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1、教案16(5-1-1接触制硫酸)第一节 接触法制硫酸学习目标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。4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。教学过程自学探究第一部分: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:
2、 (在 中进行);(3)SO3的吸收: (在 中进行)。4生产过程中提高原料利用率的方法有 、 。5煅烧黄铁矿制得的炉气中含有 ,需要 、_和 ,避免 。6讨论:阅读表5-1、表5-2,结合化学反应速率和化学平衡知识,从综合经济效益考虑:SO2接触氧化反应应在什么条件下进行有利?7接触氧化过程,应用了 设备,其优点是 。8工业上用 吸收SO3,是因为 。第二部分:1由硫酸工业反应原理可推算出,理论上:1mol S完全转化能生成 mol H2SO4,1mol FeS2完全转化能生成 mol H2SO4。2工业制硫酸中的计算问题:(1)关系式法(多步计算的简捷运算方法):先写出多步反应的化学方程式
3、,然后找出最初反应物和最终生成物之间的 之比,列出关系式,即可一步计算。如:SH2SO4,FeS2H2SO4。(2)元素守恒法:原料中某一关键元素理论上若全部转入产物,则两物质中该元素的物质的量 。(3)几个率:矿物的纯度= 100% 原料利用率= 100% 原料转化率=原料利用率= 1-原料损失率 产率= 100%(4)多步反应的总转化率 = 各步反应转化率的 二、总结与评价点燃高温催化剂硫酸是基础化学工业的重要产品,常用硫或硫铁矿为原料生产:1造气:S(g)+O2 (g)=SO2(g) H= -297kJ/mol 4FeS2(s)+11O2(g) =2Fe2O3(g)+8SO2(g) H=
4、 -853kJ/mol2接触氧化:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H= -98.3kJ/mol3三氧化硫的吸收:SO3(g)+H2O(l) = H2SO4(l) H= -130.3kJ/mol4硫酸工业计算的重点是多步计算,关键是找出最初反应物和最终生成物之间的关系。【例题讲解】例1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
5、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?分析讲解 (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:1000m3300.2%=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
6、,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:6002=1200m3相当于消耗氨0.912t。例2工业上测量SO2、N2、O2混合气体中SO2含量的装置如下图。反应管中装有碘的淀粉溶液。SO2和I2发生的反应为(N2、O2不与I2反应):SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI(1)混合气体进入反应管后,量气管内增加的水的体积等于_的体积(填写气体的分子式)。(2)反应管内溶液蓝色消失后,没有及时停止通气。则测得的SO2含量_(选填:偏高,偏低,不受影响)。(3)反应管内的碘的淀粉溶液也可
7、以用_代替(填写物质名称)。(4)若碘溶液体积为VamL,浓度为c molL-1,N2与O2的体积为VbmL(已折算成标准状况下的体积)。用Va、c molL-1、Vb表示SO2的体积百分含量为:_。(5)将上述装置改为简易实验装置,除导管外,还需选用的仪器为_(选填下列仪器的编号)。a、烧杯 b、试管 c、广口瓶 d、容量瓶 e、量筒 f、单孔塞 g、双孔塞分析讲解 (1)反应管的作用是吸收SO2,所以剩余的气体是N2、O2。量气管中增加的水的体积是N2、O2的体积。(2)若反应管内溶液蓝色消失,说明其中的I2已消耗完,此时若再通入待测混合气体,其中的SO2不能被吸收,所测得的SO2的含量会
8、偏低。(3)反应管中的试剂应具备两个条件,一是能吸收SO2,二是要明显的实验现象以利判断是否完全反应。酸性高锰酸钾或溴水都可作为吸收剂。(4)考查化学计算能力,根据题给反应可得:V(SO2)%=100%(5)量气管可用量筒代替,反应管可用试管或广口瓶代替,所以可以有如下三种组合:bceg或beg或ceg。【评价】1在硫酸工业生产中,为了有利于SO2的转化,且能充分利用热能,采用了中间有热交换器的接触室(如右图),图中在a、b、c处流入或流出的气体正确的是( )Aa处SO2、N2 Bb处SO2、O2、N2Ca处SO3、O2 Dc处SO3、N22在接触法制硫酸的工业生产中,下列生产操作及其原因解释
