(在中進行)； （2）接觸氧化：（在中進行）； （3）SO3的吸收：（在中進行）?！締栴}】我們已經學習過硫酸的性質，了解了硫酸的有關知識，請同學們思考：硫酸在工農業(yè)生產中有哪些重要用途？【回答】【問題】根據所學的知識寫出生產硫酸的化學反應方程式。一、反應原理【問題】生產硫酸的原料可以用硫磺，還可以用黃鐵礦。根據我國的實際情況，應采用哪一種更適合？【投影】我國硫酸工業(yè)中原料的利用資料(下表)。【學生活動】回答問題。【問題】已知一定條件下24gFeS2固體燃燒生成SO2氣體和Fe2O3固體，同時釋放170.6kJ的熱量，請寫出該反應的熱化學方程式?！締栴}】該反應是硫酸工業(yè)生產中第一階段的反應，請同學們閱讀教材并思考：①該階段的名稱是什么？②反應設備是什么？③如何使黃鐵礦充分燃燒？④反應產物是什么？產物為什么要凈化？【閱讀】閱讀教材，討論、回答問題。第一階段：造氣設備：沸騰爐產物：爐氣【投影】電腦模擬沸騰爐工作?！締栴}】該反應的特點是什么？催化劑【討論】2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)；△H＝196.6kJ/mol的反應特點。催化劑反應特點：1． 反應2．總體積 3．熱 4．催化劑【問題】根據平衡移動原理，反應在較高還是較低的溫度下進行更有利？【投影】不同溫度下SO2的平衡轉化率(圖中縱坐標表示轉化率/％)[原料氣成分(體積分數)SO27％ O211％ N282％ 壓強0.1Mpa]【回答】【問題】根據平衡移動原理，反應在較高還是較低的壓強下進行更有利？【回答】【投影】圖二【回答】【閱讀】閱讀教材，了解該生產階段的名稱、設備、實際采用的生產條件，并思考為什么這樣做?！居懻摶卮稹块喿x討論后回答。反應條件：理論實際應用：【分析】SO2接觸氧化是一個可逆的放熱反應，理論上在溫度較低的條件下進行最為有利。但是溫度較低時催化劑活性不高，反應速率低，從綜合經濟效益考慮對生產不利，所以生產中選擇400℃一500℃；同時該反應又是一個總體積縮小的氣體反應，增大壓強，SO2的轉化率能提高，但SO2的平衡轉化率提高的并不多，若加壓必增加設備的耐壓力，增大投資和能量消耗且在常壓下和400℃～500℃時SO2的平衡轉化率已經很高，故通常采用常壓。又因為反應是SO2和O2在催化劑表面接觸時發(fā)生的，故這種生產硫酸的方法叫做接觸法?！纠}】工業(yè)上要將尾氣中的SO2轉化為硫酸銨。下面是摘自某廠生產記錄的一些資料：“……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℃時廢氣以5m3/h的速率通過五氧化二礬催化劑層與20L/h速率的氨氣混合，再噴水，此時氣體溫度由400℃降到200℃，在熱的結晶裝置中得到硫酸銨晶體 （1）按反應中的理論值，二氧化硫和氧氣的物質的量之比為2:1，該資料中二氧化硫和氧氣的物質的量比值是多少？為什么跟化學反應中的理論值相差較大？ （2）若每天某廠排放1000m3【解析】（1）V(SO2):V(O2)=0.2%:10%=1:50。根據化學平衡原理，增大氧氣的量，可以促進化學平衡向正反應方面進行，從而提高二氧化硫轉化為三氧化硫的轉化率。 （2）每月排入的廢氣中二氧化硫的體積為：1000m3廢氣以5m3/h的速率通過五氧化二礬催化劑層與20L/h速率的氨氣混合，相當于SO2跟NH3以1:2的體積比混合。即發(fā)生反應為：4NH3+2SO2+O2=2(NH4)2SO4所以，600m3的二氧化硫氣體需氨氣的體積為：600×2=1200m3相當于消耗氨0.912t。練習：工業(yè)上測量SO2、N2、O2混合氣體中SO2含量的裝置如下圖。反應管中裝有碘的淀粉溶液。SO2和I2發(fā)生的反應為（N2、O2不與I2反應）：SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI （1）混合氣體進入反應管后，量氣管內增加的水的體積等于____________的體積（填寫氣體的分子式）。 （2）反應管內溶液藍色消失后，沒有及時停止通氣。則測得的SO2含量___________（選填：偏高，偏低，不受影響）。 （3）反應管內的碘的淀粉溶液也可以用____________代替（填寫物質名稱）。 （4）若碘溶液體積為VamL，濃度為cmol·L-1，N2與O2的體積為VbmL（已折算成標準狀況下的體積）。用Va、cmol·L-1、Vb表示SO2的體積百分含量為：_________。 （5）將上述裝置改為簡易實驗裝置，除導管外，還需選用的儀器為_______________（選填下列儀器的編號）。 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）若反應管內溶液藍色消失，說明其中的I2已消耗完，此時若再通入待測混合氣體，其中的SO2不能被吸收，所測得的SO2的含量會偏低。 （3）反應管中的試劑應具備兩個條件，一是能吸收SO2，二是要明顯的實驗現象以利判斷是否完全反應。酸性高錳酸鉀或溴水都可作為吸收劑。 （4）考查化學計算能力，根據題給反應可得： V(SO2)%=×100% （5）量氣管可用量筒代替，反應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)】課后習題四、1，2。2.3.2硫酸的生產工藝學案學習目標：1．掌握接觸法制硫酸的化學反應原理，并了解生產過程和幾個典型設備，以及生產中的一些重要操作。 