(高中化學58个精讲)20硫酸工业环境保护.doc

高中化学58个考点精讲 20、硫酸工业 环境保护 复习重点 1．接触法制硫酸的生产过程和化学原理。 2．保护环境 难点聚焦 一、接触法制硫酸的原理、过程及典型设备 1．三种原料：硫铁矿（FeS2）、空气、水。 利用接触法制硫酸一般可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气(含一定量的SO2)等。其中用硫黄作原料成本低、对环境污染少。但我国硫黄资源较少，主要用黄铁矿（主要成分为FeS2）作生产硫酸的原料。 2．三步骤、三反应： （1）?4FeS2 +11O2===?2Fe2O3+8SO2（高温） （2）2 SO2+?O2?≒??2?SO3 （催化剂，加热），（3）?SO3 +?H2O ===?H2SO4 3．三设备：（1）沸腾炉（2）接触室（3）合成塔 4．三原理：化学平衡原理、热交换原理、逆流原理。 （1）增大反应物浓度、增大反应物间接触面积，能提高反应速率并使化学平衡向正反应方向移动，以充分提高原料利用率。 （2）热交换原理：在接触室中生成的热量经过热交换器，传递给进入接触室的需要预热的混合气体，为二氧化硫的接触氧化和三氧化硫的吸收创造了有利条件。 （3）逆流原理：液体由上向下流，气体由下向上升，两者在逆流过程中充分反应。 接触法制硫酸的原理、过程及典型设备 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 2 SO2 +?O2??≒??2?SO3 （催化剂） 接触室（含热交换器） 洗涤 98.3%浓硫酸 三氧化硫吸收 SO3+?H2O ===?H2SO4 吸收塔 干燥 接触法制硫酸示意图： 　　　 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。 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。 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。 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．接触法制硫酸中应注意的几个问题 （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．物质纯度、转化率、产率的计算 （1）物质纯度（%）=不纯物质中含纯物质的质量÷不纯物质的总质量×100% （2）原料利用率（%）=实际参加反应的原料量÷投入原料总量×100% （或转化率） （3）产率（%）=实际产量÷理论产量×100% （4）化合物中某元素的损失率=该化合物的损失率 2．多步反应计算 （1）关系式法：先写出多步反应的化学方程式，然后找出反应物和生成物之间物质的量（或质量）之比，列出关系式，即可一步计算。 （2）元素守衡法：找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系。找出此关系的简便方法，就是分析原料与产物之间所含关键元素原子个数关系，如： FeS2～2H2SO4， S～H2SO4。 若已知（欲求）FeS2含量，用前面的关系式，若已知（欲求）S的含量，用后一关系式，且二氧化硫转化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2（或S）进行计算。 1．环境保护与原料的综合利用 （1）注意科学实验与实际生产的区别 在科学实验中，为了探索某个重要的原理或实现某个重要的反应，可以不惜大量的时间和资金。而化工生产必须在遵循科学原理、实现某个反应的基础上，着重考虑综合经济效益，最大限度地提高劳动生产率、降低成本、保护生态环境，为国民经济部门提供质优价廉的化工产品，以达到优质高效的目的