高中化學(xué) 專題2第三單元課件 蘇教版選修化學(xué)與技術(shù)

1、第三單元硫酸工業(yè),課堂互動講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,課前自主學(xué)案,學(xué)習(xí)目標(biāo),第三單元硫酸工業(yè),學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.掌握接觸法制硫酸的化學(xué)原理。 2.了解硫酸的生產(chǎn)工藝和幾個典型設(shè)備。 3.認識環(huán)保的重要性，了解硫酸工業(yè)“三廢”治理的方法。,課前自主學(xué)案,一、接觸法制硫酸的化學(xué)原理 第一步：硫磺或硫鐵礦的燃燒氧化.化學(xué)方程式為: _或 _.,SO2 SO2,4FeS211O2 2Fe2O3SO2,第二步:二氧化硫的催化氧化.化學(xué)方程式為:,第三步:三氧化硫的吸收.化學(xué)方程式為: _.,SO3H2O=H2SO4,_.,2SO2O2 2SO3,二、硫酸的生產(chǎn)工藝 1硫磺或硫鐵礦的燃燒 從硫鐵礦制造二氧化硫,是先

2、將_,放在_中,從該爐下部通入空氣,在高溫下鼓入爐中的_把礦石小顆粒揚起,呈沸騰狀燃燒氧化.,礦物粉碎,沸騰焙燒爐,空氣,硫鐵礦沸騰焙燒得到的爐氣中除了含有二氧化硫外,還含有多種雜質(zhì).這些雜質(zhì)有的使_ _,有的對反應(yīng)設(shè)備有_作用,有的使制得的硫酸_.所以,從沸騰焙燒爐出來的高溫爐氣需要經(jīng)過_、_.焙燒工序產(chǎn)生的礦渣和粉塵,經(jīng)冷卻增濕后,被送到鋼鐵廠作為_原料.,催化劑中毒、,失效,腐蝕,帶色,冷卻,除塵和酸洗,煉鐵,2二氧化硫的催化氧化 精制得到的爐氣補充空氣后送入裝有_的接觸室,氧化生成三氧化硫.二氧化硫的催化氧化是一個放熱的_反應(yīng).反應(yīng)在_左右進行,有利于釩催化劑發(fā)揮催化作用. 3三氧化硫

3、的吸收 三氧化硫進入吸收塔后用_吸收,得到濃硫酸或發(fā)煙硫酸.不用水來吸收三氧化硫是因為_ _.,催化劑,可逆,450 ,98.3%硫酸,避,免產(chǎn)生酸霧從而降低吸收效率,思考感悟 1.假如你是化工專家,為提高 的轉(zhuǎn)化率,會采用哪些措施?,【提示】增加SO2或O2的濃度,降低SO3濃度,降低溫度.反應(yīng)物濃度越高,生成物濃度越低,反應(yīng)的平衡向正反應(yīng)方向移動;因為該反應(yīng)放熱,所以降低溫度,平衡正向移動;雖然增大壓強能促進平衡正向移動,但是常壓下該反應(yīng)轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高,加壓之后轉(zhuǎn)化率提高很少,所以不需要增大壓強.,三、硫酸工業(yè)的三廢治理 1.廢渣:硫鐵礦沸騰焙燒產(chǎn)生的爐渣中含鐵量大于45%,可以用于_、_

4、 等產(chǎn)品. 2.廢液:用水洗滌、凈化沸騰焙燒爐的爐氣,產(chǎn)生廢水.廢水中主要含有_、_、_、 _等,一般用_中和硫酸,形成的_ _可以吸附重金屬離子使污水凈化.,煉鐵制造硫酸鐵,氧化鐵紅顏料,微量H2SO4,氟化物,鐵離子,鉛離子,石灰,氫氧化鐵,絮狀沉淀,3廢氣:由吸收塔排出的尾氣中二氧化硫的含量如果超過500 LL1,就要加以處理后才能排出.處理的方法之一是_.,用氨水洗滌煙氣脫硫,思考感悟 2如何用化學(xué)方程式表示用氨水洗滌吸收塔排出的尾氣、用石灰處理洗滌沸騰焙燒爐的爐氣所產(chǎn)生的廢水的過程？,【提示】(1)吸收塔排出尾氣中的二氧化硫常用氨酸法吸收,即用氨水吸收尾氣中低濃度的二氧化硫生成亞硫酸

