第五單元硫酸工業(yè)用第1頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硫酸的消費(fèi)量是一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)水平的一種標(biāo)志(NH4)2SO4O2N—NO2—NO2CH3H2CO2SO2等金屬除銹制氣體知識(shí)回顧第2頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用硫燃燒生成二氧化硫，這固然是一種方法，但根據(jù)我國(guó)資源情況，實(shí)際生產(chǎn)中通常用燃燒黃鐵礦的方法來(lái)制取二氧化硫，二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，是在接觸室內(nèi)進(jìn)行的，因此，稱(chēng)為接觸法制硫酸。硫酸有那么多用途，工業(yè)上是如何生產(chǎn)的呢？請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)所學(xué)過(guò)的硫及其氧化物知識(shí)，討論生產(chǎn)硫酸的原理。第3頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月閱讀教材P58—61并思考1、工業(yè)制硫酸的原料有哪些？2、工業(yè)制硫酸分幾個(gè)階段？每個(gè)階段的反應(yīng)原理是什么？用到什么典型設(shè)備？3、工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程？第4頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)接觸法制硫酸接觸法制硫酸分三個(gè)階段，第一階段是二氧化硫的制取和凈化，第二階段是二氧化硫氧化成三氧化硫，第三階段是三氧化硫的吸收和硫酸的生成.第5頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高溫氧化劑：還原劑：氧化產(chǎn)物：還原產(chǎn)物：O2FeS2Fe2O3、SO2Fe2O3、SO2如果有4摩爾的FeS2參加反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移為

摩爾。44一、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理第一步：造氣第6頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高溫一、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理SO3+H2OH2SO4第一步：造氣第二步：接觸氧化第三步：三氧化硫的吸收沸騰爐接觸室吸收塔2SO2+O22SO3催化劑加熱S+O2SO2

點(diǎn)燃第7頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣爐氣礦渣1、造氣主要設(shè)備：沸騰爐二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程主要反應(yīng)：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高溫思考：焙燒黃鐵礦的爐子為什么叫沸騰爐？黃鐵礦為什么要粉碎？為什么通入強(qiáng)大的空氣流？燃燒黃鐵礦為什么不要多加燃料？擴(kuò)大反應(yīng)物的接觸面，通入強(qiáng)大的空氣流可以加快反應(yīng)，提高原料利用率，這種方法常用于工業(yè)生產(chǎn)中,黃鐵礦燃燒反應(yīng)是放熱的，故燃燒的黃鐵礦不需要多加燃料。第8頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣爐氣礦渣1、造氣主要設(shè)備：沸騰爐二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程主要反應(yīng)：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高溫思考：爐氣的主要成分是什么？為什么對(duì)爐氣進(jìn)行凈化和干燥處理？爐氣的主要成分是SO2、O2、N2、H2O（g）以及一些雜質(zhì)，如砷、硒等的化合物和礦塵等。（1）雜質(zhì)和礦塵都會(huì)使催化劑中毒（2）水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響第9頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月討論１、SO2轉(zhuǎn)化成SO3的反應(yīng)特點(diǎn)是什么？第二生產(chǎn)階段的反應(yīng)條件是什么？為什么采用這個(gè)條件呢？

反應(yīng)條件：反應(yīng)特點(diǎn)：可逆反應(yīng)；正反應(yīng)為放熱的、氣體體積縮小的反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);△H=-

196.6kJ/mol催化劑高溫低溫、高壓、催化劑400-500℃、常壓、催化劑：五氧化二礬（V2O5）溫度：400至500攝氏度壓強(qiáng)：常壓第10頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月N2接觸室思考：接觸室中熱交換器的作用?從接觸室出來(lái)的氣體成分是什么？2、接觸氧化

