课件38张PPT。第一单元 走进化学工业课题1 化工生产过程中的基本问题一二三四五一、依据化学反应原理确定生产过程
1.关于工业制硫酸的反应原理及过程需考虑的因素
(1)分析产品的化学组成,据此确定生产该产品的主要原料。从H2SO4的组成看,原料应该是自然界存在的含硫物质,如硫黄、黄铁矿(主要成分是FeS2)等。
(2)分析产品与生产原料之间关键元素的性质,确定主要生产步骤。H2SO4中S的化合价是+6价,因此先从S或FeS2得到SO3,再由SO3与H2O反应得到H2SO4。
(3)分析生产原料的性质,确定反应原理。生产H2SO4的主要化学过程可以分成SO2的生成和SO2转化为SO3两个阶段。一二三四五一二三四五一二三四五二、生产中原料的选择
1.在工业生产中,除选择原料依据化学反应原理外,还有许多因素要考虑,如厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、贮存、运输、预处理成本及环境保护等。
2.目前,很多国家生产硫酸主要以硫黄为原料,我国早期主要是以黄铁矿为原料制硫酸的。一二三四五一二三四五三、生产中反应条件的控制
对二氧化硫的催化氧化:
1.温度条件
选择400~500 ℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,反应速率和SO2的转化率都比较理想。?
2.压强条件
增大气体压强,SO2的平衡转化率提高得并不多,所以,通常采用常压操作。
3.催化剂
催化剂对化学平衡没有影响,但能改变到达平衡所需的时间。一二三四五一二三四五一二三四五一二三四五五、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,如果能充分利用这些热量,不但可以由硫酸厂自行提供能量,还可以向外界输出大量的能量,可大大降低生产成本。一二三四五一二三四五解析:原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器,吸收热量后由A处流出,再进入催化反应室发生反应,并放出大量的热,而热交换器的作用是把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气,然后由下端流出,进入下一个装置。SO3温度过高不易被吸收,所以下端出来的气体降温后再用浓硫酸吸收。
答案:D探究一探究二探究一探究二1.生产硫酸的方法为什么叫接触法?
提示SO2和O2是在催化剂表面接触反应的,主要设备叫接触室。
2.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?
提示热交换器的作用是在SO2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SO2和空气,这样可以充分利用热能,节约燃料。从接触室出来的气体主要是SO3、N2以及剩余的未起反应的O2和SO2。
3.吸收SO3为什么不用水或稀硫酸,而要用98.3%的硫酸?浓硫酸为什么必须从塔顶喷下?
提示因为用水或稀硫酸作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。探究一探究二探究一探究二探究一探究二请回答下列问题:
(1)为充分利用反应放出的热量,接触室中应安装 (填设备名称)。吸收塔中填充有许多瓷管,其作用是 。?
(2)为使硫黄充分燃烧,经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%。为提高SO2转化率,经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍,则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为 。假设接触室中SO2的转化率为95%,b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为 (空气中氧气的体积分数按20%计)。该尾气的处理方法是 。?
(3)与以黄铁矿为原料的生产工艺相比,该工艺的特点是 (可多选)。?
A.耗氧量减少
B.二氧化硫的转化率提高
C.产生的废渣减少
D.不需要使用催化剂
(4)矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰石,可有效减少煤燃烧时SO2的排放,请写出此脱硫过程中反应的化学方程式? 。?探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二解析:二氧化硫转化为三氧化硫的反应为正反应气体体积减小的放热反应,所以低温高压有利于提高二氧化硫的转化率。
答案:(1)黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多,处理成本高
(2)CD
(3)①净化气体;②控制温度在400~500 ℃;③增大催化剂与反应气体的接触面积