5、氫銨,然后再用濃硫酸處理,生成二氧化硫和硫酸銨. SO2NH3H2O=NH4HSO3 SO22NH3H2O=(NH4)2SO3 2NH4HSO3H2SO4=(NH4)2SO42SO22H2O (NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O 產(chǎn)生的二氧化硫可經(jīng)過干燥重新用于制硫酸,也可經(jīng)干燥后制成液態(tài)二氧化硫產(chǎn)品,硫酸銨作化肥.,(2)用石灰處理洗滌爐氣所產(chǎn)生廢水的反應(yīng)： 先中和硫酸:Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O;后與Fe3反應(yīng): 3Ca(OH)2Fe2(SO4)3=3CaSO42Fe(OH)3; Fe(OH)3絮狀沉淀可以吸附廢水中的重金屬離子,從而凈水。,課堂互

6、動講練,1三原料：硫鐵礦(FeS2)、空氣、水 接觸法制硫酸一般可以用硫磺、硫鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣(含一定量的SO2)等.其中用硫磺作原料成本低、對環(huán)境污染少.我國硫磺資源較少,主要用硫鐵礦(主要成分為FeS2)作生產(chǎn)硫酸的原料.,2三反應(yīng)：,3.三設(shè)備:沸騰爐、接觸室、吸收塔 4.三原理:化學(xué)平衡原理、熱交換原理、逆流原理,(1)化學(xué)平衡原理:增大反應(yīng)物濃度、增大反應(yīng)物間接觸面積,能提高反應(yīng)速率并使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動,以充分提高原料利用率. (2)熱交換原理:在接觸室中生成的熱量經(jīng)過熱交換器,傳遞給進入接觸室的需要預(yù)熱的混合氣體,為二氧化硫的接觸氧化和三氧化硫的吸收創(chuàng)造了有

7、利條件. (3)逆流原理:液體由上向下流,氣體由下向上升,兩者在逆流過程中充分反應(yīng). 5二氧化硫接觸氧化適宜條件 常壓、較高溫度(400500 )和催化劑,在硫酸的工業(yè)制法中,下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的原因二者都正確的是() A硫鐵礦燃燒前需將礦石粉碎,這樣易于向沸騰爐中投料 B爐氣進入接觸室之前需要凈化、干燥,因為爐氣中的雜質(zhì)易與SO2反應(yīng) CSO2氧化為SO3時需使用催化劑,這樣可提高SO2的轉(zhuǎn)化率 D接觸室的反應(yīng)溫度控制在400500 ,因為在這個溫度范圍內(nèi),反應(yīng)速率和SO2的轉(zhuǎn)化率都比較理想,且催化劑的活性也較高,【解析】題中所提到的對硫酸工業(yè)采取的措施敘述都是正確的.但硫鐵礦進入沸

8、騰爐之前粉碎的原因是為了增大礦粒與空氣的接觸面積,使其燃燒得更快、更充分,從而提高硫鐵礦的利用率;從沸騰爐出來的爐氣必須凈化、干燥的目的是因為爐氣中的一些雜質(zhì)氣體會使接觸室中的催化劑中毒,使催化劑喪失活性,同時防止?fàn)t氣中的水蒸氣和SO2生成酸而腐蝕管道;SO2轉(zhuǎn)化為SO3時使用催化劑是為了縮短到達平衡的時間,但它并不能影響化學(xué)平衡的移動,并不影響SO2的轉(zhuǎn)化率;接觸室控制反應(yīng)的溫度在400500 ,這是綜合考慮了催化劑活性、反應(yīng)速率及SO2的轉(zhuǎn)化率等因素而確定的,故D項正確.,【答案】D 【點評】本題考查的是接觸法制硫酸的生產(chǎn)過程、反應(yīng)原理、生產(chǎn)設(shè)備和一些生產(chǎn)措施在工業(yè)生產(chǎn)中的意義。要從最本質(zhì)

9、上分析實際操作的原因，以免被一些次要問題所迷惑。,解析：選D。理論上，可轉(zhuǎn)化成SO2的任何含硫物質(zhì)均可作為硫酸的生產(chǎn)原料(如S、FeS、FeS2、H2S等)，但在生產(chǎn)實踐中，應(yīng)選取那些儲量大、礦質(zhì)品位高、資源豐富、便于開采和加工的礦物作為化工原料，綜合分析，A正確；生產(chǎn)中對礦石進行粉碎，既可增大原料之間的相互接觸面積(增大反應(yīng)速率)，又可提高原料的利用率(轉(zhuǎn)化率)，故B正確；,1.溫度:根據(jù)平衡移動原理,應(yīng)在低溫下進行,但低溫時催化劑的活性不高,反應(yīng)速率低,實際生產(chǎn)中采用400500 的溫度. 2.壓強:根據(jù)平衡移動原理,應(yīng)在高壓下進行,但增大壓強對SO2的轉(zhuǎn)化率提高不大,且加壓會增大成本和能

