1、第一節(jié) 接觸法制硫酸教學(xué)目標(biāo)1.了解接觸法制硫酸的化學(xué)原理、原料、生產(chǎn)流程和典型設(shè)備。2.通過(guò)二氧化硫接觸氧化條件的討論，復(fù)習(xí)鞏固關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。一、反應(yīng)原理1.SO2=SO23.SO3H2O=H2SO4現(xiàn)階段我國(guó)硫酸的生產(chǎn)原料以黃鐵礦(主要成分為FeS2)為主，部分工廠用有色金屬冶煉廠的煙氣、礦產(chǎn)硫黃或從石油、天然氣脫硫獲得硫黃作原料。4FeS211O22Fe2O38SO2如以石膏為原料的第一步反應(yīng)就是：2CaSO4C2CaO2SO2CO2二、工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)流程。工業(yè)上制硫酸主要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)途徑：1、以黃鐵礦為原料制取SO2的設(shè)備

2、叫沸騰爐。沸騰爐示意圖礦石粉碎成細(xì)小的礦粒，是為了增大與空氣的接觸面積，通入強(qiáng)大的空氣流為使礦粒燃燒得更充分，從而提高原料的利用率。設(shè)問(wèn)黃鐵礦經(jīng)過(guò)充分燃燒，以燃燒爐里出來(lái)的氣體叫做“爐氣”。但這種爐氣往往不能直接用于制取SO3，這是為什么呢？這是因?yàn)闋t氣中常含有很多雜質(zhì)，如N2，水蒸氣，還有砷、硒的化合物及礦塵等。這些雜質(zhì)有些是對(duì)生產(chǎn)不利的，如砷硒的化合物、礦塵能夠使下一步氧化時(shí)的催化劑中毒，水蒸氣對(duì)設(shè)備也有不良影響，因此爐氣必須經(jīng)過(guò)凈化、干燥處理。問(wèn)題：1.N2對(duì)硫酸生產(chǎn)沒(méi)有用處，為什么不除去？ 2.工業(yè)生產(chǎn)上為什么要控制條件使SO2、O2處于上述比例呢？答案1.N2對(duì)硫酸的生產(chǎn)沒(méi)有用處，但

3、也沒(méi)有不利之處，若要除去，勢(shì)必會(huì)增加生產(chǎn)成本，從綜合經(jīng)濟(jì)效益分析沒(méi)有除去的必要。2. 這樣的比例是增大反應(yīng)物中廉價(jià)的氧氣的濃度，而提高另一種反應(yīng)物二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，從而有利于SO2的進(jìn)一步氧化。三、生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程2. 接觸室 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，二氧化硫的氧化是在催化劑存在條件下進(jìn)行的，目前工業(yè)生產(chǎn)上采用的是釩催化劑。二氧化硫同氧氣在釩催化劑表面上與其接觸時(shí)發(fā)生反應(yīng)，所以，工業(yè)上將這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法制硫酸。二氧化硫發(fā)生催化氧化的熱化學(xué)方程式為：提問(wèn)SO2的接觸氧化在什么條件下反應(yīng)可提高SO2的轉(zhuǎn)化率？SO2的氧化為一可逆反應(yīng)。根據(jù)勒夏特列原理，加壓、降溫有利于SO2轉(zhuǎn)化率的提高。實(shí)

4、際生產(chǎn)中反應(yīng)條件：常壓下400500。為什么？二氧化硫在接觸室里是如何氧化成三氧化硫的呢？經(jīng)過(guò)凈化、干燥的爐氣，通過(guò)接觸室中部的熱交換器被預(yù)熱到400500,通過(guò)上層催化劑被第一次氧化，因?yàn)槎趸虻拇呋趸欠艧岱磻?yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)環(huán)境的溫度會(huì)不斷升高，這不利于三氧化硫的生成。接觸室中部安裝的熱交換器正是把反應(yīng)生成的熱傳遞給接觸室里需要預(yù)熱的爐氣，同時(shí)降低反應(yīng)后生成氣體的溫度，使之通過(guò)下層催化劑被第二次氧化。這是提高可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的一種非常有效的方法。3. 吸收塔 二氧化硫在接觸室里經(jīng)過(guò)催化氧化后得到的氣體含三氧化硫一般不超過(guò)10%，其余為N2、O2及少量二氧化硫氣體。這時(shí)進(jìn)入硫酸生產(chǎn)

