高中化学《工业制硫酸的反应原理和生产过程》微课精讲+知识点+教案课件+习题

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知识点：

一、硫酸的工业制法

硫酸有多种制法，目前工业上主要采用接触法制硫酸。

其工艺主要包括三个步骤：

1.硫磺（或含硫矿石）在沸腾炉中与氧气反应生成SO₂；

或      

2.SO₂在接触室中在催化剂的作用下被氧气氧化成SO₃；

3.SO₃在吸收塔中转化为H₂SO₄。

SO₃+H₂O=H₂SO₄

【各步骤注意事项】

步骤1.①生成SO₂的原料有用FeS₂,也有用S单质；②矿石需要粉碎，氧气要充足；③从沸腾炉中出来的气体需净化处理(除尘、洗涤、干燥等)。

步骤2.①接触室中热交换器管道外流动的是需要预热的SO₂和氧气，管道内是需要冷却的生成物SO₃气体。

步骤3.吸收塔中若用水或稀硫酸吸收SO₃容易形成酸雾，吸收速度慢且不利于完全吸收SO₃，工业上实际用98.3%的浓硫酸来吸收SO₃，得到浓度更高的硫酸。

视频教学：

练习：

1．治理“三废”，保护环境最主要的方法是(　　)

A．减少污染严重的工厂               B．把“三废”深埋

C．提高认识                         D．变废为宝，综合利用

【解析】减少污染应从源头上抓起减少排放，而治理则要变废为宝，综合利用。

【答案】  D

2．接触法生产硫酸的过程中，对废气、废水、废渣、废热的处理正确的是(　　)

①尾气用氨水处理　②污水用石灰乳处理　③废渣用来造水泥、炼铁　④设置废热锅炉产生蒸汽、供热或发电

A．①② B．①③④      C．①②③         D．①②③④

【解析】硫酸厂尾气中含有SO₂，可用氨水吸收处理；硫酸厂废水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸厂废渣中含有SiO₂、Fe₂O₃等，可用于制造水泥、炼铁；由于硫酸生产过程中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来降低生产成本。

【答案】　D

3．工业上以黄铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N₂、O₂外，还含有SO₂等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO₂含量的是（　　）

A.NaOH溶液、酚酞试液      B.石灰水、石蕊试液

C.碘水、淀粉溶液            D.氨水、酚酞试液

【解析】测定SO₂含量必须要能跟SO₂反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na₂SO₃时溶液还是碱性，没变色，而D在SO₂还没与氨水完全反应时就开始变色了。B项石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显。

【答案】  C

4．构建和谐社会的内容之一是人类与环境的和谐发展，而“绿色化学”的内容是指从技术经济上设计可行的化学反应，尽可能减少对环境的副作用，下列化学反应不符合“绿色化学”概念的是(　　)

A．消除硫酸厂尾气中的SO₂：

SO₂＋2NH₃＋H₂O===(NH₄)₂SO₃

B．消除硝酸工业尾气的氮氧化物的污染：

NO＋NO₂＋2NaOH===2NaNO₂＋H₂O

C．制CuSO₄：Cu＋2H₂SO₄(浓)=====△　CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O

D．制CuSO₄：2Cu＋O₂＋2H₂SO₄=====△　2CuSO₄＋2H₂O

【解析】选项中给出的4个反应均符合化学反应规律，从技术上、原理上均是可行的，但C项会产生污染环境的SO₂气体，不符合“绿色化学”的主旨。

【答案】  C

5． 有关硫酸工业综合经济效益的说法中正确的是(　　)

