第五單元硫酸工業(yè)

第一節(jié) 接觸法制硫酸SSO2SO3H2SO4[練習(xí)]用化學(xué)方程式實(shí)現(xiàn)下列各物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化[閱讀提綱]閱讀教材并討論下列問題。1.為什么說硫酸的消費(fèi)量被視為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)水平的一種標(biāo)志?2.工業(yè)制硫酸的原料是什么?硫磺、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣（含一定量的SO2氣）等.世界硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成我國(guó)硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成1988～1992年中國(guó)硫酸生產(chǎn)的原料構(gòu)成(%)3.工業(yè)制硫酸分成幾個(gè)階段?每個(gè)階段的反應(yīng)原理是什么?(1).造氣(2).接觸氧化(3).三氧化硫的吸收硫酸生產(chǎn)反應(yīng)式4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

高溫硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理SO3+H2OH2SO4第一步：第二步：第三步：2SO2+O22SO3催化劑加熱閱讀教材,討論、回答問題。

1.造氣

(1)燃燒黃鐵礦的設(shè)備叫為什么叫沸騰爐?

(2)黃鐵礦燃燒時(shí)為什么要粉碎成細(xì)小的礦粒,并且在燃燒爐中通入強(qiáng)大的空氣流使之“沸騰”呢?

(3)為什么通入接觸室的“爐氣”必須預(yù)先進(jìn)行凈化和干燥?

沸騰爐沸騰爐

(2)根據(jù)平衡移動(dòng)原理,反應(yīng)在較高還是較低的溫度下進(jìn)行更有利?

(1)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);△H=-196.6kJ/mol該反應(yīng)的特點(diǎn)是什么?

催化劑2.接觸氧化

(3)根據(jù)平衡移動(dòng)原理,反應(yīng)在較高還是較低的壓強(qiáng)下進(jìn)行更有利?