主要設(shè)備：接觸室主要反應(yīng)：2SO2+O22SO3催化劑加熱熱交換原理：熱交換氣中冷熱氣體的流向是相反的，冷的氣體（SO2、O2、N2）被預(yù)熱，而熱的氣體（SO3、SO2、O2、N2）被冷卻，這種方式能夠節(jié)約能源，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用。二氧化硫與氧氣生成三氧化硫的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，因此從接觸室出來(lái)的氣體為三氧化硫、二氧化硫、氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚?。?1頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)1、CuFeS2是黃鐵礦的另一成分，煅燒時(shí)轉(zhuǎn)化為CuO、Fe2O3和SO2，由硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有CuO、Fe2O3和CuSO4（CuSO4由CuO與SO3在沸騰爐中化合而成），其中硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨沸騰爐溫度不同而變化（見(jiàn)下表）沸騰爐溫度/℃600620640660礦渣中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%9.39.29.08.4已知CuSO4在低于660℃時(shí)不會(huì)分解，請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理分析硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因？因?yàn)镾O2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)是可逆的，隨著溫度升高，平衡向生成SO2的方向移動(dòng)，所以升溫，SO3的含量減少，CuSO4的含量也隨之減少。第12頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、SO3的吸收

主要設(shè)備：吸收塔主要反應(yīng)：SO3+H2OH2SO4吸收塔思考：吸收三氧化硫?yàn)槭裁床挥盟拖×蛩?，而?8.3%的濃硫酸？濃硫酸為什么必須從塔頂噴下？逆流原理：三氧化硫與水反應(yīng)，放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收三氧化硫易形成酸霧，酸霧的形成不利于氣體三氧化硫被進(jìn)一步吸收，吸收速度慢，且吸收不完全，98.3%的濃硫酸從塔頂淋下，氣體由下往上，流向相反，充分接觸，吸收更完全，由此看來(lái)工業(yè)生產(chǎn)上特別重視生產(chǎn)的速度及原料的利用率。第13頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程沸騰爐接觸室吸收塔凈化冷卻尾氣空氣第14頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月討論一、在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中哪些地方涉及到了化學(xué)反應(yīng)速率知識(shí)？1、硫磺或黃鐵礦在送入沸騰爐之前要經(jīng)過(guò)粉碎。2、從沸騰爐底部鼓入強(qiáng)大空氣流。3、二氧化硫的氧化過(guò)程中使用催化劑。4、采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫。5、三氧化硫的吸收采用逆流原理。6、在吸收塔中填入了大量瓷環(huán)。第15頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中哪些地方涉及到了化學(xué)平衡知識(shí)？1、經(jīng)過(guò)凈化、干燥的爐氣中，氧氣的含量相對(duì)要多。2、選擇適宜的反應(yīng)溫度。3、選擇適宜的反應(yīng)壓強(qiáng)。第16頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)2、在硫酸的工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說(shuō)明生產(chǎn)操作的主要原因兩者都正確的是：A、硫鐵礦燃燒前要粉碎，因?yàn)榇髩K的硫鐵礦不能沸騰燃燒B、從沸騰爐出來(lái)的氣體需要凈化，因?yàn)闋t氣中二氧化硫會(huì)與雜質(zhì)反應(yīng)C、二氧化硫氧化成三氧化硫進(jìn)需要使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率D、三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以便使三氧化硫吸收完全D第17頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．用三句話概括反應(yīng)原理：燃燒硫磺或黃鐵礦石制取SO2；SO2在適當(dāng)溫度和催化劑作用下氧化成SO3；SO3與水化合生成H2SO4。2．三個(gè)主要反應(yīng)：4FeS2(s)＋11O2(g)＝2Fe2O3(s)+8SO2(g)；△H=-3412kJ/mol2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)；△H＝-196.6kJ/mol；SO3(g)＋H2O(l)＝H2SO4(l)；△H=-130.3kJ/mol。3．三個(gè)生產(chǎn)階段：造氣；接觸氧化；SO3的吸收。

4．三種設(shè)備：沸騰爐；接觸室；吸收塔。

5．三種雜質(zhì)：礦塵；砷、硒等化合物；水蒸氣。

硫酸工業(yè)總結(jié)三原料：黃鐵礦，空氣，水第18頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6．三種凈化方法：洗滌；除塵；干燥。