A．甲地有丰富的硫铁矿资源，水源能源充足，交通便利，是风景秀丽的旅游胜地，虽当地使用硫酸的工业不多，但为提高当地经济效益宜建硫酸厂

B．为减少SO₂对空气的污染，可以建筑高烟囱，使含SO₂的尾气在高空扩散稀释，到达地面时达到安全浓度

C．硫酸生产过程排放的污染物主要是含SO₂的尾气、固体烧渣、废酸和废水等

D．选择硫酸厂厂址时，当经济利益与环保问题有冲突时，为提高人们的物质生活水平，应先考虑经济利益的问题

【解析】　A项中，硫酸厂产生的SO₂会污染环境，且H₂SO₄使用量小，会增加外销的成本；B项中，高烟卤并不能减小SO₂的排放量；D项中，应首先考虑环保问题。

【答案】　C

课件：

教案：

【学习目标】

1．写出接触法制硫酸的化学原理。

2．思考加快固体和气体反应速率的方法？思考可以使二氧化硫充分转化成三氧化硫的方法在合成氨气的实验中如何选择反应的条件？如何充分利用能量？

3．请列举冶炼金属的工业方法？从原理上指出钠、镁、铝、铁、铜、银、金的冶炼方法，方法选择的依据是什么？

【学习重难点】

1．工业制硫酸的三原理对应的三设备是什么？

2．三原理是如何指导三设备的设计的？

3．三设备的设计哪些方面考虑了速率因素？

4．哪些方面考虑了平衡因素？

5．哪些方面考虑了工业效益？

6．为何进行二氧化硫气体的净化？

7．为什么不直接使用水来吸收三氧化硫？

8．二氧化硫中含有三氧化硫如何除去？

9．硫酸为什么不氧化还原性较强的二氧化硫？

10．如何治理工业三废？

【学习过程】

习题巩固：

1．在硫酸工业生产中，为了有利于SO₂的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室（见上图）。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为（  ）

A．SO₂    B．SO₃，O₂    C．SO₂， O₂    D．SO₂，SO₃

2．硫铁矿高温下空气氧化产生二氧化硫：4FeS₂＋11O₂→8SO₂＋2Fe₂O₃设空气中N₂、O₂的含量分别为0.800和0.200（体积分数，以下气体含量均用体积分数表示），试完成下列各题：

（1）1.00mol FeS₂完全氧化，需要空气的体积（标准状况）为        L。

（2）55L空气和足量FeS₂完全反应后，气体体积（同温同压）变为        L。

（3）用空气氧化FeS₂产生的气体混合物中，O₂的含量为0.0800，计算SO₂的含量。

（4）设FeS₂氧化产生的气体混合物为100L，其中O₂为a L，SO₂为b L。

①写出a和b的关系式②在右图中画出a和b的关系曲线（FeS₂氧化时，空气过量20%）

说明：为方便作图，纵坐标用13b表示

3．工业上测量SO₂N₂O₂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（N₂O₂不与I₂反应）：SO₂＋I₂＋2H₂O→H₂SO₄＋2HI

（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后，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V_a mL。，浓度为C mol·L^－1，N₂与O₂的体积为V_b mL（已折算为标准状况下的体积）。用C、V_A、V_b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）。

A．烧杯    B．试管    C．广口瓶    D．容量瓶    E．量筒    F．单孔塞    G．双孔塞

4．（1）用含硫48%的硫铁矿为原料，用接触法制硫酸，如果原料的利用率为96%，硫酸的产率为90%30t硫铁矿能生产98%的硫酸多少吨？

（2）用含FeS₂90%的硫铁矿为原料，用接触法制硫酸，如果原料的利用率为96%，硫酸的产率为90%30t硫铁矿能生产98%的硫酸多少吨？

（3）用接触法制硫酸时，在吸收塔中用98%的浓硫酸1000g来吸收SO₃，生成H₂SO₄·SO₃，然后再稀释成98%的浓硫酸，可得98%的硫酸多少克？

5．在工业制取硫酸时，混合气体的组成是SO₂占7%，O₂占11%，N₂占82%将100体积的混合气体通入接触室反应后，在恢复到原来的温度和压强后导出气体的体积变为97.2体积，则SO₂的转化率为（  ）

A．40%    B．60%    C．80%    D．90%

6．在氧气中充分煅烧1g铁和硫组成的化合物，使其中的硫全部转化为SO₃气体，然后又全部转化为硫酸，这些硫酸恰好被60mL 0.5mol·L^-1的NaOH溶液完全中和，则原化合物中硫的质量分数为（  ）

A．48%    B．44%    C．34%    D．42．8%

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