第五單元硫酸工業(yè)用(公開課)

1、H2SO4SO3SO2SFeS2H2OO2O2O2黃鐵礦的主要成分是 FeSFeS2 2 （二硫化亞鐵）硫酸有那么多用途，往往硫酸有那么多用途，往往硫酸的消費量常被硫酸的消費量常被視為一個國家工業(yè)發(fā)達水平的一種標志視為一個國家工業(yè)發(fā)達水平的一種標志。工業(yè)。工業(yè)上是如何生產(chǎn)的呢？請同學們根據(jù)所學過的硫上是如何生產(chǎn)的呢？請同學們根據(jù)所學過的硫及其氧化物知識，討論及其氧化物知識，討論怎樣制取硫酸及生產(chǎn)硫怎樣制取硫酸及生產(chǎn)硫酸的原理。酸的原理。 閱讀教材閱讀教材P5861，并結(jié)，并結(jié)合視頻思考合視頻思考1、工業(yè)制硫酸的原料有哪些？、工業(yè)制硫酸的原料有哪些？2、工業(yè)制硫酸分幾個階段？、工業(yè)制硫酸分幾個階

2、段？ 每個階段的每個階段的反應原理是什么？用到什么典型設備？反應原理是什么？用到什么典型設備？3、工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程？、工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程？視頻視頻第一節(jié)第一節(jié) 接觸法制硫酸接觸法制硫酸 接觸法制硫酸分三個階段，第一階段是接觸法制硫酸分三個階段，第一階段是（造氣）（造氣）二氧化硫的制取和凈化二氧化硫的制取和凈化，第二階段是，第二階段是二氧化硫氧化二氧化硫氧化成三氧化硫成三氧化硫，第三階段是，第三階段是三氧化硫的吸收和硫酸的三氧化硫的吸收和硫酸的生成生成. 4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 溫溫氧化劑：氧化劑：還原劑：還原劑：氧化產(chǎn)物：氧化產(chǎn)物：還原產(chǎn)物：還原產(chǎn)物：O2

3、FeS2Fe2O3 、SO2Fe2O3 、SO2如果有如果有4摩爾的摩爾的FeS2參加反應，電子轉(zhuǎn)移為參加反應，電子轉(zhuǎn)移為 摩爾。摩爾。44一、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理一、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理第一步：造氣第一步：造氣4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 溫溫一、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理一、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理SO3 + H2O H2SO4第一步：造氣第一步：造氣第二步：接觸氧化第二步：接觸氧化第三步：三氧化硫的吸收第三步：三氧化硫的吸收2SO2 + O2 2SO3催化劑催化劑加加 熱熱S + O2 SO2 點燃點燃空氣空氣 爐氣爐氣礦渣礦渣1、造氣、造氣主要設備：主要設備：沸沸 騰騰 爐

4、爐二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程主要反應：主要反應：4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 溫溫討論討論2：焙燒黃鐵礦的爐子焙燒黃鐵礦的爐子為什么叫沸騰爐？為什么叫沸騰爐？為什么要為什么要將黃鐵礦粉碎成細小礦粒？將黃鐵礦粉碎成細小礦粒？ 為什么要從爐底通入強大空為什么要從爐底通入強大空氣流？氣流？ 為什么燃燒黃鐵礦為什么燃燒黃鐵礦不需要多加燃料？不需要多加燃料？擴大反應物的接觸面，燃燒充擴大反應物的接觸面，燃燒充分，燃燒快，提高原料利用率。分，燃燒快，提高原料利用率。通入強大的空氣流可以加通入強大的空氣流可以加快反應，提高原料利用率，快反應，提高原料利用率，這

5、種方法常用于工業(yè)生產(chǎn)中。這種方法常用于工業(yè)生產(chǎn)中。黃鐵礦燃燒反應是放熱的，黃鐵礦燃燒反應是放熱的，故燃燒的黃鐵礦不需要多加故燃燒的黃鐵礦不需要多加燃料燃料 ?？諝饪諝?爐氣爐氣礦渣礦渣1、造氣、造氣主要設備：主要設備：沸沸 騰騰 爐爐二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程主要反應：主要反應：4FeS2 +11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 高高 溫溫思考思考1：爐氣的爐氣的主要成主要成分是分是什什么？為么？為什么對什么對爐氣進爐氣進行凈化行凈化和干燥和干燥處理？處理？爐氣的主要成分是爐氣的主要成分是SO2、O2、N2、H2O（g）以及一以及一些些雜質(zhì)雜質(zhì)，如砷、，如砷、硒等的化合物和

