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

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

走进化学工业 课题1 化工生产过程中的基本问题 硫酸的性质 (1) 物理性质 ： 硫酸是一种无色,难挥发,易溶于水的油状液体。 浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此,稀释硫酸时应该把______倒到______中,并_____. (2)化学性质： 浓硫酸具有酸性,______性,______性和______性. 浓硫酸 水 不断搅拌 吸水 脱水 强氧化 复习回顾： 硫酸的消费水平是一个国家工业发达水平的重要标志 一、依据化学反应原理确定生产过程 （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 ? 2. 这些物质能直接得到H 2 SO 4 吗?若不能，那么要经过哪些中间产物才能变成硫酸? 硫磺、黄铁矿（FeS 2 ） 请写出有关的化学方程式 ! （二）硫酸工业生产的原理 以 硫磺 为原料 第一步：造气 S (s)+ O 2 (g) SO 2 (g) 点燃 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) 催化剂 加 热 第二步：催化氧化 第三步：吸收 SO 3 (g)+ H 2 O(l) H 2 SO 4 (l) （二）硫酸工业生产的原理 以 黄铁矿（FeS 2 ） 为原料 第一步：造气 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) 催化剂 加 热 第二步：催化氧化 第三步：吸收 SO 3 (g)+ H 2 O(l) H 2 SO 4 (l) 生产过程：造气 催化氧化 吸收 造气 制（SO 2 ） 净化、干燥 催化反应室400~500 ℃ 常压、催化剂 吸收塔 稀释室 贮存室 SO 3 空气 SO 2 发烟硫酸 98%硫酸 98%硫酸 水 （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酸？ 早期黄铁矿储存量比较大，而天然硫磺资源缺乏，又难以从国外购进，并且那时对环境保护不够重视。 （2）、为什么不主张用黄铁矿(主要成分FeS 2 ) 作为原料生产硫酸? 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，从而降低成本。 硫酸生产反应式 S (s)+ O 2 (g) SO 2 (g) 高 温 SO 3 (g)+ H 2 O(l) H 2 SO 4 (l) 第一步： 第二步： 第三步： 以硫磺为原料 : 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) 催化剂 加 热 ( 造气 ) ( 催化氧化 ) ( 吸收 ) 工业中通常用 98% 的硫酸溶液代替水来吸收 SO 3 想一想 : 从生产硫酸的原理看 , 硫酸厂中的生 产设备最少应分几部分 ? 2、工业生产硫酸的基本过程 沸腾炉 接触室 吸收塔 3、硫酸工业生产的三个主要设备 SO 2 O 2 沸腾炉 炉气 矿渣 空气 思考：从沸腾炉出来的SO 2 气体是否纯净？ 思考：黄铁矿为什么要粉碎？为什么要通入强大空气流？ 粉碎黄铁矿是增大矿石跟空气的接触面积，加快反应速率并使之充分燃烧； 通强大的空气流是为了使黄铁矿充分燃烧，同时增大廉价易得的反应物浓度，可以是较贵重的原料得以充分利用。 不纯净，炉气中除SO 2 还含有O 2 、N 2 、H 2 O和一些杂质。 接触室 低温的SO 2 、O 2 思考： 接触室中热交换器的作用是什么？从接触室出来的气体成分是什么？ 热交换器的作用是在SO 2 接触氧化时，用放出的热来预热即将进入接触室发生反应的SO 2 和空气，这样可以充分利用热能，节约燃料。 吸收塔 SO 3 思考： 吸收SO 3 为什么不用水或稀硫酸，而要用98.3%的浓硫酸？浓硫酸为什么必须从塔顶喷下？ 因为用水或稀H 2 SO 4 溶液做吸收剂容易形成酸雾且吸收速率慢； 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。 三、生产中反应条件的控制 复习回顾： 1、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。 注意： （1）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”； （3）标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不变”。 2、什么是化学平衡？ 反应物浓度、温度、压强（对有气体参加的反应）、催化剂 补充： 平衡的移动，即改变反应条件（浓度、温度、压强）对化学平衡的影响 条件的改变 平衡移动方向 平衡移动的结果 增大反应物浓度 减小反应物浓度 增大压强 升高温度 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 向移动 向吸热反应方向移动 反应物浓度减小 生成物浓度增大 体系压强减小 体系温度降低 勒夏特列原理： 如果改变影响化学平衡的一个条件 （浓度、温度或压强等 ），平衡就会向着能够 减弱 这种改变的方向移动 三、生产中反应条件的控制 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) 催化剂 加热 SO 2 接触氧化的反应为： 注：这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应 思考与交流 ： 阅读P 6 表1—1，思考温度较低时 ，SO 2 的转化率_____；那么是否温度越低越好呢？ 