高中化学 2.3 硫酸工业教案2 苏教版选修2-苏教版高中选修2化学教案VIP专享VIP免费

硫酸工业本单元是在已经学习了合成氨、氯碱工业等化工生产知识的基础上，学习化工生产的最后一部分内容。本单元学习重点：接触法制硫酸的化学原理和关于硫酸工业综合经济效益的讨论。本单元学习难点：接触氧化工艺条件的讨论。一、接触法制硫酸的原理、过程及典型设备1．三种原料：硫铁矿（FeS2）、空气、水。利用接触法制硫酸一般可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气(含一定量的SO2)等。其中用硫黄作原料成本低、对环境污染少.但我国硫黄资源较少,主要用黄铁矿（主要成分为FeS2）作生产硫酸的原料。2．三步骤、三反应：（1）4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2（高温）（2）2SO2+O2≒2SO3（催化剂，加热），（3）SO3+H2O===H2SO43．三设备：（1）沸腾炉（2）接触室（3）合成塔(吸收塔)4．三原理：化学平衡原理、热交换原理、逆流原理。（1）增大反应物浓度、增大反应物间接触面积，能提高反应速率并使化学平衡向正反应方向移动，以充分提高原料利用率。（2）热交换原理：在接触室中生成的热量经过热交换器，传递给进入接触室的需要预热的混合气体，为二氧化硫的接触氧化和三氧化硫的吸收创造了有利条件。（3）逆流原理：液体由上向下流，气体由下向上升，两者在逆流过程中充分反应。接触法制硫酸的原理、过程及典型设备三原料三阶段三反应（均放热）三设备三净化黄铁矿或S造气4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2（高温）或S+O2=SO2沸腾炉除尘空气接触氧化2SO2+O2≒2SO3（催化剂）接触室（含热交换器）洗涤98.3%浓硫酸三氧化硫吸收SO3+H2O===H2SO4吸收塔干燥接触法制硫酸示意图：5．应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择适宜条件二氧化硫接触氧化的反应是一个气体总体积缩小的、放热的反应。（1）温度400～500℃作为操作温度，这时反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想。（2）压强根据化学平衡理论判断，加压对反应有利。但是，在常压、400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压1操作，并不加压。（3）二氧化硫接触氧化的适宜条件常压、较高温度（400～500℃）和催化剂6．接触法制硫酸中应注意的几个问题（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）依据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的原理，采用过量的空气使黄铁矿充分燃烧。（3）通入接触室的混合气体必须预先净化，其原因是：炉气中含有二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气以及砷、硒化合物、矿尘等。砷、硒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，其作用是在二氧化硫接触氧化时，用放出的热量来加热未反应的二氧化硫和空气，充分利用热能，节约燃料。（5）不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的浓硫酸，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸雾，且吸收速度慢。二、有关计算1．物质纯度、转化率、产率的计算（1）物质纯度（%）=不纯物质中含纯物质的质量÷不纯物质的总质量×100%（2）原料利用率（%）=实际参加反应的原料量÷投入原料总量×100%（或转化率）（3）产率（%）=实际产量÷理论产量×100%（4）化合物中某元素的损失率=该化合物的损失率2．多步反应计算（1）关系式法：先写出多步反应的化学方程式，然后找出反应物和生成物之间物质的量（或质量）之比，列出关系式，即可一步计算。（2）元素守衡法：找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系。找出此关系的简便方法，就是分析原料与产物之间所含关键元素原子个数关系，如：FeS2～2H2SO4，S～H2SO4。若已知（欲求）FeS2含量，用前面的关系式，若已知（欲求）S的含量，用后一关系式，且二氧化硫转化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2（或S）进行计算。例1．在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫：2SO2(g)+O2(g)≒2SO3(g)；ΔH=-196.6KJ/mol（1）该反应在__________（设备）中进行，这种生产硫酸的方法叫做________。（2）在实际生产中，操作温度选定400∽500...