6、硒等的化合物和礦塵礦塵等。等。（1）雜質(zhì)和礦塵）雜質(zhì)和礦塵都會使催化劑中毒都會使催化劑中毒（2）水蒸氣對設）水蒸氣對設備和生產(chǎn)有不良影備和生產(chǎn)有不良影響響討論討論3、 SO2轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成SO3的反應特點是什么？的反應特點是什么？結(jié)合化結(jié)合化學反應速率和化學平衡知識，從綜合經(jīng)濟效益考慮：學反應速率和化學平衡知識，從綜合經(jīng)濟效益考慮：SO2接觸氧化反應應在什么條件下進行有利接觸氧化反應應在什么條件下進行有利?反應條件：反應條件：反應特點：反應特點：？2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g);H=- 196.6kJ/mol催化劑催化劑低溫低溫?、高壓高壓?、催化劑催化劑（V V2 2O O5

7、5）400-500、常壓常壓、加熱加熱可逆反應；正反應為放熱的、可逆反應；正反應為放熱的、氣體體積縮小的反應氣體體積縮小的反應N2接接 觸觸 室室思考思考2：接觸室中熱交換器的作用接觸室中熱交換器的作用?從接觸室出來的氣體成分是什么？從接觸室出來的氣體成分是什么？2、接觸氧化接觸氧化 主要設備：主要設備：接觸室接觸室（轉(zhuǎn)化器）主要反應：主要反應：2SO2 + O2 2SO3催化劑催化劑加加 熱熱熱交換原理：熱交換原理：熱交換氣中熱交換氣中冷熱氣體冷熱氣體的流向是相反的流向是相反的，冷的氣體的，冷的氣體（SO2、O2、N2）被預熱被預熱，而熱的氣體，而熱的氣體（SO3、 SO2、O2、N2）被冷

8、卻被冷卻，這種方式能，這種方式能夠節(jié)約能源，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采夠節(jié)約能源，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用。用。二氧化硫與氧氣生成三氧化硫的反二氧化硫與氧氣生成三氧化硫的反應是應是可逆反應可逆反應，因此從接觸室出來，因此從接觸室出來的氣體為的氣體為三氧化硫、二氧化硫、氧三氧化硫、二氧化硫、氧氣和氮氣氣和氮氣的混合氣。的混合氣。熱交換器的工作原理熱交換器的工作原理 內(nèi)有許多平行的金屬管道或蛇管內(nèi)有許多平行的金屬管道或蛇管 反應后反應后熱熱的的SO3蒸汽在蒸汽在管內(nèi)管內(nèi)自自上上而下流過而下流過 冷的冷的SO2與與O2混合氣體在混合氣體在管外管外由下而上流過由下而上流過通過管壁進行熱交換通過管壁進行熱交換3、S

9、O3的的吸收吸收 主要設備：主要設備：吸收塔吸收塔主要反應：主要反應：SO3 + H2O H2SO4吸吸 收收 塔塔討論討論4：吸收三氧化硫為什么不用水吸收三氧化硫為什么不用水和稀硫酸，而用和稀硫酸，而用98.3%的濃硫酸？的濃硫酸？濃硫酸為什么必須從塔頂噴下？濃硫酸為什么必須從塔頂噴下？逆流原理：逆流原理：三氧化硫與水反應，三氧化硫與水反應，放出大量的熱，用水或稀硫酸吸放出大量的熱，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一形成不利于氣體三氧化硫被進一步吸收，吸收速度慢，且吸收不步吸收，吸收速度慢，且吸收不完全，完全，98.3%的濃硫酸

10、從塔頂淋下，的濃硫酸從塔頂淋下，氣體由下往上，流向相反，充分氣體由下往上，流向相反，充分接觸，吸收更完全，接觸，吸收更完全，由此看來工由此看來工業(yè)生產(chǎn)上特別重視生產(chǎn)的速度及業(yè)生產(chǎn)上特別重視生產(chǎn)的速度及原料的利用率。原料的利用率。二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程二、硫酸工業(yè)生產(chǎn)的流程沸沸 騰騰 爐爐接接 觸觸 室室吸吸 收收 塔塔凈凈化化冷冷 卻卻尾氣尾氣 空氣空氣【例題解析例題解析】例1在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于SO2的轉(zhuǎn)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（ ）Aa處SO2、N2 Bb處SO2、O2、N2 Ca處SO3、O2 Dc處

11、SO3、N2例2在接觸法制硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，下列生產(chǎn)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BSO2氧化為SO3時需要高壓，這樣可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率CSO2氧化為SO3時需要使用催化劑，這樣可以提高SO2的轉(zhuǎn)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BD三原料三原料三選擇三選擇三階段三階段三反應三反應三設備三設備三雜質(zhì)三雜質(zhì)三危害三危害三凈化三凈化三原理三原理工業(yè)三廢工業(yè)三廢硫酸工業(yè)總結(jié)硫酸工業(yè)總結(jié)黃鐵礦黃鐵礦(或硫磺或硫磺)空氣空氣98.3%的硫酸的硫酸壓強壓強:常壓常壓溫度溫度:400500催化劑催化劑造氣造氣接