(4)< 在常压和298 K条件下,2 mol SO2和1 mol O2完全反应生成2 mol SO3,放出196 kJ热量。由于该反应为可逆反应,不可能进行完全,又因为反应温度为450 ℃,所以放出的热量小于196 kJ1 2 3 4 51 2 3 4 52.硫酸工业中,常用浓硫酸吸收三氧化硫,而不用水来吸收的原因是( )
A.三氧化硫溶于浓硫酸,不易溶于水
B.用浓硫酸吸收三氧化硫速度虽慢,但损失三氧化硫少
C.用水吸收易形成酸雾,吸收速度慢
D.用水吸收得到的不是纯硫酸
解析:用98%的硫酸吸收SO3可以避免形成酸雾并提高吸收率。
答案:C1 2 3 4 51 2 3 4 54.下列关于工业制硫酸的说法正确的是( )
A.生产硫酸的工业尾气可以直接排入大气中
B.进入接触室的气体,必须先经净化、干燥
C.以黄铁矿为原料生产硫酸,从沸腾炉中排出的炉渣可以作为肥料
D.在高温、高压下由SO2和O2合成SO3
解析:硫酸工业的尾气中含有SO2气体,不能直接排入大气,A错误;沸腾炉中排出的炉渣中含有Fe2O3、砷硒化合物等,不能用作肥料,C错误;反应在常压下效果较好,D错误。
答案:B1 2 3 4 5课件29张PPT。课题2 人工固氮技术——合成氨一二三一二三一二三一二三一二三一二三三、合成氨工业的发展
1.原料及原料气的净化
2.催化剂的改进
3.环境保护
废渣:用作建材和肥料的原料。
废气:主要是H2S和CO2等气体。
废液:主要是含氰化物和含氨的污水。一二三探究一探究二探究一探究二探究一探究二综上可知,要使合成氨的化学反应具有理想的反应速率和反应物的平衡转化率,要掌握合成氨化学反应本身的特点,运用化学反应速率和化学平衡原理,同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素,综合确定合成氨的适宜条件。当前,从所用催化剂的催化活性对温度的要求、工业生产对化学反应的速率与限度的要求、制作生产设备的材料性能和技术水平、追求生产投入与产品的最大正效益等实际情况来看,400~500 ℃的温度、10~30 MPa的压强和铁触媒的组合是合成氨的最佳条件。为了提高合成氨生产的综合经济效益,还有三点是不可忽视的:①使原料气中n(N2)∶n(H2)≈1∶3;②将从反应混合物中分离出来的氮气和氢气重新压缩后输入合成塔再次利用;③及时将NH3从平衡混合物中分离出来。探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二1 2 3 4 5 61.工业上用氢气和氮气合成氨,氢气的主要来源是( )
A.水和燃料 B.电解水
C.锌和稀硫酸 D.液化空气
解析:B、C项生产H2成本太高,不符合实际;D项液化空气得N2;A项正确。
答案:A1 2 3 4 5 62.合成氨的反应采用400~500 ℃温度的原因是( )
A.温度太低反应速率太小
B.该温度时催化剂活性最大
C.该温度时反应速率最大
D.该温度时N2的转化率最高
解析:工业合成氨反应的特点是正反应是气体体积减小的放热反应。选用的适宜条件是400~500 ℃、铁触媒、10~30 MPa,循环操作(N2与H2的体积比为1∶3)。在400~500 ℃时催化剂的活性最大。
答案:B1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6答案:(1)图②表示N2、H2被吸附在催化剂表面,图③表示在催化剂表面,N2、H2的化学键断裂
(2)AD
(3)把湿润的红色石蕊试纸放在导管口处,若试纸变蓝,则说明有氨气生成
(4)该反应是可逆反应,10 mol N2与30 mol H2不可能完全反应,所以放出的热量小于924 kJ课件31张PPT。课题3 纯碱的生产一二三一、纯碱的存在与用途
1.纯碱的存在
碳酸钠,俗名纯碱,在自然界中存在相当广泛。生长于盐碱地和海岸附近的植物中含有碳酸钠。大量的碳酸钠主要来自于地表碱湖,由湖水可得到天然碱。
2.纯碱的用途
很多工业都要用到碳酸钠,如玻璃、制皂、造纸、纺织和漂染等。碳酸钠作为原料还可以用于生产其他含钠的化合物;碳酸钠也被大量地应用于生活中。一二三一二三一二三一二三一二三探究一探究二探究一探究二1.索尔维法制碱生产的主要过程可划分为哪几个阶段?
提示盐水的精制、盐水氨化、氨盐水碳酸化、碳酸氢钠的转化、氨的循环。
2.氨碱法的生产流程中,有哪些物质参与循环利用?
提示将氯化铵与石灰乳反应生成的NH3参与循环利用;二氧化碳也参与循环利用。探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二1.联合制碱法得到的产品有哪些?
提示纯碱和氯化铵。
2.根据联合制碱法生产原理示意图,分析比较它与氨碱法的主要区别在哪里?有哪些优点?
提示两种生产设计方案的主要区别在于,联合制碱法利用合成氨生产中的氨和二氧化碳,生产过程中回收氯化铵,没有像氨碱法那样引入碳酸钙后产生氯化钙而无法合理地回收利用。侯氏制碱法的优点在于综合利用了合成氨生产中的物料,提高了氯化钠的利用率,减少了环境污染,从绿色化学角度看,更加符合现代化工生产的设计要求。探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究一探究二??变式训练2??下列说法中正确的是 。?