5、的第三階段，即成酸階段。其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l);H=130.3 kJ/mol從反應(yīng)原理上看，硫酸是由三氧化硫跟水化合制得的。事實(shí)上，工業(yè)上卻是用98.3%的濃H2SO4來(lái)吸收SO3的，為什么要這樣操作呢？從理論上講，三氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸有二種途徑：一種是三氧化硫被硫酸水溶液吸收，與水溶液中的水發(fā)生反應(yīng)生成硫酸。SO3(g)H2O(l) H2SO4(l),H0,這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)。另一途徑是用水吸收，但硫酸與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成包含雜質(zhì)氣體的酸霧。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，用98.3%的濃硫酸作為吸收劑吸收三氧化硫。討論1.從吸收塔里排出的尾氣有哪些成分，能直接

6、排放到空氣中嗎？ 2.尾氣應(yīng)如何處理？回答從吸收塔排出的氣體主要有N2、O2，少量二氧化硫，若直接排放到空氣中，會(huì)造成嚴(yán)重的污染，同時(shí)也會(huì)造成原料的浪費(fèi)。因此應(yīng)將上述氣體再次通入接觸室進(jìn)行二次氧化，然后進(jìn)一步吸收。也可用NH3吸收SO2以生產(chǎn)亞硫酸銨，或用堿吸收后，再通過(guò)加酸生產(chǎn)高濃度二氧化硫和硫酸銨。綜合能力訓(xùn)練題1.在硫酸的工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說(shuō)明生產(chǎn)操作的主要原因二者都是正確的是A.硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)榇髩K的硫鐵礦不能燃燒B.從沸騰爐出來(lái)的爐氣需凈化，因?yàn)闋t氣中SO2會(huì)與雜質(zhì)反應(yīng)C.SO2氧化為SO3時(shí)需使用催化劑，這樣可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率D.SO3用98.3%的濃H2SO

7、4吸收，目的是防止形成酸霧，以便使SO3吸收完全2.固體A、B都由兩種相同的元素組成，在A、B中兩元素的原子個(gè)數(shù)比分別為11和12，將A、B在高溫時(shí)煅燒，產(chǎn)物都是C(s)和D(g)。由D最終可制得E，E是非金屬元素顯6價(jià)的含氧酸，該非金屬元素形成的單質(zhì)通常是一種淡黃色晶體，E的稀溶液和A反應(yīng)時(shí)生成G(g)和F(aq),G通入D的水溶液，有淡黃色沉淀生成。在F中滴入溴水后，加入KOH溶液有紅褐色沉淀生成，加熱時(shí)又能轉(zhuǎn)變?yōu)镚。根據(jù)上述事實(shí)回答：(1)A的化學(xué)式是_，B的化學(xué)式是_。(2)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：B煅燒生成C和D_-G通入D溶液中_向F中滴入溴水_1.D2.第一步：根據(jù)E是非金屬元

8、素顯6價(jià)含氧酸且該非金屬元素形成的單質(zhì)，通常是一種淡黃色固體，所以E是H2SO4。第二步：A(或B) CD，D最終制得E，EAGF,GD淡黃色沉淀。該淡黃色沉淀必為S，進(jìn)一步驗(yàn)證E為H2SO4，A和B中均含S元素。第三步：F紅褐色沉淀C,該紅褐色沉淀必為Fe(OH)3，因此C為Fe2O3,F為含F(xiàn)e2的溶液，A和B中均含F(xiàn)e元素。答案：A為FeS,B為FeS2。4FeS211O22Fe2O38SO22H2SH2SO3=3S3H2O6FeSO43Br2=2Fe2(SO4)32FeBr3第二節(jié) 關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論教學(xué)目標(biāo)1.使學(xué)生常識(shí)性地了解化學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)的區(qū)別。2.使學(xué)生對(duì)于

