1．(2011年沈阳质检)最近，国际上提出的“绿色化学”是指化学工业生产中的( )
A．对废水、废气、废渣进行严格处理
B．在化学生产中少用或不用有害物质以及少排放或不排放有害物质
C．在化工生产中，不使用任何化学物质
D．在化工厂种草、种树，使其成为花园式工厂
解析：选B。“绿色化学”是指在化学工业生产中少用或不用有害物质以及少排放或不排放有害物质。
2．(2011年广州检测)下列物质的制备，符合工业生产实际的是( )
A．将氯气通入澄清石灰水中制漂白粉
B．用离子交换膜法电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气
C．将氢气和氯气混合后点燃，产物用水吸收制备盐酸
D．将SO2和O2的混合气加高压后，通过接触室，制备SO3
解析：选B。Cl2通入石灰乳中制漂白粉；H2和Cl2混合后点燃易爆炸；SO2和O2在接触室内常压条件下生成SO3即可。
3．(2011年东城月考)有关二氧化硫的叙述正确的是( )
A．二氧化硫不能使溴水、高锰酸钾溶液迅速褪色
B．接触法制硫酸的沸腾炉排出的炉气中含SO2
C．实验室可用启普发生器制取二氧化硫
D．用石灰水很容易区分二氧化碳和二氧化硫
解析：选B。SO2具有还原性，可以使溴水、KMnO4溶液褪色；SO2在水中的溶解度较大，故不用启普发生器制取；石灰水与CO2、SO2均有沉淀生成。
4．关于反应2SO2＋O2 2SO3，在一定条件下达到平衡状态，再加入一定量的18O2，则建立新平衡时，含有18O的物质是(假定原平衡体系中不含18O)( )
①二氧化硫 ②氧气 ③三氧化硫
A．①② B．②③
C．①②③ D．①③
解析：选C。因为该反应为可逆反应，故达到平衡时三种物质中均含有18O。
5．(2011年泰安月考)接触法制硫酸的沸腾炉出来的炉气必须经过净化处理，其正确过程是( )
A．洗涤、干燥、除尘 B．干燥、除尘、洗涤
C．除尘、洗涤、干燥 D．除去硒和砷的化合物
解析：选C。沸腾炉出来的气体中含有矿尘以及砷、硒化合物等，这些物质可以使催化剂中毒，可通过除尘、洗涤除去；水蒸气对设备和生产有不良影响，必须干燥。
6．你认为减少酸雨的途径可以采取的措施是( )
①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源
A．①②③ B．②③④⑤
C．①③⑤ D．①③④⑤
解析：选C。煤中含有硫，使用时可进行脱硫处理，最好减少煤的使用；烟囱加高只能减少烟尘的排放，不能减少SO2，在酸化的土壤中加石灰会使土壤碱性增强，不利于植物生长。
7．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：选D。治理“三废”的最好的方法是研究废物的性质，变废为宝，进行综合利用。
8．工业上生产硫酸，回收尾气中SO2气体，选用的试剂是( )
A．NH3·H2O B．NaOH
C．Ca(OH)2 D．浓H2SO4
解析：选A。尾气中的SO2用氨水吸收，生成的(NH4)2SO4作化肥，SO2循环利用。2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2SO2↑＋2H2O
(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O
9．(2011年南京质检)接触法制硫酸中，进入接触室的气体必须净化、干燥，其主要原因是( )
A．防止催化剂中毒
B．提高反应效率
C．提高SO2的转化率
D．防止环境污染
解析：选A。气体中含有矿尘、砷、硒化合物等均能使催化剂中毒。
10．工业上用接触法制取硫酸过程中，硫铁矿在沸腾炉中燃烧的化学方程式是__________________________，该反应中氧化剂是________，还原剂是________，被氧化的元素是________，被还原的元素是________。
答案：4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 O2 FeS2 Fe和S O
11．(2010年高考浙江卷)(1)火山喷发所产生的硫磺可用于生产重要的化工原料硫酸。某企业用下图所示的工艺流程生产硫酸：
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①________________(填设备名称)。吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2)为使硫磺充分燃烧，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③________。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④__________(空气中氧气的体积分数按0.2计)，该尾气的处理方法是⑤________。
3)与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是⑥________(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
(2)硫酸的用途非常广，可应用于下列哪些方面
⑦________________________________________________________________________
(可多选)。
A．橡胶的硫化
B．表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成
C．铅蓄电池的生产
D．过磷酸钙的制备