①饱和NH4HCO3溶液与饱和NaCl溶液混合,可能会有白色沉淀生成
②氨碱法生产纯碱所发生的反应均是复分解反应
③联合制碱法与氨碱法生产纯碱所用的化学反应原理不同
④氨碱法生产纯碱过程中氨气没有循环利用,而我国化学家侯德榜发明的联合制碱法的过程中使氨气充分循环利用
⑤联合制碱法与氨碱法生产纯碱的不同点:原料来源不同,副产物不同
⑥在生产纯碱的过程中,向饱和食盐水中先通入二氧化碳,再通入氨气
答案:①⑤1 2 3 4 5 61.与氨碱法比较,下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的是( )
A.提高了原料利用率 B.降低了生产成本
C.减少了环境污染 D.减轻了对设备的腐蚀
解析:侯氏制碱法是将合成氨工业和制碱工业联合起来,保留了氨碱法的优点,消除了它的缺点,使食盐的利用率提高到了96%以上;NH4Cl可作氮肥,避免了生成大量无用的CaCl2;同时可与合成氨厂联合,使合成氨的原料气CO转化成CO2,革除了CaCO3制CO2这一工序,降低了生产成本,减少了对环境的污染。
答案:D1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 63.工业上常用氨碱法制取纯碱,是将氨和二氧化碳先后通入饱和食盐水而析出小苏打,再经过滤、焙烧而得纯碱。但不能用氨碱法制取碳酸钾,原因可能是( )
A.KHCO3溶解度较大 B.KHCO3溶解度较小
C.K2CO3溶解度较小 D.K2CO3溶解度较大
解析:如果KHCO3像NaHCO3一样溶解度很小,也是可以用类似氨碱法来制取,事实是KHCO3溶解度太大,而不能用此法制取。
答案:A1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6?1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6课件13张PPT。单元整合DANYUAN ZHENGHE专题1专题2专题3专题1专题2专题3专题1专题2专题3解析:(1)由于①处投入的是一种液态原料,不可能是黄铁矿,生产硫酸还可以以硫为原料,硫的熔点不是很高,可在加热时形成液体;(2)液态硫的温度较高,与空气混合后反应生成SO2,如在靠近进口处有大量的空气,会产生大量的SO2,逸散到空气中,对空气造成污染;(3)SO2的催化氧化过程是一个气体体积减小、放热的可逆反应,升温不利于提高SO3的产率,因此在④处可采用等温过程;(4)可逆反应的特点是转化率不可能达到100%,二次催化炉⑦是必需的,可将未反应的SO2继续反应氧化,使原料的利用率提高;(5)在吸收塔⑥中SO3被浓硫酸吸收,由于SO3的浓度大,主要得到120%~130%发烟硫酸。一部分未被吸收的SO3进入下一个吸收塔,得到98%的硫酸。通过两次吸收后,SO3几乎被完全吸收。
答案:(1)硫 (2)如在靠近进口处有大量的空气,会产生大量的SO2,逸散到空气中,对空气造成污染 (3)采用等温过程 (4)可使原料的利用率提高 (5)通过两次吸收后,SO3几乎被完全吸收专题1专题2专题3专题1专题2专题3专题1专题2专题3专题1专题2专题3专题3 硫酸工业中连续多步反应的计算
接触法制硫酸时涉及三个连续反应,所以在关于工业制硫酸的计算性题目中往往涉及这几步连续反应的计算。而对于连续多步反应的计算通常使用关系式法,这样就避免了对中间产物的烦琐计算,节约了时间,提高了计算结果的准确性。
关系式法解题需要找准关系式,找关系式的一般方法是根据涉及的多步反应的化学方程式,依照元素质量守恒或电子转移数目守恒的原则找出连续多步反应中元素的转化关系,如在用硫铁矿制硫酸时,根据转化过程中硫元素守恒的原则可以找到这样的关系式:
FeS2——2SO2——2SO3——2H2SO4;或S——SO2——SO3——H2SO4
在硫酸工业制硫酸的有关计算中通常就利用以上两关系式解题。
另外,在有关计算中往往还涉及物质的转化率和损失率的问题,这在连续多步反应的有关计算中也是一个难点。对于这一类的问题,需要我们掌握这样几个原则:专题1专题2专题3(1)一种化合物中,一种元素的转化率等于该化合物的转化率,例如在FeS2向SO2转化的过程中,若硫元素的转化率为99%,则FeS2的转化率也为99%。
(2)在同一个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成物,反应物的转化率等于生成物的产率,例如在FeS2向SO2转化的过程中,FeS2的转化率必等于SO2的产率,在FeS2向H2SO4转化的过程中,FeS2的转化率等于H2SO4的产率。专题1专题2专题3专题1专题2专题3专题1专题2专题3