7．接觸氧化的三個(gè)適宜條件：壓強(qiáng)用常壓；溫度為400℃～500℃；催化劑主要為V2O5。

8．三廢：廢氣(主要為SO2)；廢水(主要含硫酸)；廢渣(含鐵量較高)。第19頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三階段造氣接觸氧化SO3的吸收三原料三反應(yīng)（均放熱）4FeS2+11O2

====2Fe2O3+8SO2

催化劑2SO2+O22SO3400-500℃SO3+H2O=H2SO4三設(shè)備沸騰爐接觸室吸收塔工藝要求黃鐵礦(硫磺)、空氣98.3%濃硫酸鐵礦粉碎，爐氣凈化用兩層催化劑用熱交換器用98.3%的濃硫酸吸收SO3

-----------高溫小結(jié)四、環(huán)保第20頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月H2SO4SO3SO2SFeS2SO3+H2O===H2SO4S+O2===SO2點(diǎn)燃4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2高溫三個(gè)反應(yīng)原理催化劑△2SO2+O22SO31、S~~SO2~~SO3~~H2SO42、FeS2~~2SO2~~2SO3~~2H2SO4三、涉及硫酸工業(yè)的計(jì)算第21頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)純度、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的計(jì)算方法一種化合物中，一種元素的轉(zhuǎn)化率等于該化合物的轉(zhuǎn)化率，例如在FeS2向SO2轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，若硫元素的轉(zhuǎn)化率為99%，則FeS2的轉(zhuǎn)化率也為99%。在一種組成固定的混合物中，一種組分的轉(zhuǎn)化率等于該混合物的轉(zhuǎn)化率，例如在含F(xiàn)eS230%的黃鐵礦向SO2轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，若FeS2的轉(zhuǎn)化率為85%，則該黃鐵礦石的轉(zhuǎn)化率也為85%。在同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)中，具有個(gè)別元素質(zhì)量守恒關(guān)系的反應(yīng)物和生成物，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率等于生成物的產(chǎn)率，例如在FeS2向SO2轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，F(xiàn)eS2的轉(zhuǎn)化率必等于SO2的產(chǎn)率，在FeS2向H2SO4轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，F(xiàn)eS2的轉(zhuǎn)化率等于H2SO4的產(chǎn)率。第22頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1:含F(xiàn)eS280%的硫鐵礦，煅燒時(shí)損失硫5%，SO2氧化時(shí)損失20%硫，求制取1噸98%的濃硫酸需這種礦石_________噸。解答：1.寫(xiě)出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式2.根據(jù)化學(xué)方程式列出關(guān)系式3.根據(jù)守恒原理進(jìn)行計(jì)算FeS2～2H2SO41202×984FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO22SO2+O22SO3SO3+H2O=H2SO4FeS2～2SO2～2SO3～2H2SO4x×80%×(1-5%)×(1-20%)1t×98%第23頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2：

燃燒1噸含二硫化亞鐵90%的黃鐵礦，在理論上能生產(chǎn)多噸98%的硫酸（設(shè)有1.5%的硫留在爐渣里）？解析：由工業(yè)生產(chǎn)硫酸的反應(yīng)方程式可得下列關(guān)系式。設(shè)：能生成98%的硫酸x噸

FeS2→2SO2→

2SO3→2H2SO41202×981t×90%×(1-1.5%)xt×98%

x=1.478第24頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解答：3.根據(jù)硫元素守恒可得：S～H2SO4例3：某化工廠設(shè)計(jì)院承擔(dān)某硫酸廠的設(shè)計(jì)任務(wù)，該廠要求：控制污染和提高生產(chǎn)效率，不再使用黃鐵礦，改用固體硫?yàn)樵?；每天生產(chǎn)98%的硫酸50噸，其中SO2的轉(zhuǎn)化率為80%；求每天消耗含雜質(zhì)5%的固體硫多少?lài)崳?298x×(1-5%)×80%50t×98%第25頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1．在O2中灼燒0.40g硫和鐵的化合物，使其中的硫全部轉(zhuǎn)化為SO2，把這些SO2全部氧化并轉(zhuǎn)化為H2SO4。這些硫酸與20mL、0.50mol/LNaOH溶液完全中和。則原化合物中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為[