10、量消耗,而常壓下的轉(zhuǎn)化率已很高,實際生產(chǎn)采用常壓操作. 3.適當(dāng)過量的空氣:目的是提高SO2的轉(zhuǎn)化率.,工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時,利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個關(guān)鍵步驟.壓強及溫度對SO2轉(zhuǎn)化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分數(shù)為:SO2 7%,O2 11%,N2 82%):,(1)已知SO2的催化氧化是放熱反應(yīng),如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結(jié)論? _; (2)在400 500 時,SO2的催化氧化采用常壓而不是高壓,主要原因是_; (3)選擇適宜的催化劑,是否可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率?_(填“是”或“否”),是否可以增大該反應(yīng)所放出的熱量?_(填“是”或“否”);,(4)為提高SO3的吸收率,

11、實際生產(chǎn)中用_吸收SO3; (5)已知:2SO2(g)O2(g)2SO3(g) H196.6 kJ/mol,計算每生產(chǎn)一萬噸98%硫酸所需要的SO3的質(zhì)量和由SO2生產(chǎn)這些SO3所放出的熱量.,【解析】可逆反應(yīng): 2SO2(g)O2(g) 2SO3(g) H196.6 kJmol1 分析表格中數(shù)據(jù)： (1)壓強相同時,升高溫度,SO2的轉(zhuǎn)化率減小,故升溫,上述反應(yīng)的平衡向逆反應(yīng)方向移動,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng). (2)400 500 范圍內(nèi)常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率在97.8%以上,再增大壓強對提高SO2的轉(zhuǎn)化率無顯著影響,反而會增大成本,故不需要再采用高壓措施.,(3)催化劑只能加快反應(yīng)速率,提高單位

12、時間內(nèi)的產(chǎn)量,不能提高SO2的轉(zhuǎn)化率及增大反應(yīng)過程中放出的熱量. (4)實際生產(chǎn)中,不是用H2O吸收SO3,而是用98.3%的濃硫酸吸收,可以避免形成酸霧并提高吸收率. (5)一萬噸98%的H2SO4溶液中含H2SO4的質(zhì)量為9.8109 g,【答案】(1)壓強一定時,溫度升高,SO2的轉(zhuǎn)化率下降,說明升溫有利于反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行,所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng) (2)增大壓強對提高SO2的轉(zhuǎn)化率無顯著影響,反而會增加成本 (3)否否 (4)98.3%的濃硫酸 (5)8.0103 t9.83109 kJ,【點評】化工生產(chǎn)條件的選擇是理論聯(lián)系實際生產(chǎn)的一個重要應(yīng)用，在處理問題選擇生產(chǎn)條件時既涉及外界條件

13、對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，又會考慮實際生產(chǎn)中的問題。,變式訓(xùn)練2 接觸法制硫酸時，反應(yīng)的重要條件是(雙選)() A二氧化硫必須提純 B必須用純氧不可用空氣 C催化劑需要加熱 D三氧化硫需用稀硫酸吸收,解析:選AC.接觸法制硫酸時制得的SO2必須先除去其中所含的雜質(zhì),因為爐氣中含有的水蒸氣進入接觸室后與SO2反應(yīng)生成的酸會腐蝕設(shè)備,對設(shè)備帶來不良影響,砷、硒化合物和礦塵等能使催化劑中毒,因而進行催化氧化反應(yīng)前必須先進行除雜等操作;制H2SO4時使用的是空氣而不是純氧;進行SO2的催化氧化時使用的溫度是400500 ;對三氧化硫進行吸收時使用98.3%的濃H2SO4,因為使用水或稀硫酸會容易

14、形成酸霧,妨礙吸收的進行.,化工廠廠址選擇涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、交通運輸、環(huán)境保護和市場需求等諸多因素，應(yīng)對這些因素綜合考慮，權(quán)衡利弊，才能做出合理的選擇。,一般應(yīng)考慮下列因素：是否有市場需求；是否接近原料供應(yīng)地；土地供應(yīng)是否充足；水源是否充足；能源是否充足且價廉；交通運輸是否方便；能否達到環(huán)境保護要求。 上述這些因素必須在遵循科學(xué)原則的基礎(chǔ)上，著重考慮綜合經(jīng)濟效益，即要求最大限度地提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，保護生態(tài)環(huán)境。,分析下面兩個案例并回答有關(guān)問題。 (1)某城鎮(zhèn)生產(chǎn)、生活的分布情況如圖所示，河流中W、X、Y、Z處某次水樣抽測結(jié)果如表所示。,導(dǎo)致X、Y處水樣pH變化的原因可能是