2．理解接觸氧化反應條件的選擇原理，加深對化學反應速率和化學平衡知識的理解。 3．通過有關硫酸工業(yè)的計算，進一步鞏固多步反應的化學原理。情感目標：通過對硫酸工業(yè)“三廢”、能量的利用以及生產規(guī)模、廠址的選擇等的討論，認識環(huán)境保護的重要性，培養(yǎng)良好的環(huán)境保護意識。學習重點難點：接觸法制硫酸的化學原理；SO2接觸氧化的適宜條件的選擇。學習過程：【問題】上節(jié)課我們學習了工業(yè)生產硫酸的原理及第一、二階段的生產情況，請同學們完成下面問題?！就队啊繄D一1．設備A是 ，在A中進行的反應方程式是： 。①②③④處通入或放出的物質是 、 、 、 。2．設備B是 ，在B中進行的反應方程式是： 。⑤⑥處放出的物質是 、 ?！緦W生回答】【多媒體】電腦模擬接觸室中熱交換器的工作原理?！締栴}】下一個生產階段是SO3的吸收，請同學閱讀教材，了解為使SO3被充分吸收，生產中采取了哪些措施？【學生活動】閱讀教材并討論。【歸納】。第三階段：SO3的吸收設備：吸收塔反應：SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)；△H=-130.3kJ/mol【問題】從吸收塔上部導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?！拘〗Y】?！咎畋怼可a階段設備名稱主要反應主要產品提高產率措施造氣接觸氧化SO3的吸收【練習】1．在硫酸工業(yè)生產中，為了有利于SO2的轉化，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（） A．a處SO2、N2 B．b處SO2、O2、N2 C．a處SO3、O2 D．c處SO3、N22．在接觸法制硫酸的工業(yè)生產中，下列生產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，因為塊狀硫鐵礦不能燃燒 B．SO2氧化為SO3時需要高壓，這樣可以提高SO2的轉化率 C．SO2氧化為SO3時需要使用催化劑，這樣可以提高SO2的轉化率 D．用98.3%的濃H2SO4吸收SO3，可以防止形成酸霧阻礙SO3的吸收=1\*GB3①=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥ FeS2→SO2→SO3→H2SO4，NH3→NO→NO2→HNO3 下列說法正確的是（）。 A．所有變化都是氧化-還原反應 B．=2\*GB3②=3\*GB3③=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥都是化合反應 C．=2\*GB3②=4\*GB3④反應都要用催化劑 D．=2\*GB3②=6\*GB3⑥反應需要足量的氧氣4．在氧氣中灼燒0.8g由硫、鐵元素組成的化合物，使其中的硫經過一系列變化最終全部轉化為硫酸，用20mL1mol·L-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量分數約為（）。（A）40%（B）46%（C）53.3%（D）80%5．接觸法制硫酸的原料是，生產過程的化學反應原理是：。6．硫酸最古老的生產方法是：把綠礬裝入反應容器中加強熱，會流出油狀物，并放出有刺激性氣味的氣體，反應容器中的固體變?yōu)榧t色。這個變化過程可用兩個化學方程式表示：，。7．含FeS280%的硫鐵礦，煅燒時損失硫5%，SO2氧化成SO3時利用率為98%，問生產1t98%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，殘余固體質量為0.84g，用這種礦石100噸，可以制得98%的H2SO4多少噸？（設生產過程中硫損失2%）9．假設SO2接觸氧化過程產生的熱量有70%可以利用，請問生產100t98%的硫酸在接觸氧化過程中能節(jié)約多少能量。（已知ΔH=-98.3kJ/mol）10．（1）據《科技消息報》報道：由于廢氣排放致使地球南極上空的a層出現了400多萬平方公里的空洞，有害宇宙線長驅直入，把b分解，密度較小的氫就會逃逸到宇宙空間，剩下的氧最終會使土壤c，從而使地球人類正在重蹈火星的覆轍。根據以上敘述，回答問題。 ①填充：a____b____c_____。 ②寫出a與b對應的化學方程式：a_________b_________。（2）據《中國環(huán)境報》報道：從一份科技攻關課題研究結果顯示，我國酸雨區(qū)已占國土面積的40%。研究結果還表明，酸雨對我國農作物、森林等影響區(qū)域大。 如圖是研究酸雨成因的學生實驗用的“催化棒”。用兩根外面套有玻璃管的粗導線穿過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，即制成“催化棒”。 實驗時，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_____現象，再往其中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，又出現______現象。 請回答： ①以上實驗中可得出酸雨成因的化學原理是_________。 ②目前一座中等城市每年用煤約300萬噸，其含硫量如按1%計算，則每年排放SO2多少噸？若此二氧化硫有60%轉化