12、觸氧化接觸氧化SO3的吸收的吸收4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO22SO2+O2=2SO3SO3 +H2O=H2SO4沸騰爐沸騰爐接觸室接觸室吸收塔吸收塔礦塵礦塵砷砷,硒化合物硒化合物水蒸氣水蒸氣影響生產(chǎn)影響生產(chǎn)催化劑中毒催化劑中毒腐蝕設備腐蝕設備除塵除塵洗滌洗滌干燥干燥熱交換熱交換循環(huán)利用循環(huán)利用逆流吸收逆流吸收廢渣廢渣廢氣廢氣廢水廢水A基礎訓練基礎訓練 1我國在接觸法制硫酸過程中，普遍采用制我國在接觸法制硫酸過程中，普遍采用制SO2的方法是的方法是 A燃燒硫燃燒硫 B燃燒燃燒Fe2S3 C燃燒燃燒FeS2 D燃燒燃燒CuFeS22從沸騰爐中出來的爐氣中含有能使催化劑中毒的物質(zhì)是從

13、沸騰爐中出來的爐氣中含有能使催化劑中毒的物質(zhì)是 ASO2 BN2 C砷化物砷化物 D水蒸氣水蒸氣3接觸法制硫酸的尾氣中含有的大氣污染物是接觸法制硫酸的尾氣中含有的大氣污染物是 AH2S BCO2CSO3 DSO24在接觸法制硫酸過程的各步反應中，等物質(zhì)的量的反應物在接觸法制硫酸過程的各步反應中，等物質(zhì)的量的反應物發(fā)生電子轉(zhuǎn)移最多的是發(fā)生電子轉(zhuǎn)移最多的是 AFeS2 BO2CSO2 DSO3CCDA5接觸法制硫酸時，由沸騰爐導出的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、接觸法制硫酸時，由沸騰爐導出的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥等凈化過程，其理由是干燥等凈化過程，其理由是 A雜質(zhì)與礦塵會使催化劑中毒雜質(zhì)與礦塵會使催化

14、劑中毒B水蒸氣對設備和生產(chǎn)有不良影響水蒸氣對設備和生產(chǎn)有不良影響C可提高原料的利用率可提高原料的利用率D可制取濃硫酸可制取濃硫酸6在在4FeS2+11O2 = 2Fe2O3+8SO2的反應中，被氧化的元素是的反應中，被氧化的元素是 A只有鐵只有鐵 B只有硫只有硫C鐵和硫鐵和硫 D氧和鐵氧和鐵7用質(zhì)量分數(shù)為用質(zhì)量分數(shù)為98.3的濃硫酸吸收的理由是的濃硫酸吸收的理由是 A用水吸收放出的熱量多，影響吸收，應用濃用水吸收放出的熱量多，影響吸收，應用濃 吸收吸收B用濃用濃 吸收不形成酸霧，吸收干凈吸收不形成酸霧，吸收干凈C用濃用濃 吸收后得到更濃的濃吸收后得到更濃的濃 D用水吸收容易形成酸霧，吸收速度慢

15、用水吸收容易形成酸霧，吸收速度慢A BCDB提高訓練提高訓練8對于可逆反應2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，H= -98.3kJ/mol。下列說法中正確的是 A達到平衡時，反應物和生成物的濃度一定相等B達到平衡時，反應物和生成物的物質(zhì)的量保持不變C加入催化劑，可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率D升高溫度，可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率9以下可逆反應中，達到平衡后，通過升高溫度可提高反應物轉(zhuǎn)化率的是 ；通過增大壓強可提高反應物轉(zhuǎn)化率的是 ；改變壓強，轉(zhuǎn)化率不變的是 。A(s)+B(g) C(g)， H 0； N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)， H 0；2SO2 (g)+O2(g) 2SO3 (g

16、) ，H 0。CO(g)+NO2(g) CO2(g) +NO(g)，H 0； C涉及硫酸工業(yè)的計算涉及硫酸工業(yè)的計算(多 步 計 算-關系式法關系式法) 10. 10. 某硫酸廠用某硫酸廠用80 % FeS80 % FeS2 2 的黃鐵礦為原料制取硫酸，的黃鐵礦為原料制取硫酸，F(xiàn)eSFeS2 2 的利用率為的利用率為90%90%，求用，求用1000 t 1000 t 黃鐵礦可制得黃鐵礦可制得98% 98% 的濃硫酸多少的濃硫酸多少噸？噸？高溫高溫V2O52SO2 +O2 2SO34FeS2 +11O2 2Fe2O3 + 8SO2SO3 +H2O H2SO4 分析：分析：4FeS28SO28SO38H2SO4FeS22H2SO4 得關系式：得關系式：多 步 計 算 1 10 0. .某硫酸廠用某硫酸廠用80 % FeS80 % FeS2 2 的黃鐵礦為原料制取硫酸，的黃鐵礦為原料制取硫酸，F(xiàn)eSFeS2 2 的利用率為的利用率為90 %90 %，求用，求用10