高中人教版化学选修2课件：第1单元 课题1 化工生产过程中的基本问题29张.ppt

1、走进化学工业 课题课题1 化工生产过程中化工生产过程中 的基本问题的基本问题 硫酸的性质硫酸的性质 (1)物理性质物理性质：硫酸是一种无色硫酸是一种无色,难挥发难挥发,易溶于水易溶于水 的油状液体。的油状液体。 浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此,稀释硫稀释硫 酸时应该把酸时应该把_倒到倒到_中中,并并_. (2)化学性质：化学性质： 浓硫酸具有酸性浓硫酸具有酸性,_性性,_性和性和_ 性性. 浓硫酸浓硫酸 水水 不断搅拌不断搅拌 吸水吸水 脱水脱水 强氧化强氧化 复习回顾：复习回顾： 一、依据化学反应原理确定生产过一、依据化学反应原理确定生产过 程程 （一）

2、硫酸工业生产的原理（一）硫酸工业生产的原理 思考： 1. 自然界中存在的含硫的物质有哪些自然界中存在的含硫的物质有哪些? 2. 这些物质能直接得到这些物质能直接得到H2SO4吗吗?若不能，那若不能，那 么要经过哪些中间产物才能变成硫酸么要经过哪些中间产物才能变成硫酸? 硫磺、黄铁矿（硫磺、黄铁矿（FeS2） （二）硫酸工业生产的原理（二）硫酸工业生产的原理 以硫磺为原料 第一步：造气 S (s)+ O2 (g) SO2(g) 点燃 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3(g) 催化剂催化剂 加加 热热 第二步：催化氧化 第三步：吸收 SO3(g)+ H2O(l) H2SO4(l) （二）

3、硫酸工业生产的原理（二）硫酸工业生产的原理 以黄铁矿（FeS2）为原料 第一步：造气 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3(g) 催化剂催化剂 加加 热热 第二步：催化氧化 第三步：吸收 SO3(g)+ H2O(l) H2SO4(l) 高高温温 4FeS2（s）+ 11O2 （g） 8SO 2（ （g）+ 2Fe2O3（s） 生产过程：造气 催化氧化 吸收 造气造气 制（制（SO2） 净化、干燥净化、干燥 催化反应室催化反应室 400500 常压、催化剂常压、催化剂 吸收塔吸收塔 稀释室稀释室 贮存室贮存室 SO3 空气空气 SO2 发烟硫酸发烟硫酸 98%硫酸硫酸 98%硫酸硫酸 水

4、水 （三）工业制硫酸的主要流程（三）工业制硫酸的主要流程 二、生产中原料的选择 1、硫酸生产中的三种原料：、硫酸生产中的三种原料： 硫磺或黄铁矿、空气、水硫磺或黄铁矿、空气、水 思考： （1）、为什么早期我国是以黄铁矿为原料制硫）、为什么早期我国是以黄铁矿为原料制硫 酸？酸？ 早期黄铁矿储存量比较大早期黄铁矿储存量比较大，而天然硫磺资源缺乏而天然硫磺资源缺乏， 又难以从国外购进又难以从国外购进，并且那时对环境保护不够重视并且那时对环境保护不够重视。 （2）、为什么不主张用黄铁矿）、为什么不主张用黄铁矿(主要成分主要成分FeS2) 作为原料生产硫酸作为原料生产硫酸? 硫磺制硫酸比黄铁矿制硫酸生产

5、流程短，设备简单，硫磺制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短，设备简单， 三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化，从三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化，从 而降低成本。而降低成本。 硫酸生产反应式 S (s)+ O2 (g) SO2(g) 高高 温温 SO3(g)+ H2O(l) H2SO4(l) 第一步：第一步： 第二步：第二步： 第三步：第三步： 以硫磺为原料以硫磺为原料: 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3(g) 催化剂催化剂 加加 热热 (造气造气) (催化氧化催化氧化) (吸收吸收) 工业中通常用工业中通常用98%的硫酸溶液代替水来吸收的硫酸溶液代替水来吸收SO3 想一

