硫酸工业【知识点+例题+练习】.doc

硫酸工业

知识要点
一、主要知识点
1、接触法制硫酸示意图：

三原料
三阶段
三反应(均放热)
三设备
三净化
黄铁矿或S
造气
4FeS2+11O2 =2Fe2O3+8SO2(高温)
或S+O2=SO2
沸腾炉
除尘
空气
接触氧化
2SO2 +O2≒2SO3 (催化剂)
接触室
洗涤
98.3%浓硫酸
三氧化硫吸收
SO3+H2O = H2SO4
吸收塔
干燥
2、接触法制硫酸的过程和原理：
(1)造气： (在 中进行)；
(2)接触氧化： (在 中进行)；
(3)SO3的吸收： (在 中进行)．
3、生产过程中提高原料利用率的方法有 、 ．
4、煅烧黄铁矿制得的炉气中含有 ，
需要 、______和 ，避免 ．
5、应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择适宜条件：二氧化硫接触氧化的反应是一个气体总体积缩小的、放热的反应．
（1）温度
二氧化硫接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判断，温度较低对反应有利．但是，温度较低时，反应速率低，考虑催化剂在400~500℃活性最大，在实际生产中，选定400～500℃作为操作温度，这时反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想．
（2）压强
二氧化硫接触氧化是一个气体总体积缩小的可逆反应，根据化学平衡理论判断，加压对反应有利．但是，在常压、400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作，并不加压．
（3）二氧化硫接触氧化的适宜条件
常压、较高温度(400～500℃)和催化剂
6、接触氧化过程，应用了 设备，其优点是 ．
7、工业上用 吸收SO3，是因为 ．
【注意】
(1)依据反应物之间的接触面积越大反应速率越快的原理，送进沸腾炉的矿石要粉碎成细小的矿粒，增大矿石跟空气的接触面积，使之充分燃烧．
(2)依据增大廉价易得的反应物的浓度，使较贵重的原料得以充分利用的原理，采用过量的空气使黄铁矿充分燃烧．
(3)通入接触室的混合气体必须预先净化，其原因是：炉气中含有二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气以及砷、硒化合物、矿尘等．砷、硒化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响．因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理．
(4)在接触室里装有热交换器，其作用是在二氧化硫接触氧化时，用放出的热量来加热未反应的二氧化硫和空气，充分利用热能，节约燃料．
(5)不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的浓硫酸，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸雾，且吸收速度慢．
二、有关计算
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，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：S~H2SO4，FeS2~H2SO4．
(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：①矿物的纯度= ×100%
②原料利用率= ×100%
原料转化率=原料利用率= 1-原料损失率
③产率= ×100%
(4)多步反应的总转化率 = 各步反应转化率的
三、 硫酸生产中的“三废”处理
硫酸厂的尾气必须进行处理，因为烟道气里含有大量的二氧化硫气体，如果不加利用而排空会严重污染空气．
(1) 尾气吸收：
① 用氨水吸收，再用H2SO4处理：SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3；(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H2O
② Na2SO3溶液吸收：Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3
③ 用NaOH溶液吸收，再用熟石灰和O2处理；(此方法反应复杂，还可能发生其他反应)
SO2+ NaOH = NaHSO3 ；NaOH +NaHSO3= Na2SO3+ H2O
Na2SO3+Ca(OH)2= CaSO3↓+ 2NaOH；2 CaSO3 + O2= 2CaSO4
(2)污水处理：
硫酸厂废水中含硫酸，排放入江河会造成水体污染．通常用消石灰处理：Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+2H2O．生成的硫酸钙可制建材用的石膏板．
(3)废热利用
第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热，通常在沸腾炉处设废热锅炉，产生的过热蒸汽可用于发电，产生的电能再供应硫酸生产使用．
第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气，生产设备叫热交换器，原料气又将三氧化硫降温，再送入吸收塔．
(4)废渣的利用
黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO2，可作为制造水泥的原料或用于制砖．含铁量高的矿渣可以炼铁．

典型例题
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 ( )
A、a处SO2、N2 B、b处SO2、O2、N2
C、a处SO3、O2 D、c处SO3、N2
2、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
B、SO2氧化为SO3时需要高压，这样可以提高SO2的转化率
C、SO2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
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
3、接触法制硫酸和工业制硝酸分别经过以下的变化：

FeS2→SO2→SO3→H2SO4， NH3→NO→NO2→HNO3
下列说法正确的是 ( )．
A、所有变化都是氧化-还原反应 B、②③⑤⑥都是化合反应
C、②④反应都要用催化剂 D、②⑥反应需要足量的氧气
4、接触法制硫酸的原料是 ，生产过程的化学反应原理： ．
5、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 ， ．
6、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 mol·L-1的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 ．
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H2SO4多少吨？(设生产过程中硫损失2%)

