高中化学 2.3 硫酸工业学案2 苏教版选修2-苏教版高中选修2化学学案VIP专享VIP免费

《硫酸工业》学习目标：1．掌握接触法制硫酸的化学反应原理，并了解生产过程和几个典型设备，以及生产中的一些重要操作。2．理解接触氧化反应条件的选择原理，加深对化学反应速率和化学平衡知识的理解。3．通过有关硫酸工业的计算，进一步巩固多步反应的化学原理。情感目标：通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。学习重点难点：接触法制硫酸的化学原理；SO2接触氧化的适宜条件的选择。学习过程：[自学探究]1．讨论：考虑原料和成本等因素，你认为工业合成硫酸的途径如何？2．请写出由S生成H2SO4的化学反应方程式。3．接触法制硫酸的过程和原理：（1）造气：(在中进行)；（2）接触氧化：（在中进行）；（3）SO3的吸收：（在中进行）。【问题】我们已经学习过硫酸的性质，了解了硫酸的有关知识，请同学们思考：硫酸在工农业生产中有哪些重要用途？【回答】【问题】根据所学的知识写出生产硫酸的化学反应方程式。一、反应原理【问题】生产硫酸的原料可以用硫磺，还可以用黄铁矿。根据我国的实际情况，应采用哪一种更适合？【投影】我国硫酸工业中原料的利用资料(下表)。【学生活动】回答问题。【问题】已知一定条件下24gFeS2固体燃烧生成SO2气体和Fe2O3固体，同时释放170.6kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式。【问题】该反应是硫酸工业生产中第一阶段的反应，请同学们阅读教材并思考：①该阶段的名称是什么？②反应设备是什么？③如何使黄铁矿充分燃烧？④反应产物是什么？产物为什么要净化？【阅读】阅读教材，讨论、回答问题。第一阶段：造气设备：沸腾炉产物：炉气【投影】电脑模拟沸腾炉工作。【问题】该反应的特点是什么？【讨论】2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)；△H＝196.6kJ/mol的反应特点。反应特点：1．反应2．总体积3．热4．催化剂【问题】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？【投影】不同温度下SO2的平衡转化率(图中纵坐标表示转化率/％)[原料气成分(体积分数)SO27％O211％N282％压强0.1Mpa]【回答】【问题】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？【回答】【投影】图二催化剂【回答】【阅读】阅读教材，了解该生产阶段的名称、设备、实际采用的生产条件，并思考为什么这样做。【讨论回答】阅读讨论后回答。反应条件：理论实际应用：【分析】SO2接触氧化是一个可逆的放热反应，理论上在温度较低的条件下进行最为有利。但是温度较低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益考虑对生产不利，所以生产中选择400℃一500℃；同时该反应又是一个总体积缩小的气体反应，增大压强，SO2的转化率能提高，但SO2的平衡转化率提高的并不多，若加压必增加设备的耐压力，增大投资和能量消耗且在常压下和400℃～500℃时SO2的平衡转化率已经很高，故通常采用常压。又因为反应是SO2和O2在催化剂表面接触时发生的，故这种生产硫酸的方法叫做接触法。【例题】工业上要将尾气中的SO2转化为硫酸铵。下面是摘自某厂生产记录的一些资料：“……初步处理后的废气含0.2%的二氧化硫和10%的氧气（体积含量），在400℃时废气以5m3/h的速率通过五氧化二矾催化剂层与20L/h速率的氨气混合，再喷水，此时气体温度由400℃降到200℃，在热的结晶装置中得到硫酸铵晶体”（气体体积均已折算为标准状况）。仔细阅读上文，回答下列问题：（1）按反应中的理论值，二氧化硫和氧气的物质的量之比为2:1，该资料中二氧化硫和氧气的物质的量比值是多少？为什么跟化学反应中的理论值相差较大？（2）若每天某厂排放1000m3这种废气，按上述方法每月（按30天计算）消耗氨气多少吨？【解析】（1）V(SO2):V(O2)=0.2%:10%=1:50。根据化学平衡原理，增大氧气的量，可以促进化学平衡向正反应方面进行，从而提高二氧化硫转化为三氧化硫的转化率。（2）每月排入的废气中二氧化硫的体积为：1000m3×30×0.2%=600m3废气以5m3/h的速率通过五氧化二矾催化剂层与20L/h速率的氨气混合，相当于SO2跟NH3以1:2的体积比混合。即发生反应为：4NH3+2SO2+O2=2(NH4)2SO4所以，600m3的二氧化硫气体需氨气的体积为：60...