6、想想一想: :从生产硫酸的原理看从生产硫酸的原理看, ,硫酸厂中的生硫酸厂中的生 产设备最少应分几部分产设备最少应分几部分? ? 2、工业生产硫酸的基本过程、工业生产硫酸的基本过程 沸腾炉沸腾炉 接触室接触室 吸收塔吸收塔 3、硫酸工业生产的三个主要设备、硫酸工业生产的三个主要设备 SO2 O2 沸腾炉沸腾炉 矿矿 渣渣 空气空气 思考：从沸思考：从沸 腾炉出来的腾炉出来的 SO 2 气体是气体是 否纯净否纯净？ 思考：黄铁矿思考：黄铁矿 为什么要粉碎为什么要粉碎？ 为什么要通入为什么要通入 强大空气流强大空气流？ 粉碎黄铁矿是增粉碎黄铁矿是增 大矿石跟空气的接大矿石跟空气的接 触面积触面积，

7、加快反应加快反应 速率并使之充分燃速率并使之充分燃 烧；烧； 通强大的空气通强大的空气 流是为了使黄铁矿流是为了使黄铁矿 充分燃烧充分燃烧，同时增同时增 大廉价易得的反应大廉价易得的反应 物浓度物浓度，可以是较可以是较 贵重的原料得以充贵重的原料得以充 分利用分利用。 不纯净不纯净，炉气炉气 中除中除SO2 还含还含 有有O 2 、N 2 、 H2O和一些杂和一些杂 质质。 接触室接触室 低温的低温的 SO2 、O2 思考：思考：接触室中接触室中 热交换器的作用热交换器的作用 是什么是什么？从接触从接触 室出来的气体成室出来的气体成 分是什么分是什么？ 热交换器的作热交换器的作 用是在用是在S

8、O2接触氧接触氧 化时化时，用放出的热用放出的热 来预热即将进入接来预热即将进入接 触室发生反应的触室发生反应的 SO2 和空气和空气，这样这样 可以充分利用热能可以充分利用热能， 节约燃料节约燃料。 吸收塔吸收塔 SO3 思考：思考：吸收吸收SO3为什为什 么不用水或稀硫酸么不用水或稀硫酸， 而要用而要用98.3%的浓硫的浓硫 酸酸？浓硫酸为什么必浓硫酸为什么必 须从塔顶喷下须从塔顶喷下？ 因为用水或稀因为用水或稀H2SO4 溶液做吸收剂容易形成酸溶液做吸收剂容易形成酸 雾且吸收速率慢；雾且吸收速率慢； 液体由上向下流液体由上向下流，气气 体由下向上升体由下向上升，两者在逆两者在逆 流过程中

9、充分反应流过程中充分反应。 三、生产中反应条件的控制三、生产中反应条件的控制 复习回顾：复习回顾： 1、影响化学反应速率的因素有哪些？、影响化学反应速率的因素有哪些？ 指在一定条件下的可逆反应里，正反应指在一定条件下的可逆反应里，正反应 和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分 的浓度保持不变的状态。的浓度保持不变的状态。 注意：注意： （1）前提是“一定条件下的可逆反应”；）前提是“一定条件下的可逆反应”； （2）实质是“正反应和逆反应速率相等”；）实质是“正反应和逆反应速率相等”； （3）标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不）标志是“反应混合物中各组分

10、的浓度保持不 变”。变”。 2、什么是化学平衡？、什么是化学平衡？ 反应物浓度、温度、压强（对有气反应物浓度、温度、压强（对有气 体参加的反应）、催化剂体参加的反应）、催化剂 补充：补充：平衡的移动平衡的移动，即改变反应条件即改变反应条件（浓度浓度、温度温度、 压强压强）对化学平衡的影响对化学平衡的影响 条件的改变条件的改变 平衡移动方向平衡移动方向 平衡移动的结果平衡移动的结果 增大反应物浓度增大反应物浓度 减小反应物浓度减小反应物浓度 增大压强增大压强 升高温度升高温度 向正反应方向移动向正反应方向移动 向正反应方向移动向正反应方向移动 向气体体积缩小的方向气体体积缩小的方 向移动向移动