经典练习
1、目前我国许多城市和地区定期公布空气质量报告，在空气质量报告中，一般不涉及 ( )
A、SO2 B、NO2 C、CO2 D、可吸入颗粒物
2、下列说法中不正确的是 ( )
A、硫酸工业的尾气必须回收、净化处理，主要为了充分利用原料
B、“酸雨”中主要含有硫的氧化物以及所形成的硫酸及硫酸盐
C、大气中，大量的SO2来源于煤和石油燃烧、金属矿石的冶炼
D、消除大气污染的主要方法之一是减少污染物的排放
3、以下烟气经净化处理后，可用做气体燃料的有( )
①硫酸工业尾气 ②硝酸工业尾气 ③高炉煤气 ④焦炉煤气 ⑤炼钢过程中产生的棕色烟气 ⑥煅烧石灰石的气体产物
A、①②④ B、①③⑤ C、③④⑤ D、④⑤⑥
4、为防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合使用．请写出燃烧时，有关“固硫”(不使含硫化合物进入大气)反应的化学方程式： ．
5、“绿色化学”(Green Chemistry)的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径．下列各项属于“绿色化学”的是 ( )
A、处理废弃物 B、治理污染点 C、减少有毒物质 D、杜绝污染源
6、大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染分一次污染物和二次污染物．二次污染物在物理、化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中的其它物质发生反应，生成新的污染物．如2NO + O2=2NO2，则NO2就是二次污染物，由NO2导致的污染就是NO的二次污染．下列物质①SO2 ②NO ③NO2 ④HCl ⑤CO2不易导致二次污染的是
A、①②③④⑤ B、①③⑤ C、④⑤ D、只有④
7、对于可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，ΔH= -98.3kJ/mol．下列说法中正确的是
A、达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等
B、达到平衡时，反应物和生成物的物质的量保持不变
C、加入催化剂，可以提高SO2的转化率
D、升高温度，可以提高SO2的转化率
8、在容积相等的甲乙两个密闭容器中，分别都充入2mol SO2和1mol O2，使它们在相同温度下发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)．设在反应过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，达到平衡后，如甲容器中SO2的转化率为25%，则乙容器中SO2的转化率应当是 ( )
A、25% B、< 25% C、>25% D、无法判断
9、接触法制硫酸生产过程中，假如进入接触室的原料气为100m3，反应后体积减少为92m3，已知原料气中SO2、O2、N2的体积比为20:15:65，则SO2的转化率为 ( )．
A、90% B、80% C、70% D、60%
10、在一定条件下，某密闭容器发生如下反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，▲H= -98.3kJ/mol，反应达到平衡后SO2、O2、SO3的物质的量之比为3:2:5，保持其它条件不变，升温后重新达到平衡，SO3、O2的物质的量分别为2α mol和α mol，则此时容器内SO2的物质的量应为 ( )．
A、 mol B、 mol C、 mol D、 mol
11、硫酸是无机“三大强酸”之一，其产量是衡量一个国家无机化工发展水平的重要标志．工业制硫酸的工艺流程如下图：

据图回答下列问题：
(1)写出用黄铁矿(主要含FeS2)造气的化学反应方程式________________．
(2)写出A、B物质的名称：A______________________，B______________．
(3)催化氧化之前对SO2和空气的混合气体进行净化、干燥的目的是________，选用B进入吸收塔吸收SO3的优点是________________．
(4)SO2的催化氧化是一个可逆反应，采取适宜的反应条件有利于生产的进行．实际生产中，下列哪些生产条件或措施考虑到了平衡移动原理________(填字母)．
A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎
B．使用V2O5作催化剂
C．催化反应室中温度选择400～500 ℃
D．净化后的炉气中要有过量的空气
E．催化氧化在常压下进行
F．将尾气中的SO2循环利用
(5)某硫酸工厂每天消耗黄铁矿石(含FeS2质量分数60%)20吨，生产中三阶段的转化率依次为98%、95%、98%，则该工厂一天能生产B的质量为________吨．

课后作业
1、硫酸工业常用 吸收SO3，是为了避免 ；在生产过程中为了提高原料的利用率，常用 、 ．
2、冶金工业上为降低硫的氧化物对空气的污染，常用CO在500℃、铝矾土催化下还原SO2，处理烟道废弃回收硫，写出该反应的化学方程式 ．
3、以黄铁矿为原料，用接触法制硫酸．黄铁矿煅烧时FeS2的利用率为90%，SO2的转化率为95%，SO3吸收为H2SO4时的损耗率为2%，现有含70% FeS2的黄铁矿1 t，可生产98%的硫酸多少t？