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1、第一节接触法制硫酸第1页，本讲稿共29页硫酸的消费量是一个国家工业发达水平的一种标志硫酸的消费量是一个国家工业发达水平的一种标志第2页，本讲稿共29页思考：思考：1 1、哪些物质可作为制取二氧化硫的原料？选、哪些物质可作为制取二氧化硫的原料？选用哪种原料最好？用哪种原料最好？2 2、为什么目前我国主要采用硫铁矿作为制取、为什么目前我国主要采用硫铁矿作为制取二氧化硫的原料？二氧化硫的原料？n若用硫铁矿为原料制取二氧化硫，若已知一定条若用硫铁矿为原料制取二氧化硫，若已知一定条件下件下 24 g FeS2固体燃烧生成固体燃烧生成SO2气体和气体和Fe2O3固体，同时释放固体，同时释放170.6 kJ
2、的热量，请写出该反应的热量，请写出该反应的热化学方程式。的热化学方程式。第3页，本讲稿共29页世界硫酸生产的原料构成世界硫酸生产的原料构成阅读教材并思考阅读教材并思考硫黄硫黄黄铁矿黄铁矿其他其他65%16%19%（有色冶金烟气占（有色冶金烟气占3/4）1、工业制硫酸分几个阶段？、工业制硫酸分几个阶段？每个阶段的反应原理每个阶段的反应原理是什么？用到什么典型设备？是什么？用到什么典型设备？2、工业制硫酸生产流程？、工业制硫酸生产流程？第4页，本讲稿共29页一、反应原理一、反应原理1.SO2=SO24FeS211O2 2Fe2O38SO22.2SO2 O2 2SO33.SO3H2O=H2SO4二、
3、工业制硫酸的生产流程二、工业制硫酸的生产流程1.二氧化硫的制取和净化二氧化硫的制取和净化2.二氧化硫氧化成三氧化硫二氧化硫氧化成三氧化硫3.三氧化硫的吸收和硫酸的形成三氧化硫的吸收和硫酸的形成造气造气氧化氧化成酸成酸第5页，本讲稿共29页三、生产设备及工艺流程三、生产设备及工艺流程1 1、造气、造气沸腾炉沸腾炉3.燃燃烧烧后得到的炉气不能直接后得到的炉气不能直接用于制取用于制取SO3，为为什么？什么？思考：思考：1.沸腾炉是如何得名的？沸腾炉是如何得名的？2.如何让黄铁矿充分燃烧？如何让黄铁矿充分燃烧？4.氮气氮气对对生生产产硫酸没有用硫酸没有用处处,为为什么不除去？什么不除去？5.生生产产中
4、中为为什么什么让让二氧化硫和二氧化硫和氧气氧气处处于一定的比例？于一定的比例？第6页，本讲稿共29页经净化、干燥的炉气成分经净化、干燥的炉气成分SO2O2N27%11%82%第7页，本讲稿共29页2 2、氧化、氧化接触室接触室反应原理：反应原理：2SO2+O22SO3；H=-196.6kJ/mol催化剂第8页，本讲稿共29页【讨论】【讨论】2SO2(g)O2(g)2SO3(g)；H-196.6 kJ/mol的反的反应特点？应特点？催化剂催化剂反应特点：反应特点：1可逆反应可逆反应2总体积缩总体积缩小小3放热放热 4需要催化剂需要催化剂 思考：根据平衡移动原理，反应在较高还是较低的思考：根据平衡
5、移动原理，反应在较高还是较低的温度下进行更有利？温度下进行更有利？第9页，本讲稿共29页不同温度下不同温度下SO2的平衡的平衡转转化率化率(图图中中纵纵坐坐标标表示表示转转化率化率/)原料气成分原料气成分(体体积积分数分数)SO2 7O2 11N2 82压压强强 0.1 Mpa第10页，本讲稿共29页【设问】根据平衡移动原理，反应在较高还是【设问】根据平衡移动原理，反应在较高还是较低的压强下进行更有利？较低的压强下进行更有利？第11页，本讲稿共29页合适的反合适的反应应条件条件温度温度400400500 500 常压常压 V2O5 温度：温度：压强：压强：催化剂：催化剂：理论理论实际实际低温低
6、温高压V2O5 SO2接触氧化是一个可逆的放接触氧化是一个可逆的放热热反反应应，理，理论论上在温度上在温度较较低的条件下低的条件下进进行最行最为为有有利。但是温度利。但是温度较较低低时时催化催化剂剂活性不高，反活性不高，反应应速率低，从速率低，从综综合合经济经济效益考效益考虑对虑对生生产产不利，所以生不利，所以生产产中中选择选择400一一500；同；同时该时该反反应应又是一个又是一个总总体体积缩积缩小的气小的气体反体反应应，增大，增大压压强强，SO2的的转转化率能提高，但化率能提高，但SO2的平衡的平衡转转化率提高的并不多，化率提高的并不多，若加若加压压必增加必增加设备设备的耐的耐压压力，增大