(3)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⑧________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)1)接触室中进行的反应为SO2的催化氧化，为放热反应，使用热交换器可以充分利用反应放出的热量，对原料气进行预热。吸收塔中填充瓷管的作用是增加接触面积。
2)S＋O2SO2参加反应的硫磺为1 mol，则经流量计1通入的氧气为1.5 mol，反应后气体总量为1.5 mol×5＝7.5 mol，
2SO2 ＋ O2 2SO3 ΔV
2 1 2 1
1 mol 0.5 mol
经流量计2通入的氧气为0.5 mol×2.5＝1.25 mol，则＝＝1.2。反应后气体总量为7.5 mol＋1.25 mol×5－1 mol×95%×＝13.275 mol，则尾气中SO2的体积分数为＝0.004。
硫酸工业中，尾气SO2用氨水吸收，再用硫酸处理：SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3 (NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O，生成的(NH4)2SO4可作肥料。
3)硫铁矿的含硫成分为FeS2，硫元素氧化生成SO2的同时，铁元素也被氧化生成Fe2O3(废渣)，与硫磺直接燃烧相比，耗氧量增加，产生的废渣也增加。
(2)橡胶的硫化是采用硫磺；合成烷基苯磺酸钠需要先合成苯磺酸，而苯磺酸通过苯与浓硫酸的磺化反应生成；铅蓄电池用硫酸作为电解液；过磷酸钙通过磷酸钙与硫酸反应得到。
(3)CaCO3CaO＋CO2↑；SO2＋CaOCaSO3；2CaSO3＋O2===2CaSO4。
CaSO3不稳定，在空气中容易被氧化成CaSO4。
答案：(1)1)①热交换器 ②增加SO3与浓硫酸的接触面积，有利于SO3的吸收
2)③1.2 ④0.004 ⑤用氨水吸收
3)⑥AC
(2)⑦BCD
(3)⑧CaCO3CaO＋CO2↑；2SO2＋2CaO＋O22CaSO4(或2SO2＋2CaCO3＋O22CaSO4＋2CO2)
12．(2011年天津检测)下面的装置是仿照工业上制备硫酸的工艺流程设计出来的，用于探究工业上为何采用98%的浓硫酸吸收三氧化硫。
请回答下列问题：
(1)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(2)甲和乙相当于工业上制取硫酸装置中的
________________________________________________________________________；
(3)写出在催化剂表面所发生反应的化学方程式
______________________________________，在实验过程中不能持续加热的理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(4)在乙反应器内要求氧气的量要比二氧化硫的量多一倍左右，你是如何控制和估计的？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(5)若丁装置在反应过程中先出现气泡，不久就出现了雾，而丙装置一直都没有任何现象，产生这种现象的原因可能是( )
A．浓硫酸对三氧化硫的吸收效率远好于水，三氧化硫被浓硫酸充分吸收
B．三氧化硫的通气速率太快，三氧化硫未被水和浓硫酸充分吸收
C．丙中的导气管插得太深，导致两个吸收瓶内的气压差较大
D．丁中的导气管插得太浅，三氧化硫气体从水中逸出，与水蒸气化合形成酸雾
解析：装置甲有多个作用，一是通过观察气泡产生的速率调节通入二氧化硫、氧气的比例，二是使两种原料气体充分混合，三是起到干燥作用。
答案：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
(2)接触室
(3)2SO2＋O2 2SO3 防止温度过高，降低SO2的转化率及催化剂活性
(4)可以通过调节气阀，控制气体流量，观察甲装置的冒泡速率进行估算
(5)A(共40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
课前预习学案
目标定位
1．了解生产硫酸的基本流程。
2．了解生产中原料的选择。
3．了解化学科学实验与化工生产的区别。
4．注意生产中的三废处理，防止环境污染。
基础梳理
一、依据化学反应原理确定生产过程
1．工业制备硫酸，要从以下几个方面考虑：
(1)采用的原料应该是自然界中的含硫物质，如_____、 ________。
(2)生产过程中，要先使硫元素转化成 ______ ，再把 ______ 转化成 ______ ，再与水反应制得 ______ 。
硫黄
黄铁矿
SO2
SO2
SO3
H2SO4
2．工业生产上制备硫酸的基本原理：
(1)以S为原料制备SO2
化学反应方程式S(s)＋O2(g)===SO2(g)，(属_____反应)。
(2)利用催化氧化反应将SO2氧化成SO3
化学反应方程式2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，(属
_______反应)。
(3)三氧化硫转化成硫酸
化学反应方程式SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)，(属______反应)。
放热
放热
放热
3．工业制硫酸主要生产流程
二、生产中原料的选择
我国生产硫酸需考虑的问题：
