高三化学016.doc

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期数： 0510 HXG3 016
学科：化学 年级：高三 编稿老师：张晓娟
审稿老师：曲宝琦

[同步教学信息]
复 习 篇

第五单元 硫酸工业
复习篇
【教材阅读提示】
化学反应原理是化工生产的基础，生产过程是为实现化学反应服务的，而设备又是为实现生产过程而服务的。本单元从硫酸生产原料、流程、设备——至讨论到综合经济效益，将化学反应原理与化工知识，工业经济观念、环境保护等密切结合起来，使我们对化工生产问题有一个较全面的认识。
【学习方法导航】
本单元重点为反应原理的确定，其它内容要求不高，只是常识性的了解，对所学知识有大致的印象即可。
【基础知识精讲】
[接触法制硫酸]
（一）主要原料（三种原料）
资源丰富的硫铁矿（主要成份是FeS2）或硫黄，空气和98.3%的浓H2SO4（用来吸收SO3）
（二）生产过程（三个阶段）
1、造气（制取二氧化硫）
（1） 反应原理：或
或 △H= —853KJ/mol
（2）生产原理：
①化学反应速率原理的应用：为增大反应物质的接触面积，在原料进入沸腾炉之前，把矿石粉碎，从炉底通入强大的空气流，使其反应快且充分。
②防催化剂中毒——净化炉气
（3）生产设备：沸腾炉
2、接触氧化（SO2转化为SO3）
（1）反应原理： SO3(g) △H== -98.3 KJ/mol
（2）生产原理：
①化学反应速率和化学平衡移动原理
a、增大反应物的浓度（循环），加大反应物中O2 的配比（ ），提高SO2 的转化率。
b、温度400℃～500℃，加快反应速率，使催化剂活性最大
c、选用催化剂
②（热交换器）原理
充分利用气体流动，生成气体从上而下，冷气体从下而上充分利用热量的传递，即节约了能源，又利于生产的顺利进行。
（3）生产设备：接触室
3、三氧化硫的吸收
（1）反应原理：SO3(g)+H2O(l)H2SO4(l) △H==-130.3KJ/mol
（2）生产原理：
①化学反应速率和化学平衡移动原理
SO3 用水或稀H2SO4吸收的效率很低，因为吸收时产生的热使部分水分子变成气态水分子，SO3与水蒸气分子迅速结合成酸雾，使吸收速率慢又吸收不完全。因此改用98.3%的浓H2SO4吸收SO3可避免产生酸雾又能使SO3充分地吸收。
②逆流原理：98.3%的浓H2SO4由上而下，气体由下而上，两者在逆流过程中充分反应，提高了SO3的吸收速率和程度。
（3）生产设备：吸收塔
[关于硫酸工业综合经济效益的计论]
1、环境保护与原料的综合利用
硫酸生产中产生的“三废”，按以下方式处理：
（1）尾气吸收：用氨水吸收，再用硫酸处理。
SO2 + 2NH3+ H2O = (NH4)2SO3
(NH4)SO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + SO2↑ + H2O
（作化肥） （返回再次氧化）
（2）污水（含硫酸等）处理：用石灰乳中和Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+H2O
（3）废渣利用：作为制水泥的原料或用于制砖。含铁品位高的矿渣用于炼铁。
2、能量的充分利用
流酸生产过程中的化学反应都是放热反应，可充分利用放出的热能来降低生产成本。例如在接触室中设热交换器。
3、生产规模和厂址选择
硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区，但应避开居民区和环保要求高的地区。工厂规模，主要由硫酸用量的多少来决定。
【基础知识梳理】
1、硫酸工业生产流程