7、投力，增大投资资和能量消耗且在常和能量消耗且在常压压下和下和400500时时SO2的平衡的平衡转转化率已化率已经经很高，故通常采用常很高，故通常采用常压压。又因。又因为为反反应应是是SO2和和O2在催化在催化剂剂表面表面接触接触时发时发生的，故生的，故这这种生种生产产硫酸的方法叫做接触法。硫酸的方法叫做接触法。第12页，本讲稿共29页根据右图回答下列问题：根据右图回答下列问题：1设备设备A是是，在，在A中进行的反应方中进行的反应方程式是：程式是：。处处通入或放出的物质是通入或放出的物质是、。2设备设备B是是，在，在B中进行中进行的反应方程式是：的反应方程式是：。处放出的物质是处放出的物质是、。
8、第13页，本讲稿共29页3 3、成酸、成酸吸收塔吸收塔反应原理：反应原理：SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l);H=130.3 kJ/mol 吸收剂：吸收剂：98.3%的的浓浓H2SO4 1.1.为为什什么么用用98.3%98.3%的的浓浓H H2 2SOSO4 4 吸吸收收而而不是用水？不是用水？从从吸吸收收塔塔里里排排出出的的尾尾气气有有哪哪些些成成分，能直接排放到空气中分，能直接排放到空气中吗吗？.尾气尾气应应如何如何处处理？理？思考：思考：第14页，本讲稿共29页吸收吸收过过程是在吸收塔中程是在吸收塔中进进行的；行的；为为了避免了避免产产生酸生酸雾雾影响影响SO3的吸收，采用的吸
9、收，采用98.3的的浓浓硫酸作吸收硫酸作吸收剂剂；同同时为时为了增大了增大SO3和和98.3的的浓浓硫酸的接触面硫酸的接触面积积，强强化吸收化吸收过过程，在吸收塔里填装了大量瓷程，在吸收塔里填装了大量瓷环环；吸；吸收操作采用逆流形式。收操作采用逆流形式。吸收塔上部吸收塔上部导导出的气体含有出的气体含有SO2，它会造成，它会造成环环境境污污染。因此必染。因此必须须要要进进行回收行回收处处理。保理。保护护人人类赖类赖以生以生存的自然存的自然环环境，是我境，是我们们每个公民每个公民义义不容辞的不容辞的责责任。任。第15页，本讲稿共29页讨论讨论一、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了一、在硫酸工业生产中
10、哪些地方涉及到了化学反应速率知识？化学反应速率知识？1、硫或黄铁矿在送入沸腾炉之前要经过粉碎。、硫或黄铁矿在送入沸腾炉之前要经过粉碎。2、从沸腾炉底部鼓入强大空气流。、从沸腾炉底部鼓入强大空气流。3、二氧化硫的氧化过程中使用催化剂。、二氧化硫的氧化过程中使用催化剂。4、采用、采用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。的浓硫酸吸收三氧化硫。5、三氧化硫的吸收采用逆流原理。、三氧化硫的吸收采用逆流原理。6、在吸收中填入了大量瓷环。、在吸收中填入了大量瓷环。第16页，本讲稿共29页二、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了化学二、在硫酸工业生产中哪些地方涉及到了化学平衡知识？平衡知识？1、经过净化、干燥的炉气中
11、，氧气的含量相对要多。、经过净化、干燥的炉气中，氧气的含量相对要多。2、SO2、O2、SO3被冷却后，进一步在催化剂表面反应。被冷却后，进一步在催化剂表面反应。3、二氧化硫的二次催化。、二氧化硫的二次催化。4、选择适宜的反应温度。、选择适宜的反应温度。5、选择适宜的反应压强。、选择适宜的反应压强。第17页，本讲稿共29页总结：工业制硫酸的主要内容总结：工业制硫酸的主要内容用三句话概括反应原理用三句话概括反应原理 写出三个主要反应写出三个主要反应 反应分为三个主要阶段反应分为三个主要阶段 三种主要设备三种主要设备 三种主要杂质三种主要杂质 三种净化方法三种净化方法 接触氧化的三个适宜条件接触氧化