11、向吸热反应方向移动向吸热反应方向移动 反应物浓度减小反应物浓度减小 生成物浓度增大生成物浓度增大 体系压强减小体系压强减小 体系温度降低体系温度降低 勒夏特列原理：勒夏特列原理：如果改变影响化学平衡的一个条件如果改变影响化学平衡的一个条件（浓浓 度度、温度或压强等温度或压强等），平衡就会向着能够平衡就会向着能够减弱减弱这种改变这种改变 的方向移动的方向移动 三、生产中反应条件的控制三、生产中反应条件的控制 2SO2SO2 2 (g) + O (g) + O2 2 (g) 2SO (g) 2SO3 3 (g) (g) 催化剂催化剂 加热加热 SO2接触氧化的反应为：接触氧化的反应为： 注：这是一

12、个气体总体积缩小的、放热的可逆反应 思考与交流思考与交流： 阅读阅读P6 表表11，思考温度较低时思考温度较低时 ，SO2的转化率的转化率_； 那么是否温度越低越好呢那么是否温度越低越好呢？ 越高 不是，虽然温度较低对提高SO2的转化率有利，但 温度较低时催化剂活性不高，反应速率低。 应选择温度：(1)低温低温(4005000C) 注意注意:工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温度下催化剂的 活性。 （1）温度）温度 三、生产中反应条件的控制三、生产中反应条件的控制 阅读P6表1-2,思考压强的增大，SO2的转化 率_； （2）压强）压强 思考与交流思考与交流： 越高 那么是否压强越高越好呢

13、？ 根据平衡移动原理，加压对提高SO2的转化率有 利，但在常压、400500时，SO2的转化率已经很 高，加压对设备的要求高，会增大投资和能量消耗。 应选择压强：(2)常压常压 注意：注意：工业生产中压强的选择往往还要考虑成本和能量消耗 等问题 (1)较高的温度较高的温度(4005000C) (2)常压常压 (3)催化剂催化剂 2SO2SO2 2 (g) + O (g) + O2 2 (g) 2SO (g) 2SO3 3 (g) (g) 催化剂催化剂 加热加热 三、生产中反应条件的控制三、生产中反应条件的控制 接触氧化的适宜条件：接触氧化的适宜条件： 四四、硫酸工业生产过程中三废的处理硫酸工业

14、生产过程中三废的处理 1、三废：废气、废液、废渣、三废：废气、废液、废渣 2、三废的处理方法：、三废的处理方法： （1）如何处理尾气中的）如何处理尾气中的SO2？ 方法一：石灰水吸收法方法一：石灰水吸收法 a（）（） a （重新利用） （重新利用） 方法二：氨水吸收法方法二：氨水吸收法 SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3 (NH4)2SO3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + SO2 + H2O （2）、）、 如何处理废水中的酸性物质如何处理废水中的酸性物质? （3）、如何利用废渣和生产过程中的产生的）、如何利用废渣和生产过程中的产生的 大量热能大量热能? 用石灰浆用石灰

15、浆(Ca(OH)2或石灰石粉中和：或石灰石粉中和： 废渣：分离后循环利用，剩下的作铺路用的废渣：分离后循环利用，剩下的作铺路用的 沥青或用于制砖沥青或用于制砖 四四、硫酸工业生产过程中三废的处理硫酸工业生产过程中三废的处理 Ca(OH)2 + H2SO4 CaSO4 + 2H2O 能量的能量的充分充分利用利用 硫酸生产过程中的三个化学反应硫酸生产过程中的三个化学反应 都是放热反应都是放热反应，可以充分利用这些反可以充分利用这些反 应放出的热能应放出的热能(工厂里把它们叫做工厂里把它们叫做“废废 热热”)以降低生产成本以降低生产成本。 在沸腾炉旁设置在沸腾炉旁设置“废热废热”锅炉锅炉，产产 生蒸

16、汽来发电；在接触室中设热交换装生蒸汽来发电；在接触室中设热交换装 置置。据测算据测算，生产生产1t硫酸约需消耗硫酸约需消耗 100kW h的电能的电能，而相应量反应物在生而相应量反应物在生 产过程中放出的反应热相当于产过程中放出的反应热相当于200kW h 的电能的电能。 化工生产过程中应考虑的问题：化工生产过程中应考虑的问题： (1)确定化学反应原理 (2)选择原料 (3)选择设备和工艺流程 (4)三废处理(环境保护) (5)能源的利用(综合经济利益) (6)其它问题(如厂址，成本，反应条件等问 题） 小结：小结： 小结：小结：(本节课重点本节课重点) 1. 工业上接触法制硫酸概括为“五个三