9、如何提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益有一個(gè)常識(shí)性的認(rèn)識(shí)。3.通過(guò)課堂討論培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。一、環(huán)境保護(hù)與綜合利用原料在化工生產(chǎn)中某一生產(chǎn)部門產(chǎn)生的三廢，即廢氣、廢液、廢渣，往往可能是其他生產(chǎn)部門有用的原料。提問(wèn)硫酸工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生哪些廢物？這些廢物又如何處理呢？回答硫酸生產(chǎn)的第三階段，即三氧化硫的吸收階段從吸收塔中排出含少量二氧化硫的廢氣。黃鐵礦礦粉在沸騰爐中燃燒后產(chǎn)生大量廢渣。爐氣的凈化、干燥過(guò)程中產(chǎn)生廢液。1、硫酸生產(chǎn)中尾氣的處理氨水吸收，再用硫酸處理SO22NH3H2O=(NH4)2SO3(NH4)2SO3H2SO4=(NH4)2SO4SO2H2O用Na2SO3溶液吸收，然后加熱

10、吸收液SO2Na2SO3H2O=2NaHSO32NaHSO3Na2SO3SO2H2O用NaOH溶液吸收，再用石灰乳和O2處理SO22NaOH=Na2SO3H2ONa2SO3Ca(OH)2=CaSO32NaOH2CaSO3O2=2CaSO4Ca(OH)2H2SO4=CaSO42H2O二、能量的充分利用1.S(s)O2(g)=SO2(g);H=297 kJ/molFeS2(s)O2(g) Fe2O3(s)2SO2(g);H=853 kJ/mol3.SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l);H=130.3 kJ/mol很明顯，上述反應(yīng)均為典型的放熱反應(yīng)，假如我們能把這些熱量充分利用，有什么重要的意

11、義呢？若充分利用“廢熱”，則不僅不需要由外界向工廠供能，而且還可以由工廠向外界供能。三、生產(chǎn)規(guī)模和廠址選擇現(xiàn)代化工生產(chǎn)一般要求有較大的規(guī)模。因?yàn)榇笮突a(chǎn)可以降低單位產(chǎn)量投資，便于熱能的綜合利用和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，因而總的經(jīng)濟(jì)效益較大。化工廠廠址選擇是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場(chǎng)需求、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)等諸多因素。綜合能力訓(xùn)練題1.據(jù)中國(guó)環(huán)境報(bào)報(bào)道：從一份科技攻關(guān)課題研究結(jié)果顯示，我國(guó)酸雨區(qū)已占國(guó)土面積的40%以上。研究結(jié)果還表明，我國(guó)農(nóng)業(yè)每年因遭受酸雨而造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)15億多元。為了有效控制酸雨，目前國(guó)務(wù)院已批準(zhǔn)了酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案等法規(guī)。(1

12、)你認(rèn)為減少酸雨產(chǎn)生的途徑可采取的措施是不用煤作燃料；把工廠煙囪造高；燃料脫硫；在已酸化的土壤中加石灰；開(kāi)發(fā)新能源。A. B. C. D.(2)在英國(guó)進(jìn)行的一個(gè)研究結(jié)果表明：高煙囪可以有效地降低地表面SO2濃度。在20世紀(jì)的60年代70年代的10年間，由發(fā)電廠排放出的SO2增加了35%，但由于建造高煙囪的結(jié)果，地面濃度降低了30%之多。請(qǐng)你從全球環(huán)境保護(hù)的角度，分析這種方法是否可取?并簡(jiǎn)述其理由。(3)用傳統(tǒng)的煤、石油作燃料，其主要缺點(diǎn)是什么?與傳統(tǒng)的煤、石油燃料相比，哪種物質(zhì)可作為新的能源?主要優(yōu)點(diǎn)又是什么?(4)目前一座中等城市每年用煤約300萬(wàn)噸，其含硫量如按1%計(jì)算，則每一年排放SO2

13、 噸，若此SO2有60%轉(zhuǎn)化為H2SO4 ，相當(dāng)于生成 噸98%的H2SO4。(5)為了防止酸雨，降低煤燃燒時(shí)向大氣排放的SO2，工業(yè)上常將生石灰和含硫煤混合使用，請(qǐng)寫出燃燒時(shí)，有關(guān)“固硫”(不使硫化物進(jìn)入大氣)反應(yīng)的化學(xué)方程式 ，并比較此法與將“石灰石粉末與含硫煤混合”防止酸雨的方法，哪個(gè)更好些? (填“生石灰法”或“石灰石法”)(6)國(guó)際上最新采用“飽和亞硫酸鈉溶液吸收法”，請(qǐng)寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式 _2.某空氣污染監(jiān)測(cè)儀是根據(jù)SO2和Br2的定量反應(yīng)來(lái)測(cè)定空氣中SO2含量的。參加反應(yīng)的溴，來(lái)自一個(gè)裝滿酸性(H2SO4)KBr溶液的電解槽陽(yáng)極上的氧化反應(yīng)，電解槽的陽(yáng)極室與陰極室是隔開(kāi)的。