12、的三个适宜条件 产生的产生的“三废三废”第18页，本讲稿共29页1用三句话概括反应原理：用三句话概括反应原理：燃烧硫磺或黄铁矿石制取燃烧硫磺或黄铁矿石制取SO2；SO2在适当温度和催化剂作在适当温度和催化剂作用下氧化成用下氧化成SO3；SO3与水化合生成与水化合生成H2SO4。2三个主要反应：三个主要反应：4FeS2(s)11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)；H=-3412 kJ/mol2SO2(g)O2(g)2SO3(g)；H-196.6 kJ/mol；SO3(g)H2O(l)H2SO4(l)；H=-130.3 kJ/mol。3 3三个生产阶段：造气；接触氧化；三个生产阶段：造气
13、；接触氧化；SOSO3 3的吸收。的吸收。4 4三种设备：沸腾炉；接触室；吸收塔。三种设备：沸腾炉；接触室；吸收塔。5 5三种杂质：矿尘；砷、硒等化合物；水蒸气。三种杂质：矿尘；砷、硒等化合物；水蒸气。第19页，本讲稿共29页6三种净化方法：除尘；洗涤；干燥。三种净化方法：除尘；洗涤；干燥。7 7接触氧化的三个适宜条件：压强用常压；温度为接触氧化的三个适宜条件：压强用常压；温度为400400500500；催化剂主要为；催化剂主要为V V2 2O O5 5。8三废：废气三废：废气(主要为主要为SO2)；废水；废水(主要含硫主要含硫酸酸)；废渣；废渣(含铁量较高含铁量较高)。第20页，本讲稿共29
14、页练习、在硫酸的工业制法中，下列生产操作练习、在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因与说明生产操作的主要原因 两者都正确的两者都正确的是：是：A、硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁、硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁矿不能沸腾燃烧矿不能沸腾燃烧 B、从沸腾炉出来的气体需要净化，因为炉、从沸腾炉出来的气体需要净化，因为炉气中二氧化硫会与杂质反应气中二氧化硫会与杂质反应 C、二氧化硫氧化成三氧化硫进需要使用催、二氧化硫氧化成三氧化硫进需要使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率 D、三氧化硫用、三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防的浓硫酸吸
15、收，目的是防止形成酸雾，以便使三氧化硫吸收完全止形成酸雾，以便使三氧化硫吸收完全D第21页，本讲稿共29页第22页，本讲稿共29页多步反应计算：多步反应计算：1、方法、方法（1）关系式法写出多步反应的方程式，找出反）关系式法写出多步反应的方程式，找出反应物和生成物之间物质的量之比，列关系式，即可一步计算。应物和生成物之间物质的量之比，列关系式，即可一步计算。（2）元素守恒法原料中某一关键元素理论上若全部转入产）元素守恒法原料中某一关键元素理论上若全部转入产物中，则该元素的实际量两物质中应相等。物中，则该元素的实际量两物质中应相等。n2、纯度、转化率、产率的计算、纯度、转化率、产率的计算n转化率
16、（利用率）转化率（利用率）n产率（产率（%）第23页，本讲稿共29页3、多步生产过程中原料的损失处理：、多步生产过程中原料的损失处理：（1）一种化合物中，一种元素的转化率等于该）一种化合物中，一种元素的转化率等于该化合物的转化率。化合物的转化率。（2）一种组成固定的混合物中，一种组分的转）一种组成固定的混合物中，一种组分的转化率等于该混合物的转化率。化率等于该混合物的转化率。（3）在同一化学反应或多个相关联的化学反应）在同一化学反应或多个相关联的化学反应中，具有个别元素质量守恒关系的反应物和生中，具有个别元素质量守恒关系的反应物和生成物，反应物的转化率等于生成物的产率。成物，反应物的转化率等于