17、”工业上接触法制硫酸概括为“五个三” ： 三种原料：三种原料： 三个反应：三个反应： 三个生产过程：三个生产过程： 三个主要设备：三个主要设备： 硫酸工业生产的三个适宜条件：硫酸工业生产的三个适宜条件： 2. 硫酸生产中的废气及废液的处理方法。硫酸生产中的废气及废液的处理方法。 硫磺硫磺(或黄铁矿或黄铁矿)、空气和水、空气和水 造气、催化氧化、吸收造气、催化氧化、吸收 沸沸 腾腾 炉、接炉、接 触触 室、吸收塔室、吸收塔 (1)低温低温(4005000C) (2)常压常压 (3)适当过量的空气适当过量的空气 1、在硫酸的工业制法中在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明下列生产操作与说明 生产操

18、作的原因二者都正确的是生产操作的原因二者都正确的是（ ） A、硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎硫铁矿燃烧前需将矿粒粉碎，这样易于向沸这样易于向沸 腾炉中投料腾炉中投料 B、炉气进入接触室之前需要进化炉气进入接触室之前需要进化、干燥干燥，因为因为 炉气中的杂质易与炉气中的杂质易与SO2反应反应 C、SO2氧化为氧化为SO3时需要使用催化剂时需要使用催化剂，这样可这样可 提高提高SO2的转化率的转化率 D、接触室的反应温度控制在接触室的反应温度控制在400500，因为因为 在这个温度范围内在这个温度范围内，反应速率和反应速率和SO2的转化率的转化率 都比较理想都比较理想，且催化剂的活性也较高且催化剂的活性

19、也较高 D 2、下列对硫酸生产中化学反应原理的下列对硫酸生产中化学反应原理的 分析正确的是分析正确的是（ ） A、硫酸生产中涉及的三个化学反应因硫酸生产中涉及的三个化学反应因 原料的不同可能全部是氧化还原反应原料的不同可能全部是氧化还原反应 B、硫酸生产中涉及的三个化学反应都硫酸生产中涉及的三个化学反应都 是放热反应是放热反应 C、硫酸生产中涉及的三个化学反应都硫酸生产中涉及的三个化学反应都 需要使用催化剂需要使用催化剂 D、硫酸生产中涉及的三个化学反应都硫酸生产中涉及的三个化学反应都 需要在较高温度条件下进行需要在较高温度条件下进行 B 3、关于接触法制硫酸的叙述中关于接触法制硫酸的叙述中，

20、不正确不正确 的是的是（ ） A、从沸腾炉出来的炉气必须净化从沸腾炉出来的炉气必须净化，主要主要 目的是防止催化剂中毒目的是防止催化剂中毒 B、之所以叫之所以叫“接触法接触法”是因为是因为SO2被氧被氧 化成化成SO3时反应是在催化剂表面进行的时反应是在催化剂表面进行的 C、黄铁矿粉碎成细小矿粒黄铁矿粉碎成细小矿粒，在沸腾炉中在沸腾炉中 燃烧快燃烧快、反应完全反应完全，提高了原料的利用率提高了原料的利用率 D、SO3用稀硫酸吸收而不用水吸收用稀硫酸吸收而不用水吸收，可可 防止形成酸雾并使防止形成酸雾并使SO3吸收完全吸收完全 D 4 、 硫 酸 最 古 老 的 生 产 方 法 是 把 绿 矾 （FeSO47H2O）装入反应器中加强热，会 流出油状液体，并放出有刺激性气味的气 体（SO2），反应器中的固体变成了红色。 写出这种方法中绿矾转化为硫酸的两个化 学方程式： （1） （2） SO3 + H2O H2SO4 2FeSO4 7H2O Fe2O3 + SO3 + SO2 +7H2O 高温 P P21 21 3 3、4 4、8 8 作业：作业： 实践活动实践活动 通过查阅资料、上网、参观访问通过查阅资料、上网、参观访问 等方式进行调查，了解一些化工厂是等方式进行调查，了解一些化工厂是 如何利用废热的。如何利用废热的。