9、二者都正确的是( )A硫铁矿燃烧前需要粉碎,因为块状硫铁矿不能燃烧BSO2氧化为SO3时需要高压,这样可以提高SO2的转化率CSO2氧化为SO3时需要使用催化剂,这样可以提高SO2的转化率D用98.3%的浓H2SO4吸收SO3,可以防止形成酸雾阻碍SO3的吸收 3接触法制硫酸和工业制硝酸分别经过以下的变化:FeS2SO2SO3H2SO4, NH3NONO2HNO3 下列说法正确的是( )。A所有变化都是氧化-还原反应 B都是化合反应C反应都要用催化剂 D反应需要足量的氧气4在氧气中灼烧0.8g由硫、铁元素组成的化合物,使其中的硫经过一系列变化最终全部转化为硫酸,用20 mL 1 molL-1的
10、烧碱溶液恰好能完全中和这些硫酸,则原混合物中硫的质量分数约为( )。(A)40% (B)46% (C)53.3% (D)80 %5接触法制硫酸的原料是 ,生产过程的化学反应原理是: 。6硫酸最古老的生产方法是:把绿矾装入反应容器中加强热,会流出油状物,并放出有刺激性气味的气体,反应容器中的固体变为红色。这个变化过程可用两个化学方程式表示: , 。7含FeS280%的硫铁矿,煅烧时损失硫5%,SO2氧化成SO3时利用率为98%,问生产1 t 98%的硫酸,需要这种硫铁矿多少t?8取1g含SiO2和FeS2的矿石样品,在氧气中充分燃烧,残余固体质量为0.84g,用这种矿石100吨,可以制得98%的
11、H2SO4多少吨?(设生产过程中硫损失2%)9假设SO2接触氧化过程产生的热量有70%可以利用,请问生产100 t 98%的硫酸在接触氧化过程中能节约多少能量。(已知H= -98.3kJ/mol)10(1)据科技消息报报道:由于废气排放致使地球南极上空的a层出现了400多万平方公里的空洞,有害宇宙线长驱直入,把b分解,密度较小的氢就会逃逸到宇宙空间,剩下的氧最终会使土壤c,从而使地球人类正在重蹈火星的覆辙。根据以上叙述,回答问题。 填充:a_b_c_。 写出a与b对应的化学方程式:a_b_。(2)据中国环境报报道:从一份科技攻关课题研究结果显示,我国酸雨区已占国土面积的40%。研究结果还表明,
12、酸雨对我国农作物、森林等影响区域大。如图是研究酸雨成因的学生实验用的“催化棒”。用两根外面套有玻璃管的粗导线穿过橡皮塞并固定于粗玻璃管中,在其中一端用电热丝连接起来,即制成“催化棒”。实验时,先接通直流电源,使电热丝红热,然后将红热的电热丝伸入装有SO2和空气的集气瓶中,瓶中立即出现_ 现象,再往其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液,又出现_现象。请回答:以上实验中可得出酸雨成因的化学原理是_。目前一座中等城市每年用煤约300万吨,其含硫量如按1%计算,则每年排放SO2多少吨?若此二氧化硫有60%转化为硫酸,相当于生成多少吨98%硫酸?为了防治酸雨,降低煤燃烧时向大气排放的SO2,工业上将生石灰和含硫
13、煤混合后使用。请写出燃烧时,有关“固硫”(不使硫的化合物进入大气)反应的化学方程式_,并比较此法与将“石灰石粉未与含硫煤混合”使用防治酸雨的方法,哪个更好些?答_(填“生石灰法”或“石灰石法”)如每隔一段时间测定某份雨水(酸雨)样品的pH,请作出有关时间与酸雨pH变化的曲线图。国际上最新采用“饱和亚硫酸钠溶液吸收法”,请写出有关反应的化学方程式_。参考答案1B 2D 3CD 4A。5硫铁矿(或硫)、空气,S(g)+O2 (g)=SO2(g) 、 催化剂4FeS2(s)+11O2(g) =2Fe2O3(g)+8SO2(g)、2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)、SO3(g)+H2O(l)= H2SO4(l);62FeSO47H2O =Fe2O3+SO2+SO3+H2O,SO3+H2O = H2SO4。70.806 t 878.4 t96.88107Kj 。10(1)臭氧层;水;酸化。2O33O2;2H2O2H2+O2(2)空气中的SO2遇到矿尘或煤烟等对SO2的氧化有催化作用的颗粒就会被氧化形成酸雨。60t;36.7t。CaO+SO2=CaSO3, 2CaSO3+O2=2 CaSO4;生石灰法。Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3,2NaHSO3= Na2SO3+SO2+H2O。
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