接觸觸室室接觸觸室室3.三三氧氧化化硫硫的的吸吸收收:(1)吸吸收收劑劑是是什什么么?如如果果用用水水或或稀稀硫硫酸酸吸吸收收SO3會(huì)造造成成什什么么后后果果?(2)為為了了更更好好吸吸收收SO3,采采取取了了哪哪些些措措施施?吸收收塔塔吸收收塔塔硫酸酸工工業(yè)業(yè)生生產(chǎn)產(chǎn)流流程程動(dòng)動(dòng)畫畫硫酸酸的的工工業(yè)業(yè)生生產(chǎn)產(chǎn)沸騰騰爐爐接觸觸室室吸收收塔塔凈化化冷卻卻4.尾尾氣氣處處理理(1)尾尾氣氣的的成成分分:SO2（少少量量））、、O2、N2（2））尾尾氣氣處處理理要要經(jīng)經(jīng)過過兩兩個(gè)個(gè)過過程程：：一是是進(jìn)進(jìn)行行第第二二次次氧氧化化；；二是是將將兩兩次次氧氧化化后后的的氣氣體體加加以以凈凈化化后回回收收處處理理。。工業(yè)業(yè)制制硫硫酸酸的的主主要要工工藝藝及及原原理理1．．工工業(yè)業(yè)上上用用接接觸觸法法制制硫硫酸酸時(shí)時(shí)，，從從沸沸騰騰爐爐內(nèi)內(nèi)導(dǎo)導(dǎo)出出的的爐爐氣氣，，要要經(jīng)經(jīng)過過凈凈化化的的理理由由是是（（））思考考題題BA．．為為了了減減少少對(duì)對(duì)大大氣氣的的污污染染B．．防防止止催催化化劑劑中中毒毒C．．爐爐氣氣還還含含有有一一些些其其他他有有用用成成分分，，以以便綜綜合合利利用用D．．為為了了制制得得更更純純的的H2SO42．．對(duì)對(duì)于于接接觸觸法法制制硫硫酸酸的的生生產(chǎn)產(chǎn)操操作作與與說說明明生生產(chǎn)產(chǎn)操操作作的的主主要要理理由由兩兩者者都都正正確確的的是是()A．．硫硫鐵鐵礦礦燃燃燒燒前前需需要要粉粉碎碎，，因因?yàn)闉榇蟠髩K塊的的硫硫鐵鐵礦礦不不能能燃燃燒燒B．．三三氧氧化化硫硫的的吸吸收收采采取取逆逆流流的的形形式式，，目目的的是是增增大大其其與與吸吸收收劑劑的的接接觸觸面面積積C．．二二氧氧化化硫硫氧氧化化成成三三氧氧化化硫硫時(shí)時(shí)需需使使用用催催化化劑劑，，這這樣樣可可以以提提高高二二氧氧化化硫硫的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率D．三氧化硫硫用98.3%的濃硫酸酸吸收，目的的是防止形成成酸霧，以便便使其吸收完完全BD3.在硫酸的的工業(yè)生產(chǎn)中中，為了有利利于SO2的轉(zhuǎn)化，且能能充分利用熱熱能，采用了了中間有熱交交換器的接觸觸室（見下圖圖）。按此密密閉體系中氣氣體的流向，，則在A處流流出的氣體為為（））CA．SO2B．SO3O2C．SO2O2D．SO2SO34.為防治治酸雨，降低低煤燃燒時(shí)向向大氣排放的的SO2，工業(yè)上將生生石灰和含硫硫煤混合后使使用。請(qǐng)寫出出燃燒時(shí)，有有關(guān)“固硫””（不使含硫硫化合物進(jìn)入入大氣）反應(yīng)應(yīng)的化學(xué)方程程式。【答案】CaO+SO2=CaSO3，2CaSO3+O2=2CaSO4上述方法稱為為“鈣基固硫硫法”。這種種方法實(shí)際上上是把生石灰灰或石灰石的的粉粒摻入煤煤中，再進(jìn)行行燃燒。利用用石灰石分解解生成的CaO也能吸收收SO2，但因石灰石石分解是吸熱熱反應(yīng)，所以以用CaCO3固硫比用CaO固硫多消消耗部分熱量量。2CaSO3+O2=2CaSO4這個(gè)反應(yīng)易漏漏寫，在有空空氣存在和高高溫條件下，，CaSO3易被氧化為CaSO4，這可以得出出一條規(guī)律：：溫度高時(shí)，，熱穩(wěn)定性不不夠好的物質(zhì)質(zhì)將向熱穩(wěn)定定性物質(zhì)轉(zhuǎn)化化，如本題涉涉及CaCO3→CaSO3→CaSO4的轉(zhuǎn)化。以防防漏寫其中一一個(gè)方程式。。5.現(xiàn)有1L含SO3為30%的發(fā)發(fā)煙硫酸（密密度為1.95g/cm3），要把它稀稀釋成濃度為為95%的濃濃硫酸，要加加水約為()A．120mLB．180mLC．240mLD．300mLC1L含SO3為30%的發(fā)發(fā)煙硫酸中含含SO3為1000cm3×1.95g/cm3×30%=585g，與與SO3反應(yīng)所需水量量為585g/80g/mol×18g/mol=131.625g，95%H2SO4溶液中溶劑為為:則H2SO4為:1000cm3×1.95g/cm3+131.625g=2081.625g95×5=110g2081.625g所以，總共需需加水為:131.625g+110g=241.625g【解題回顧】】本題可用S原原子守恒巧解解，原溶液的的質(zhì)量為1950g，，設(shè)最終溶液液質(zhì)量為x1950×30%/80+1950×70%/98=95%x/98x=2194則需加水的質(zhì)質(zhì)量為2191-1950=2415.