接触法制H2SO4的反应原理及生产过程归纳
三种原料、三个阶段、三个反应、三套设备、三步净化、矿石粉碎、空气过量、热交换器催化氧化、逆流循环、浓酸吸收、三废处理。
【拓展性学习】
教材“讨论”（一）
全面分析题设的三个条件。第一个条件有利于在A城市建硫酸厂；第二个条件从市场需求和运输成本考虑，在A城市建厂不如在B城市建厂好；第三个条件从根本上否定了在A 城市建厂的设想。因为一个风光秀丽的旅游城市，对环保的要求一定很高。而且该地的土地价格也较贵。如果在该地建污染比较严重的硫酸厂，必然会破坏旅游资源，得不偿失。所以结论是：在B城市建硫酸厂，再运输少量硫酸到A城市供应生产的需要，这样资源配置比较合理。
教材“讨论”（二）
题设有四个条件。第一个条件说明C 地对于肥料（包括磷肥以及制造磷肥的硫酸）有很大的市场需求。第二个条件指出C地有丰富的磷矿资源，而且其他条件也很优趣，适合于建设大型磷肥厂。第三个条件指出制造磷肥需消耗硫酸，暗示建磷肥厂必须配套建硫酸厂。第四个条件指出该地无硫酸厂，而邻近的D地有丰富的黄铁矿资源，暗示通过运进黄铁矿的方式在C地建硫酸厂是可行的。结论是在C地建一个大型磷肥厂，并配套建一个大型硫酸厂的建议是正确的。
综合以上讨论小结：
一般说来，现代化工生产要求有较大的生产规模。化工厂厂址选择，涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的抉择。
【例题解析】
例：现有一份“将二氧化硫转化为硫酸铵”的资料，摘录如下：“一个典型的实例：初步处理后的废气含0.2%的二氧化硫和10%的氧气（体积分数）。在400℃时废气以5 m3/h的速率通过五氧化二钒催化剂层与20L/h的速率的氨气混合，再喷水，此时气体温度由400℃降至200℃，在热的结晶装置中得到硫铵晶体”（空气体积均折算为标准状况），利用上述资料，用氨来除去工业废气中的SO2，回答下列问题：
（1）按反应中的理论值，二氧化硫与氧气的物质的量之比为2：1，该资料中这个比值是
，简述不采用2：1的理由 。
（2）通过计算，说明为什么废气以5 m3/h 的速率与20L/h速率的氨气混合？
（3）若某厂每天排放1 ×104 m3这种废气，按上述方法该厂每月（按30天计）可得硫酸铵多少吨？消耗氨气多少吨？
[解析] SO2转化为一可逆反应，为提高SO2的转化率可用过量的O2；
根据关系式SO2～SO3～2NH3～(NH4)2SO4可见废气中SO2与NH3应以1：2通入。
（1）1：50；据化学平衡移动原理，过量的O2可提高SO2的转化率。
（2）废气中SO2：1000×5×0.2=10L/h；V（SO2）：V（NH3）=10：20=1：2恰生成(NH4)2SO4
（3）3.54t硫酸铵；0.91t NH3
【高考真题演练】
（2003、上海）在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是4
A 使用吸收塔设备 B 使用尾气吸收装置
C 使用H2作原料 D 使用催化剂
答案：D
（2003、上海）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卮，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以用 代替（填写物质名称）。
（4若碘溶液体积为VamL．，浓度为Cmol·L－1，N2与O2的体积为VbmL（已折算为标准状况下的体积）。用C、Va、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． （选下列仪器的编号）。
27．（1）N2、O2的体积
（2）偏低
（3）酸性高锰酸钾溶液或溴水
（4）VSO2％＝22.4CVa/（22.4CVa＋Vb）×100%（其它合理答案也给分）
（5）bceg或beg或ceg
【教材习题解答】
教材第68页部分习题答案
二、选择题 1、D 2、D 四、 1、336.8t 2、0.8t
教材第72页部分习题答案
二、1、82：7.7 2、4.64×106kJ
教材第74页部分习题答案
一、1、B、C ； 2、B、D、E； A、C； B、E； C； A、D。
二、（1）、 （4）、 2、C
四、1、854kJ 2、1.4×106kJ
（4若碘溶液体积为VamL．，浓度为Cmol·L－1，N2与O2的体积为VbmL（已折算为标准状况下的体积）。用C、Va、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． （选下列仪器的编号）。
27．（1）N2、O2的体积
（2）偏低
（3）酸性高锰酸钾溶液或溴水
（4）VSO2％＝22.4CVa/（22.4CVa＋Vb）×100%（其它合理答案也给分）
（5）bceg或beg或ceg
【达标训练】
（※）
一、选择题
1、下列说法中错误的是（ ）
A、保护环境就是保护人类自身
B、环境污染主要包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染
C、人吸入二氧化硫，会发生呼吸道疾病
D、消除大气污染的根本方法是限制化学工业的发展
2、接触法制硫酸时，由沸腾炉导出的炉气必须经除尘、洗涤、干燥净化流程的理由是（ ）
A、杂质和矿尘会使催化剂中毒
B、为了提高原料的利用率
C、提高成品硫酸的纯度
D、水蒸气对设备和生产有不良影响
3、接解法生产H2SO4过程，对废气、废水、废渣“废热”的处理正确的是（ ）
①尾气用氨水处理 ；②污水用石灰乳处理 ；③废渣用来造水泥、炼铁；④设置“废热”锅炉以产生蒸气，供热或发电
A、只有①② B、只有①③④ C、只有①② D、全部
4、化工厂厂址选择是一个复杂的问题，涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素的制约。硫酸厂应建在（ ）
① 靠近原料产地远离消费中心
②靠近消费中心，稍偏离原料产地；
③交通便利，人口稠密的居民区；
④建在环保要求高的地区，便于“三废”的治理
A、①②④ B、①③④ C、①②④ D、只有①
5、为了实现我国政府于1997年12月21日对淮河流域环境的治理，某甲、乙相邻的工厂做了横向联合，已知两厂排放的污水经处理后，只溶有浓度较大的Ag+、Ba2+、Fe3+、Na+、Cl-、
SO42-、NO3-、OH- 中的各不同的4种离子，若单独排放仍会污染环境，如将两厂的污水按适当的比例混合，沉淀后污水变成无色澄清的NaNO3溶液排出，则污染程度会大为降低，你认为下列判断中，正确的是（ ）
A、SO42-和NO3-可存在于同一工厂 B、Cl-和NO3-一定在不同的工厂
C、Ag+和Na+可能在同一工厂 D、Fe3+和SO42-存在于同一工厂
二、填空题
6、形成酸雨的原理之一可简示如下：
含硫燃料 硫酸。回答下列问题：
（1）A物质的化学式 ，B物质的化学式 。
（2）三个反应中不属于氧化还原反应的是 （填序号）。
（3）SO2中硫元素显+4价，它可能降低到0价，利用这一性质可在工厂的烟道气中通入合适的 （填“氧化剂”或“还原剂”）除去SO2达到减小污染的目的。（4）从环境保护的角度认为：雨水的pH＜5.6时，就判断为酸雨，已知pH =-lgc(H+)，经测定某次雨水只含硫酸,且浓度为5×10-5mol/L，这次降雨 （填“是”或“不是”）酸雨。
（5）火力发电厂燃烧的煤中含有大量的硫，其排出的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。为了除去有害的SO2气体，在英国已进行的一个研究结果表明：高烟囱可以有效降低地表面SO2浓度。在20世纪60年代到70年代的10年间，由发电厂排放的SO2增加35%。但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30%之多。
（Ⅰ）你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是 。
A、少用煤作燃料 B、把工厂烟囱造高
C、燃料脱硫 D、把工厂迁移到农村
E、开发新能源
（Ⅱ）请从全球环境保护角度，分析这种建造高烟囱的方法是否可取 ，
理由是 。
（※※）
7、某空气污染滥测仪是根据SO2和Br2水的定量反应来测定空气中的SO2含量的。反应的溴来自一个装有酸性（稀硫酸）的KBr溶液的电解槽阳极氧化反应，电解槽的阳极室与阴极室是隔开的。当测量某地区空气中二氧化硫的含量时，空气（已除尘）以1.5×10-4m3·min-1的流速进入电解槽的阳极室，电流计显示电子通过的速率是8.56×10-11mol·S1，此条件下能够保持电解槽中Br2浓度恒定并恰好与二氧化硫完全反应（设空气不含能与溴反应的其他杂质）。
（1）定出此监测过程中发生反应的化学方程式。
（2）计算该地区空气中二氧化硫的含量（单位：g/m3 空气）。
8、硫酸是许多化学工业的原料，其消费量可作为一个国家工业发展水平的一种标志。硫酸工厂厂址的选择是一个复杂问题，下图是影响化工厂选址的部分因素。又已知硫酸是一种腐蚀性液体，不便较多贮存，需随产随销。另外，硫酸的运输价格也比较贵，据估算，1tH2SO4的运价约为同质量黄铁矿石的三倍。
据以上信息，分析下列条件：
条件（Ⅰ）
①A城市郊区有丰富的黄铁矿资源，水源、能源充足，交通方便。