15、 _；,Z處魚類大量減少,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是 _. (2)某地區(qū)已探明蘊藏有豐富的赤鐵礦(主要成分為Fe2O3,還含有SiO2等雜質(zhì))、煤礦、石灰石和黏土.擬在該地區(qū)建設(shè)大型煉鐵廠.,隨著鐵礦的開發(fā)和煉鐵廠的建立,需要在該地區(qū)相應(yīng)建立焦化廠、發(fā)電廠、水泥廠等,形成有規(guī)模的工業(yè)體系.據(jù)此確定上圖中相應(yīng)工廠的名稱: A_、B_、C_、D_; 以赤鐵礦為原料,寫出高爐煉鐵中得到生鐵和產(chǎn)生爐渣的化學(xué)方程式_; 從“三廢”利用、環(huán)境保護等角度考慮,該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)采取的一些措施有(舉出2種措施即可)_.,【解析】(1)從給出的數(shù)據(jù)看,X處水樣呈堿性,Y處水樣呈酸性,Z處水樣缺氧.造紙廠排放的

16、堿性污水使X處河水pH升高,火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達標(biāo)就排放,造成Y處等的河水pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生,使Y處等的河水pH降低),化肥廠、農(nóng)田及生活污水使Z處河水富營養(yǎng)化,水溫較高,適于藻類等水生植物生長,河水中溶解氧被大量消耗,導(dǎo)致魚類死亡.,從“三廢”利用、環(huán)境保護等角度考慮,該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)建立污水處理系統(tǒng),將石灰石煅燒成生石灰用于吸收發(fā)電廠和焦化廠燃煤時產(chǎn)生的SO2,減少對空氣的污染. 【答案】(1)造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高,火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達標(biāo)就排放,造成Y處等的河水pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2

17、會導(dǎo)致酸雨,使Y處等的河水pH降低),用煉鐵廠的爐渣(或CaSiO3)作為水泥廠的原料;用發(fā)電廠的煤矸石和粉煤灰作為水泥廠的原料;將石灰石煅燒成生石灰,用于吸收發(fā)電廠和焦化廠燃煤時產(chǎn)生的SO2,減少對空氣的污染;建立污水處理系統(tǒng)(或其他合理答案,任選2條即可) 【點評】本題考查了有關(guān)化學(xué)與環(huán)境保護的相關(guān)知識.關(guān)注有關(guān)化學(xué)與環(huán)境保護的綜合應(yīng)用方面的命題.解答本題要將工業(yè)生產(chǎn)與化學(xué)反應(yīng)原理相結(jié)合、將環(huán)境污染與實際生活相聯(lián)系,注意創(chuàng)造性地利用化學(xué)知識解決實際問題.,變式訓(xùn)練3讀某城市的城市布局示意圖,回答有關(guān)問題： 煤炭基地大型硫酸廠自來水廠療養(yǎng)院大型商場食品廠化工廠造紙廠污水處理廠高等院校,(1)

18、該城市布局是否合理？請分析原因。 (2)圖中處分布大型硫鐵礦(主要成分是FeS2)。寫出制取二氧化硫、三氧化硫的化學(xué)方程式。 (3)接觸法制硫酸的尾氣中還含有少量的二氧化硫，如果排入大氣，就會造成環(huán)境污染。你認為該企業(yè)應(yīng)該采用什么方法回收、利用尾氣中的二氧化硫，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。,(4)該市經(jīng)濟發(fā)達,每天有大量的汽車排放氮氧化合物、碳氫化合物,以及企業(yè)、家庭爐灶排放大量的二氧化硫、二氧化碳等,會導(dǎo)致市民心臟出現(xiàn)什么問題？該市應(yīng)采取哪些措施防治大氣污染？ 解析:(1)煤炭基地、大型硫酸廠、化工廠布局合理.理由是它們都接近原料基地,且在垂直風(fēng)向的郊外,自來水廠、療養(yǎng)院、大型商場、食品廠布局合理.自來水廠在河流上游,不受或少受污染,分布在居民區(qū)中心地帶.造紙廠不合理,理由是,它位于夏季風(fēng)的上風(fēng)地帶,且離居民區(qū)、高等院校較近,大氣污染嚴重.鐵路