14、當(dāng)測(cè)量某地區(qū)空氣中SO2含量時(shí)，空氣(經(jīng)過(guò)除塵)以1.5104 m3min1的流速進(jìn)入電解槽的陽(yáng)極室，電流計(jì)顯示每分鐘通過(guò)電子是5.136109 mol，此條件下能保持溴濃度恒定并恰好與SO2完全反應(yīng)。設(shè)被測(cè)空氣中不含其他能與溴反應(yīng)的雜質(zhì)。(1)寫出此監(jiān)測(cè)過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)計(jì)算該地區(qū)空氣中SO2的含量(gm3)(保留兩位小數(shù))。1解析：本題從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)了一系列有關(guān)SO2氣體對(duì)環(huán)境影響的問(wèn)題討論，考查學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，解題時(shí)只要認(rèn)真，細(xì)心地審題，便不難得出結(jié)論。(1)形成酸雨的物質(zhì)主要是SO2，氮氧化物等，防止措施就是杜絕這些污染源的產(chǎn)生。(2)造高煙囪的作用僅僅是

15、轉(zhuǎn)移了SO2，卻并未對(duì)產(chǎn)生SO2的來(lái)源進(jìn)行根治，所以全球SO2的量并未減少。(3)分析時(shí)可從煤、石油為不可再生資源，且其中含有N、S元素，燃燒時(shí)可形成SO2、NOx進(jìn)入大氣，導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生等方面分析，新能源的理想物質(zhì)是H2，學(xué)生在初中就已學(xué)過(guò)并應(yīng)熟悉它的優(yōu)點(diǎn)。(4)據(jù)S SO232 64300萬(wàn)噸1 m(SO2)m(SO2)6104噸 SO2 H2SO4 64 98610460 m(H2SO4)98%m(H2SO4)5625104噸(5)生石灰固硫的反應(yīng)為：CaOSO2=CaSO3 2CaSO3O2=2CaSO4 石灰石法固硫的反應(yīng)為：CaCO3CaOCO2 CaOSO2=CaSO3 2CaS

16、O3O2=2CaSO4，很明顯，生石灰法固硫要優(yōu)于石灰石法，因石灰石固硫多了CaCO3的分解反應(yīng)，其既吸收能量，又產(chǎn)生CO2，從而降低了煤炭的燃燒效益并促進(jìn)了溫室效應(yīng)。答案：(1)C(2)不可取。因?yàn)镾O2排放總量沒(méi)有減少，進(jìn)一步形成的酸雨仍會(huì)對(duì)全球造成危害。(3)煤、石油為不可再生資源；燃燒時(shí)形成的SO2、NOx等嚴(yán)重污染大氣，形成酸雨；且燃燒后的主要產(chǎn)物CO2，又將導(dǎo)致溫室效應(yīng)。H2；來(lái)源廣泛(可用水作為原料來(lái)制取)，燃燒時(shí)放熱多(為同質(zhì)量汽油的3倍)，燃燒產(chǎn)物不污染環(huán)境。(4)6104 t； 5.63104 t(5)CaOSO2CaSO3 2CaSO3O2=2CaSO4 生石灰法(6)Na2SO3SO2H2O=2NaHSO32解析：本題考查的知識(shí)點(diǎn)是通過(guò)測(cè)定空氣中污染物的含量的工作原理，考查KBr的電解和SO2的還原性及有關(guān)計(jì)算。(1)由題中所給信息可知，某空氣污染監(jiān)測(cè)儀的工作原理包含電解酸性KBr溶液和電解的陽(yáng)極產(chǎn)物Br2和SO2反應(yīng)的兩個(gè)過(guò)程，故有關(guān)反應(yīng)方程式為：2KBrH2