化學(xué)選修2人教新課標(biāo)1.1化工生產(chǎn)過程中的基本問題同步課件1

第一單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題1化工生產(chǎn)過程中的基本問題一二三四五一、依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理確定生產(chǎn)過程1.關(guān)于工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理及過程需考慮的因素(1)分析產(chǎn)品的化學(xué)組成,據(jù)此確定生產(chǎn)該產(chǎn)品的主要原料。從H2SO4的組成看,原料應(yīng)該是自然界存在的含硫物質(zhì),如硫黃、黃鐵礦(主要成分是FeS2)等。(2)分析產(chǎn)品與生產(chǎn)原料之間關(guān)鍵元素的性質(zhì),確定主要生產(chǎn)步驟。H2SO4中S的化合價是+6價,因此先從S或FeS2得到SO3,再由SO3與H2O反應(yīng)得到H2SO4。(3)分析生產(chǎn)原料的性質(zhì),確定反應(yīng)原理。生產(chǎn)H2SO4的主要化學(xué)過程可以分成SO2的生成和SO2轉(zhuǎn)化為SO3兩個階段。一二三四五一二三四五一二三四五二、生產(chǎn)中原料的選擇1.在工業(yè)生產(chǎn)中,除選擇原料依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理外,還有許多因素要考慮,如廠址選擇、原料、能源、工業(yè)用水的供應(yīng)能力、貯存、運輸、預(yù)處理成本及環(huán)境保護(hù)等。2.目前,很多國家生產(chǎn)硫酸主要以硫黃為原料,我國早期主要是以黃鐵礦為原料制硫酸的。一二三四五一二三四五三、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制對二氧化硫的催化氧化:1.溫度條件選擇400~500℃作為操作溫度,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。

2.壓強條件增大氣體壓強,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多,所以,通常采用常壓操作。3.催化劑催化劑對化學(xué)平衡沒有影響,但能改變到達(dá)平衡所需的時間。一二三四五一二三四五一二三四五一二三四五五、能量的充分利用硫酸生產(chǎn)過程中的三個化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng),如果能充分利用這些熱量,不但可以由硫酸廠自行提供能量,還可以向外界輸出大量的能量,可大大降低生產(chǎn)成本。一二三四五一二三四五解析:原料SO2、O2從裝置左側(cè)中間進(jìn)入熱交換器,吸收熱量后由A處流出,再進(jìn)入催化反應(yīng)室發(fā)生反應(yīng),并放出大量的熱,而熱交換器的作用是把一部分熱量交換給剛進(jìn)入熱交換器的原料氣,然后由下端流出,進(jìn)入下一個裝置。SO3溫度過高不易被吸收,所以下端出來的氣體降溫后再用濃硫酸吸收。答案:D探究一探究二探究一探究二1.生產(chǎn)硫酸的方法為什么叫接觸法?提示SO2和O2是在催化劑表面接觸反應(yīng)的,主要設(shè)備叫接觸室。2.接觸室中熱交換器的作用是什么?從接觸室出來的氣體成分是什么?提示熱交換器的作用是在SO2接觸氧化時,用放出的熱來預(yù)熱即將進(jìn)入接觸室發(fā)生反應(yīng)的SO2和空氣,這樣可以充分利用熱能,節(jié)約燃料。從接觸室出來的氣體主要是SO3、N2以及剩余的未起反應(yīng)的O2和SO2。3.吸收SO3為什么不用水或稀硫酸,而要用98.3%的硫酸?濃硫酸為什么必須從塔頂噴下?提示因為用水或稀硫酸作吸收劑容易形成酸霧且吸收速率慢;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)。探究一探究二探究一探究二探究一探究二請回答下列問題:(1)為充分利用反應(yīng)放出的熱量,接觸室中應(yīng)安裝

(填設(shè)備名稱)。吸收塔中填充有許多瓷管,其作用是

。

(2)為使硫黃充分燃燒,經(jīng)流量計1通入燃燒室的氧氣過量50%。為提高SO2轉(zhuǎn)化率,經(jīng)流量計2的氧氣量為接觸室中二氧化硫完全氧化時理論需氧量的2.5倍,則生產(chǎn)過程中流經(jīng)流量計1和流量計2的空氣體積比應(yīng)為

。假設(shè)接觸室中SO2的轉(zhuǎn)化率為95%,b管排出的尾氣中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為

(空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)按20%計)。該尾氣的處理方法是

。

(3)與以黃鐵礦為原料的生產(chǎn)工藝相比,該工藝的特點是

(可多選)。

A.耗氧量減少B.二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高C.產(chǎn)生的廢渣減少D.不需要使用催化劑(4)礦物燃料的燃燒是產(chǎn)生大氣中SO2的主要原因之一。在燃煤中加入適量的石灰石,可有效減少煤燃燒時SO2的排放,請寫出此脫硫過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式

。

探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二解析:二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的反應(yīng)為正反應(yīng)氣體體積減小的放熱反應(yīng),所以低溫高壓有利于提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率。答案:(1)黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多,處理成本高(2)CD(3)①凈化氣體;②控制溫度在400~500℃;③增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積(4)<在常壓和298K條件下,2molSO2和1molO2完全反應(yīng)生成2molSO3,放出196kJ熱量。由于該反應(yīng)為可逆反應(yīng),不可能進(jìn)行完全,又因為反應(yīng)溫度為450℃,所以放出的熱量小于196kJ12345123452.硫酸工業(yè)中,常用濃硫酸吸收三氧化硫,而不用水來吸收的原因是(

)A.三氧化硫溶于濃硫酸,不易溶于水B.用濃硫酸吸收三氧化硫速度雖慢,但損失三氧化硫少C.用水吸收易形成酸霧,吸收速度慢D.用水吸收得到的不是純硫酸解析:用98%的硫酸吸收SO3可以避免形成酸霧并提高吸收率。答案:C12345123454.下列關(guān)于工業(yè)制硫酸的說法正確的是(

)A.生產(chǎn)硫酸的工業(yè)尾氣可以直接排入大氣中B.進(jìn)入接觸室的氣體,必須先經(jīng)凈化、干燥C.以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸,從沸騰爐中排出的爐渣可以作為肥料D.在高溫、高壓下由SO2和O2合成SO3解