1．从基建投资、加工费用及环保方面考虑，用_____制硫酸优于用________制硫酸。
2．我国天然硫资源_____，而且开采条件_________。
3．我国黄铁矿储量比天然硫黄要____。
4．硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程____，设备_____，三废________少，劳动生产率____，易于设备_______。
5．由于原料多需进口，硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸_____。
硫黄
黄铁矿
缺乏
比较复杂
大
短
简单
治理量
高
大型化
高
三、生产中反应条件的控制
1．硫酸工业生产的三个主要设备是________、 ________、 ________。
2．阅读课本P6表1－1，从中可看出温度较低时，有利于SO2转化为SO3。
二氧化硫催化氧化的反应方程式2SO2＋O2
2SO3，属______反应。
3．阅读课本P6表1－2，从中可看出压强增大时，SO2的转化率增大。
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。
沸腾炉
接触室
吸收塔
放热
思考感悟
是否温度越低越有利于SO2转化为SO3
提示：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，所以应选择温度为低温(400～500 ℃)。
四、生产中的三废处理
1．尾气吸收
H2SO4工业的尾气主要是SO2。
SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O，
CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O。
2．污水处理
不同化工生产过程产生的污水，杂质不同，要根据杂质的性质不同，采用不同的物理化学方法,如酸碱中和法，重金属离子沉淀法等。
3．废渣的处理
根据废渣的成分进行综合利用。如硫酸工业的废渣可用来作为炼铁的原料，提炼贵重的有色金属，作水泥原料或用于建筑材料。
五、能量的充分利用
1．生产1 t硫酸需消耗_________的电能，硫酸生产过程中的三个化学反应都是_____反应,生产1 t硫酸放出的反应热相当于200 kW·h的电能。这些废热的利用，可以向外界输出大量_____，大大降低生产_____。
2．可以利用SO2氧化成SO3时放出的热量来预热即将参加反应的SO2和O2等。
100 kW·h
放热
热量
成本
课堂互动探究
要点一
硫酸的生产——接触法
硫铁矿的主要成分是FeS2，硫铁矿在燃烧前需粉碎，增大和氧气的接触面积，使燃烧速率加快且更充分，提高原料利用率。
该反应在沸腾炉中进行，从炉内出来的气体叫炉气，成分为SO2、O2、N2、H2O及矿尘，砷、硒化合物等。其中砷、硒化合物和矿尘能使催化剂中毒，可通过除尘、洗涤等方法除去；水蒸气对设备和生产有不良影响，可通过干燥除去。
(3)SO3的吸收：
SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)；ΔH＝－130.3 kJ·mol－1
工业上并不直接用水吸收三氧化硫，而是用质量分数为98%的硫酸做吸收剂，因为三氧化硫与水蒸气容易形成酸雾，从而降低了三氧化硫的吸收率。同时采用逆流吸收，硫酸从塔底放出。
3．厂址的选择：硫酸是一种强腐蚀性液体，不宜大量的贮存和长途运输；生产设备易腐蚀，寿命较短，同时废渣、废液、废气排放量大，污染环境。因此厂址宜靠近原料供应地和产品销售地，有充足的水源保证和热能供应，靠近交通运输线，不要建在人口密集的居民区，旅游景点和文物保护区，地震、洪水等自然灾害多发区。
4．废气、废水、废渣的利用：尾气中的SO2用氨水吸收，生成的(NH4)2SO4作化肥，SO2循环利用。
SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3
SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3
2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2SO2↑＋2H2O
(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O
废水用石灰乳中和：Ca(OH)2＋H2SO4===CaSO4＋2H2O
废渣可用于制砖、制水泥、回收有色金属等综合利用。
(2010年高考海南卷Ⅰ)固硫剂是把煤燃烧时生成的二氧化硫以盐的形式固定在炉渣中的物质，可减少二氧化硫对大气的污染。下列物质中可用做固硫剂的有( )
A．CaO B．Na2CO3
C．NH4NO3 D．P2O5
例1
Ⅱ.以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：
请回答下列问题：
(1)在炉气制造中，生成SO2的化学方程式为_______________________________________________ (2)炉气精制的作用是将含SO2的炉气________、________及干燥，如果炉气不经过精制，对SO2催化氧化的影响是_________________________
(3)精制炉气(含SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%)中SO2平衡转化率与温度及压强关系如下图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是_______________________________________________