越高 不是，虽然温度较低对提高SO 2 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(400~500 0 C) 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 三、生产中反应条件的控制 阅读P6表1-2,思考压强的增大，SO 2 的转化率_____； （2）压强 思考与交流 ： 越高 那么是否压强越高越好呢？ 根据平衡移动原理，加压对提高SO 2 的转化率有利，但在常压、400~500 ℃时 ，SO 2 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 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(400~500 0 C) (2)常压 (3)催化剂 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) 催化剂 加热 三、生产中反应条件的控制 接触氧化的适宜条件： 四、硫酸工业生产过程中三废的处理 1、三废：废气、废液、废渣 2、三废的处理方法： （1）如何处理尾气中的SO 2 ？ 方法一：石灰水吸收法 ＳＯ ２ Ｃ a （ＯＨ） ２ Ｃ a ＳＯ ３ Ｈ ２ ＳＯ ４ ＳＯ ２ （重新利用） 方法二：氨水吸收法 SO 2 + 2NH3 + H 2 O (NH 4 ) 2 SO 3 (NH 4 ) 2 SO 3 + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O （2）、 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 大量热能? 用石灰浆(Ca(OH) 2 或石灰石粉中和： 废渣：分离后循环利用，剩下的作铺路用的 沥青或用于制砖 四、硫酸工业生产过程中三废的处理 Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 CaSO 4 + 2H 2 O 能量的 充分 利用 硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能(工厂里把它们叫做“废热”)以降低生产成本。 在沸腾炉旁设置“废热”锅炉，产生蒸汽来发电；在接触室中设热交换装置。据测算，生产1t硫酸约需消耗100kW·h的电能，而相应量反应物在生产过程中放出的反应热相当于200kW·h的电能。 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：(本节课重点) 1. 工业上接触法制硫酸概括为“五个三” ： 三种原料： 三个反应： 三个生产过程： 三个主要设备： 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。 硫磺(或黄铁矿)、空气和水 造气、催化氧化、吸收 沸 腾 炉、接 触 室、吸收塔 (1) 低温 (400~500 0 C) (2) 常压 (3) 适当过量的空气 1、在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明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，这样易于向沸腾炉中投料 B、炉气进入接触室之前需要进化、干燥，因为炉气中的杂质易与SO 2 反应 C、SO 2 氧化为SO 3 时需要使用催化剂，这样可提高SO 2 的转化率 D、接触室的反应温度控制在400~500 ℃，因为在这个温度范围内，反应速率和SO 2 的转化率都比较理想，且催化剂的活性也较高 练习 D 练习 2、下列对硫酸生产中化学反应原理的分析正确的是（ ） A、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 B、硫酸生产中涉及的三个化学反应都是放热反应 C、硫酸生产中涉及的三个化学反应都需要使用催化剂 D、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 B 练习 3、关于接触法制硫酸的叙述中，不正确的是（ ） A、从沸腾炉出来的炉气必须净化，主要目的是防止催化剂中毒 B、之所以叫“接触法”是因为SO 2 被氧化成SO 3 时反应是在催化剂表面进行的 C、黄铁矿粉碎成细小矿粒，在沸腾炉中燃烧快、反应完全，提高了原料的利用率 D、SO 3 用稀硫酸吸收而不用水吸收，可防止形成酸雾并使SO 3 吸收完全 D 练习 4、硫酸最古老的生产方法是把绿矾（FeSO 4 •7H 2 O ）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（SO 2 ），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） SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 2FeSO 4 •7H 2 O Fe 2 O 3 + SO 3 + SO 2 +7H 2 O 高温 P 21 3 、 4 、 8 作业： 实践活动 通过查阅资料、上网、参观访问等方式进行调查，了解一些化工厂是如何利用废热的。