高三化学016.doc

东北师范大学附属中学网校（版权所有 不得复制）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：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。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：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400500，加快反应速率，使催化剂活性最大c、选用催化剂（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：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。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SO2SO32NH3(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SO2：100050.2=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4A 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）：SO2I22H2OH2SO42HI（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CmolL1，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）VSO222.4CVa/（22.4CVaVb）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、4.64106kJ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、1.4106kJ（4若碘溶液体积为VamL，浓度为CmolL1，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）VSO222.4CVa/（22.4CVaVb）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（ ）尾气用氨水处理 ；污水用石灰乳处理 ；废渣用来造水泥、炼铁；设置“废热”锅炉以产生蒸气，供热或发电A、只有 B、只有 C、只有 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（ ） 靠近原料产地远离消费中心 靠近消费中心，稍偏离原料产地；交通便利，人口稠密的居民区；建在环保要求高的地区，便于“三废”的治理A、 B、 C、 D、只有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pH5.6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510-5mol/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。（）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（）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1.510-4m3min-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8.5610-11molS1，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（）A城市郊区有丰富的黄铁矿资源，水源、能源充足，交通方便。A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。A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（）C地是重要的农业区，需消耗大量的肥料。C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。磷肥是由磷灰石有效成份是Ca3(P4O4)2C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）还原剂 （4）是 （5）（）A、C、E；（）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+Br2Br2+SO2+2H2O H2SO4+2HBr （2）1.110-3 g/m3空气8、B、C ；C