(4)在SO2催化氧化设备中设置热交换器的目的是________、________，从而充分利用能源。
【解析】 Ⅰ.SO2为酸性氧化物，故P2O5不能使用，CaO可供选择；NH4NO3受热易分解，且会产生危险，不能选择；Na2CO3能吸收SO2生成Na2SO3，继而生成Na2SO4，可供选择。
Ⅱ.(2)煅烧黄铁矿制得的炉气中含有矿尘、砷和硒等化合物、水蒸气；应对炉气进行除尘、水洗和干燥，避免催化剂中毒。
(3)从图可知，应在低温下进行，但低温时催化剂的活性不高，反应速率低，实际生产中采用400～500℃的温度。在高压下进行，但增大压强对SO2的转化率提高不大，且加压会增大成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产采用常压操作。
(4)SO2和O2反应为放热反应，而经净化后的炉气需要加热，故可通过热交换器，对冷的SO2、O2加热，达到充分利用能源的作用。
不选C点，因为温度越低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，450 ℃时，催化剂的催化效率更高。故选择A点，不选C点。
(4)利用反应放出的热量预热原料气体 上层反应气经热交换器温度降到400～500 ℃进入下层使反应更加完全
跟踪训练
1．工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为：SO2 7%，O2 11%，N2 82%)：
(1)已知SO2的催化氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？________________________；
(2)在400 ℃～500 ℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是________________________；
(3)选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？________(填“是”或“否”)，是否可以增大该反应放出的热量？________(填“是”或“否”)；
(4)为提高SO3的吸收率，实际生产中用________吸收SO3；
(5)已知：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)；ΔH＝－196.6 kJ/mol，计算每生产一万吨98%硫酸所需要的SO3的质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。
解析：可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)；ΔH＝－196.6 kJ·mol－1
分析表格中数据：
(1)压强相同时，升高温度，SO2的转化率减小，故升温，上述反应的平衡向逆反应方向移动，则正反应方向为放热反应。
(2)400 ℃～500 ℃范围内常压下SO2的转化率在97.8%以上，故不需要再采用高压措施。
(3)催化剂只能加快反应速率，提高单位时间内的产量，不能提高SO2的转化率及反应过程中放出的热量。
(4)实际生产中，不是用H2O吸收SO3，而是用98%的浓硫酸吸收，可以避免形成酸雾并提高吸收率。
答案：(1)压强一定时，温度升高，SO2的转化率下降，说明升温有利于向逆反应方向进行，所以正反应为放热反应
(2)增大压强对提高SO2的转化率无显著影响，反而会增加成本
(3)否 否 (4)浓硫酸
(5)8.0×103 t 9.83×109 kJ
2．下列说法正确的是( )
A．合成硫酸的工业尾气可以直接排入大气
B．进入接触室的气体，必须先经净化、干燥
C．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：选B。硫酸工业的尾气中含有SO2气体，不能直接排入大气,A错；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；D项中的反应在常压下效果较好。
类型二
多步反应的有关计算
(2011年南京质检)用含FeS2 78%的硫铁矿制硫酸，若煅烧时损失6%的硫，在接触氧化时又损失2%，求制得1 t 98%的浓H2SO4需这种矿石多少吨？
【解析】 每种化合物都有固定的组成，即每种化合物的组成元素的质量都有一定的比例，当某一化合物损失a%时，其组成元素也必然损失各自的a%，反之亦然。由此可知接触氧化时硫损失2%，也就是接触氧化时FeS2的转化率为98%。
例2
【答案】 0.84 t
3．(2011年枣庄质检)把1.0 g含脉石(SiO2)的黄铁矿样品在氧气流中灼烧，反应完全后得0.78 g残渣，则此黄铁矿的纯度是( )
A．33% B．66%
C．78% D．88%
触类旁通
4．某硫酸厂每天用含FeS2 60%的硫铁矿500 t生产硫酸，如果在沸腾炉内损失5%的硫，SO2的转化率为90%。每天能生产98%的硫酸多少吨？
解析：本题主要考查如何处理多步反应过程中原料的损失。沸腾炉中损失5%的硫，SO2转化率为90%这些都可转化为S元素的损失，进而转化为FeS2的损失。所以设生产98%的硫酸x吨。则由关系式：
FeS2 ～ 2H2SO4
120 2×98
500×60%×(1－5%)×90% x×98%
即：120∶[500×60%×(1－5%)×90%]
＝2×98∶x×98%
解得x＝427.5
答案：每天能生产98%的硫酸427.5吨。
课后达标训练
