高中化学专题二从自然资源到化学品第三单元硫酸工业学案苏教版选修2

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1、第三单元　硫酸工业1．掌握接触法制硫酸的化学原理，能写出各阶段反应的化学方程式和需要控制的反应条件，能依据反应的各个阶段说明生产中反应物和生成物之间的数量关系。2．了解接触法制硫酸的生产工艺，了解各阶段反应的主要设备、工艺要求，结合反应原理理解各阶段生产条件控制的必要性与方法。浓硫酸也能泼出《清明上河图》？增城高级中学的化学老师黄秉均教学数十载，凭着扎实的化学知识和绘画功底，竟然用浓硫酸独创出一种“酸蚀版”的《清明上河图》，画中各类人物、小桥流水、街头商铺用硫酸勾画得惟妙惟肖。由于浓硫酸有强氧化性

2、、吸水性、脱水性等特性，加上他深爱画画，功底比较扎实，于是他便一直琢磨着将两种自己都熟悉的事物联系起来。“我将浓硫酸稀释后，用毛笔蘸上，然后在木板上画画，之后用红外线灯反复加热，硫酸将木板内的水分子吸收后，颜色变得深浅不一。”黄秉均说，加热温度越高，颜色就越深，最后就达到如水墨画一样的效果了。一、接触法制硫酸的化学原理第一步：硫黄或硫铁矿的燃烧氧化。化学方程式为S＋O2SO2或者4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。第二步：二氧化硫的催化氧化。化学方程式为2SO2＋O22SO3。第三步：三氧

3、化硫的吸收。化学方程式为SO3＋H2O===H2SO4。二、硫酸的生产工艺1．硫黄或硫铁矿的燃烧从硫铁矿制造二氧化硫，是先将矿物粉碎，放入沸腾焙烧炉中，从该炉下部通入空气，在高温下鼓入炉中的空气把矿石小颗粒扬起，呈沸腾状燃烧氧化。硫铁矿沸腾焙烧得到的炉气中除了含有二氧化硫外，还含有多种杂质。这些杂质有的使催化剂中毒、失效，有的对反应设备有腐蚀作用，有的使制得的硫酸带色。所以，从沸腾焙烧炉出来的高温炉气需要经过冷却、除尘和酸洗。焙烧工序产生的矿渣和粉尘，经冷却增湿后，被送到钢铁厂作为炼铁原料。2．二

4、氧化硫的催化氧化精制得到的炉气补充空气后送入装有钒催化剂的接触室，氧化生成三氧化硫。二氧化硫的催化氧化是一个放热的可逆反应。反应在450℃左右进行，有利于钒催化剂发挥催化作用。3．三氧化硫的吸收三氧化硫进入吸收塔后用98.3%的硫酸吸收，得到浓硫酸或发烟硫酸。不用水来吸收三氧化硫是为了避免产生酸雾而降低吸收效率。三、硫酸工业的三废治理1．废渣：硫铁矿沸腾焙烧产生的炉渣中含铁量大于45%，可以用于炼铁及制造硫酸铁、氧化铁红颜料等产品。2．废液：用水洗涤、净化沸腾焙烧炉的炉气，产生废水。废水中主要含有

5、微量硫酸、氟化物、铁离子、铅离子等，一般用石灰中和硫酸，形成氢氧化铁絮状沉淀可以吸附重金属离子使污水净化。3．废气：由吸收塔排出的尾气中二氧化硫的含量如果超过500μL·L－1，就要加以处理后才能排出。处理的方法之一是用氨水洗涤烟气脱硫。思考讨论：如何用化学方程式表示用氨水洗涤吸收塔排出的尾气、用石灰处理洗涤沸腾焙烧炉的炉气所产生的废水的过程？提示：(1)吸收塔排出的尾气中的二氧化硫常用氨—酸法吸收，即用氨水吸收尾气中低浓度的二氧化硫生成亚硫酸氢铵，然后再用浓硫酸处理，生成二氧化硫和硫酸铵。SO2

6、＋NH3＋H2O===NH4HSO3SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO32NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2SO2↑＋2H2O(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O产生的二氧化硫可经过干燥重新用于制硫酸，也可经干燥后制成液态二氧化硫产品，硫酸铵作化肥。(2)用石灰处理洗涤炉气所产生废水的反应：先中和硫酸：Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O；后与Fe3＋反应：3Ca(OH)2＋Fe2(SO4)3===3CaSO4＋2

7、Fe(OH)3↓；Fe(OH)3絮状沉淀可以吸附废水中的重金属离子，从而净水。一、硫酸工业三个反应原理(1)燃烧硫黄或硫铁矿制取SO2；(2)SO2在适当温度和催化剂作用下氧化成SO3；(3)SO3与水化合生成H2SO4。三个主要反应4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO22SO2＋O22SO3SO3＋H2OH2SO4三种原料硫铁矿(硫黄)、空气、98.3%的浓硫酸。三个生产阶段造气；接触氧化；SO3的吸收。三种主要设备沸腾炉；接触室；吸收塔。三种主要杂质矿尘；砷、硒等化合物；水蒸气。三种净化方

8、法除尘；洗涤；干燥。接触氧化的三个适宜条件450℃左右(催化剂活性较高)；常压；催化剂主要为V2O5。三废与处理废气(主要为SO2)：氨水洗涤；废水(主要含硫酸)：加石灰后排放等；废渣(含铁量较高)：炼铁等。计算涉及的三个关系式FeS2～2SO2；SO2～SO3；SO3～H2SO4。二、化工厂选址的主要因素化工厂厂址选择涉及原料、水源、能源、土地供应、交通运输、环境保护和市场需求等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的选择。一般应考虑下列因素：①是否有市场需求；②