②A城市需使用硫酸的工业不多，而离它远的B城市却是一个消耗硫酸甚多的工业城市。
③A城市是一个风光秀丽的旅游城市，对环境保护的要求甚高，而且土地价格较贵，土地供应紧张。
条件（Ⅱ）
①C地是重要的农业区，需消耗大量的肥料。
②C地有丰富的磷灰石矿藏，水源、能源充足，土地价格较低，土地供应充足，交通方便。
③磷肥是由磷灰石[有效成份是[Ca3(P4O4)2]
④C地无磷肥厂和硫酸厂，在相邻的D 地有丰富的黄铁矿资源。
在A 、B、C、D四城市中，你认为应该建设硫酸厂的城市是 ，应该建造磷肥厂的城市是 。
参考答案
一、选择题
1、D 2、AD 3、D 4、D 5、B
二、填空题
6、（1）SO2 ；SO3 （2）③ （3）还原剂 （4）是
（5）（Ⅰ）A、C、E；（Ⅱ）不可取，建高烟囱并没有降低大气中SO2的含量，随着雨水仍会降落地在面
7、（1）2KBr+2H2O 2KOH+H2↑+Br2
Br2+SO2+2H2O H2SO4+2HBr
（2）1.1×10-3 g/m3空气
8、B、C ；C