某化工廠廠每小時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)at（噸噸）98%（（質(zhì)量分?jǐn)?shù)））硫酸。為使使硫充分燃燒燒，且在下一一步催化氧化化時(shí)不再補(bǔ)充充空氣，要求求燃燒后的混混合氣體中含含氧氣的體積積分?jǐn)?shù)為b%。若空氣中中氧氣的體積積分?jǐn)?shù)為21%，且不考考慮各生產(chǎn)階階段的物料損損失，則（1）該廠每小小時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)狀況下空氣氣的體積為m3。（2）為滿滿足題設(shè)要求求，b%的下下限等于。【解析】（1）每小時(shí)生生產(chǎn)的純硫酸酸為(a×106g×98%)÷98g/mol=a×104mol。生產(chǎn)產(chǎn)過程中生成成的SO2和SO3也都是a×104mol。設(shè)每每小時(shí)消耗空空氣的體積為為V，則由S+O2=SO2消耗O2的體積等于生生成的SO2體積，即燃燒燒前空氣的體體積等于燃燒燒后混合氣體體的體積，據(jù)據(jù)此可得以下下關(guān)系：空氣氣中O2的體積=反應(yīng)應(yīng)中消耗的O2的體積+燃燒燒后混合氣體體中O2的體積，即V×21%=a×104mol×22.4L/mol×10-3m3/L+V×b%，V=22400a/(21-b)。（2）“b的的下限”，其其含義是指燃燃燒后剩余的的O2在第二步催化化氧化時(shí)恰好好完全反應(yīng)，，也就是說，，燃燒前空氣氣中的氧（空空氣體積的21%）恰好好滿足兩步反反應(yīng)。因S+O2=SO2和O2+2SO2=2SO3兩步反應(yīng)耗O2之比為2∶1，故燃燒后后（第一步反反應(yīng)后）混合合氣體中O2的體積分?jǐn)?shù)的的下限是b%=(1/3)×21%=7%。6.紅旗化工工設(shè)計(jì)院承擔(dān)擔(dān)某硫酸廠的的設(shè)計(jì)任務(wù)，，該廠要求：：第一：為了控控制污染和提提高生產(chǎn)效率率，不再使用用黃鐵礦，改改用固體硫?yàn)闉樵稀５诙焊亩未嗡惋L(fēng)（鼓入入空氣）為一一次送風(fēng)，即即送風(fēng)后使硫硫充分燃燒，，并在下一步步催化氧化時(shí)時(shí)不再補(bǔ)充空空氣。第三：每天生生產(chǎn)98%H2SO450t。第第四：送風(fēng)機(jī)機(jī)每天輸送空空氣的體積為為5000m3/臺(tái)（標(biāo)況））.求：（1）每每天消耗含硫硫95%的固固體硫多少噸噸？（2）理理論上應(yīng)安裝裝多少臺(tái)送風(fēng)風(fēng)機(jī)？（3）固體硫硫充分燃燒后后的混合氣體體中氧氣的體體積分?jǐn)?shù)φ(O2)的下限為多多少？（4）實(shí)際安安裝送風(fēng)機(jī)的的臺(tái)數(shù)應(yīng)略多多于理論數(shù)（（不考慮損壞壞），為什么么？能否過分分增加送風(fēng)機(jī)機(jī)的臺(tái)數(shù)，為為什么？（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化過程不考考慮損耗；固固體硫中雜質(zhì)質(zhì)與空氣不反反應(yīng)；空氣中中氧氣的體積積分?jǐn)?shù)為21%）（1）設(shè)每天天消耗固體硫硫的質(zhì)量為x，根據(jù)反應(yīng)應(yīng)前后硫元素素守恒，得：：x×95%=(5.0××107g×98%/98g/mol)×32g/molx=1.68×107g=16.8t（2）每天生生產(chǎn)的純H2SO4的物質(zhì)的量為為5.0×107×98%g/98g/mol=5.0×105mol，因而而生產(chǎn)過程中中生成的SO2和SO3都是5.0××105mol。由于于S→SO2，SO2→SO3中所需氧元素素均由空氣提提供，根據(jù)氧氧元素守恒，，每天至少消消耗空氣的體體積為：V(空氣)=3/2×5.0×105mol×22.4mol/L×103m3/L÷21%=80000m3故理論上安裝裝送風(fēng)機(jī)的臺(tái)臺(tái)數(shù)=80000m3/5000m3=16臺(tái)（3）本小題題中“φ(O2)的下限”，，其含義是指指燃燒后剩余余的O2在第二步催化化氧化時(shí)恰好好完全反應(yīng)，，即燃燒前空空氣中的氧恰恰好滿足S+O2=SO2及2SO2+O2=2SO3兩步反應(yīng)。因因上述兩步反反應(yīng)的耗O2量之比為2∶∶1，所以燃燃燒后（第一一步反應(yīng)后））混合氣體中中O2的體積下限V′=V(空空氣)×21%×1/3=V(空空氣)×7%。