17、生成物的产率。第24页，本讲稿共29页例例例例1:1:含含含含FeFeS S S S2 2 2 280%80%的硫铁矿，煅烧时损失硫的硫铁矿，煅烧时损失硫的硫铁矿，煅烧时损失硫的硫铁矿，煅烧时损失硫5%5%，S SO O O O2 2 2 2氧化时氧化时氧化时氧化时损失损失损失损失20%20%硫，求制取硫，求制取硫，求制取硫，求制取1 1吨吨吨吨98%98%的浓硫酸需这种矿石的浓硫酸需这种矿石的浓硫酸需这种矿石的浓硫酸需这种矿石_吨。吨。吨。吨。解答：解答：解答：解答：1.写出各步反应的化学方程式写出各步反应的化学方程式2.2.根据化学方程式列出关系式根据化学方程式列出关系式根据化学方程式列出
18、关系式根据化学方程式列出关系式3.3.根据守恒原理进行计算根据守恒原理进行计算根据守恒原理进行计算根据守恒原理进行计算 FeS2 2H2SO4 120 298 120 2984FeS2 +11 O2=2Fe2O3+8SO22SO2 +O2 2SO3SO3+H2O=H2SO4FeS2 2SO2 2SO3 2H2SO4x80%(1-5%)(1-20%)1t98%第25页，本讲稿共29页例例2:含含FeS S S S2 280%的硫铁矿，煅烧时损失硫的硫铁矿，煅烧时损失硫5%，SO O2 2氧化时损失氧化时损失氧化时损失氧化时损失20%20%硫，求制取硫，求制取硫，求制取硫，求制取1 1吨吨吨吨98
19、%98%的浓硫酸需这种的浓硫酸需这种的浓硫酸需这种的浓硫酸需这种矿石矿石矿石矿石_吨。吨。吨。吨。解答：解答：解答：解答：.根据硫元素守恒得出关系式：根据硫元素守恒得出关系式：根据硫元素守恒得出关系式：根据硫元素守恒得出关系式：FeS2 2H2SO4x80%(1-5%)(1-20%)1t98%120 298120 298第26页，本讲稿共29页 例例3、燃烧燃烧1吨含二硫化亚铁吨含二硫化亚铁90%的黄铁矿，在理的黄铁矿，在理论上能生产多吨论上能生产多吨98%的硫酸（设有的硫酸（设有1.5%的硫留的硫留在炉渣里）？在炉渣里）？解析：解析：由工业生产硫酸的反应方程式可得由工业生产硫酸的反应方程式可
20、得下列关系式。下列关系式。设：能生成设：能生成98%98%的硫酸的硫酸x x吨吨 FeSFeS2 2 2SO 2SO2 2 2SO2SO3 3 2H 2H2 2SOSO4 4 120 298 120 2981t90%(1-1.5%)xt98%1t90%(1-1.5%)xt98%x=1.478 x=1.478第27页，本讲稿共29页 1在在O2中灼烧中灼烧0.40g硫和铁的化合物，使其中的硫和铁的化合物，使其中的硫全部转化为硫全部转化为SO2，把这些，把这些SO2全部氧化并转化为全部氧化并转化为H2SO4。这些硫酸与。这些硫酸与20mL、0.50mol/L NaOH溶液完全溶液完全中和。则原化合
21、物中硫的质量分数为中和。则原化合物中硫的质量分数为 A30 B36.4 C40 D53.3 2在在FeS2SO2的转化过程中，每转移的转化过程中，每转移1mol电子电子时产生时产生SO2的体积是（折算为标准状况）的体积是（折算为标准状况）A0.51L B4.07L C16.3L D22.4LBC练习题练习题第28页，本讲稿共29页3、为方便某些计算，有人将、为方便某些计算，有人将98%的浓硫酸表示成下列形式的浓硫酸表示成下列形式，其中合理的是（），其中合理的是（）A.H2SO41/9H2O B.H2SO4H2O C.H2SO4SO3 D.SO310/9H2O 4.利用利用1吨含吨含FeS280%硫铁矿来制取硫酸，假设反硫铁矿来制取硫酸，假设反应过程中由应过程中由FeS2转化为转化为SO2时，损失硫时，损失硫2%，由，由SO2转化成转化成SO3时的利用率只用时的利用率只用75%，问这，问这1吨吨硫铁矿可以制得硫铁矿可以制得95%的硫酸多少吨？的硫酸多少吨？AD1.01吨吨第29页，本讲稿共29页