人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：01化工生产过程中的基本问题(基础)

化工生产过程中的基本问题 【学习目标】 1、认识工业上生产硫酸的反应原理； 2、以硫酸生产为例，了解化工生产过程中的一些基本问题； 3、认识平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用。 【要点梳理】 【 炔烃和气态烃燃烧#化学性质】 要点一、接触法制硫酸 1．化学原理： 造气 S (s)+O2 (g)==SO2 (g)；ΔH=―279 kJ·mol―1 4FeS2 (s)+11O2 (g)==2Fe2O3 (s)+8SO2 (g)；ΔH=―3412 kJ·mol―1 接触氧化 2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3 (g)；ΔH=―196.6 kJ·mol―1 三氧化硫的吸收 SO3 (g)+H2O (l)==H2SO4 (l)；ΔH=―130.3 kJ·mol―1 2．原料：黄铁矿（主要成分是FeS2）（或者硫）、空气、98.3%的H2SO4。 3．主要设备：①沸腾炉（制取SO2的设备，用硫作原料不用此设备，我国现在还主要用黄铁矿为原料制H2SO4）；②接触室（制取SO3的设备）；③吸收塔（制取H2SO4的设备）。 4．生产工艺流程： 要点诠释：硫酸生产过程中三设备的两进两出；每套设备都有两进两出。 （1）沸腾炉 两进：黄铁矿进口和空气进口。 两出：矿渣出口和炉气出口（炉气成分：SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，砷、硒等的化合物及矿尘等）。 （2）接触室 两进：冷反应混合气进口（主要成分：SO2、O2、N2等）和经过预热的热反应混合气进口（主要成分：SO2、O2、N2等）。 两出：经过热交换器预热的热反应混合气出口（主要成分：SO2、O2、N2等）和反应后混合气出口（主要成分：SO3、SO2、O2、N2等）。 （3）吸收塔 两进：混合气进口（主要成分：SO3、SO2、O2、N2等）和98.3%的H2SO4进口。 两出：供稀释用硫酸出口（主要成分：H2SO4、SO3）和尾气出口（主要成分：SO2、O2、N2等）。 5．SO2接触氧化适宜条件的选择 （1）温度：SO2接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判断可知，此反应在温度较低的条件下进行最为有利。但是，温度较低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益来考虑，对生产不利。在实际生产中，选定400～500℃作为操作温度，因为在这个温度范围内，反应速率和SO2的平衡转化率（93.5%～99.2%）都比较理想。 （2）压强：SO2的接触氧化也是一个总体积缩小的气体反应。增大气体压强，能相应提高SO2的平衡转化率，但提高得并不多。考虑到加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，而且在常压下，400～500℃时，SO2的平衡转化率已经很高，所以硫酸工厂通常采用常压进行操作，并不加压。 （3）催化剂：主要含五氧化二钒（V2O5），俗称钒触媒。 接触氧化适宜条件：温度：400～500℃（反应速率快，催化剂活性高）；压强：常压（常压下，SO2转化率已很高，无需加压）；催化剂：五氧化二钒（V2O5）。 要点诠释：催化剂在使用中会因各种因素而失去活性，其中重要的一个因素就是中毒。催化剂中毒的原因有几种可能，原料中所含的少量杂质，或是强吸附（多为化学吸附）在活性中心上，或是与活性中心起化学作用，变为别的物质，都能使活性中心中毒。另外，反应产物中也可能有这样的毒物；在催化剂的制备过程中，载体内所含的杂质与活性组分相互作用，也可能毒化活性中心。中毒不仅影响催化剂的活性，造成催化剂的活性下降，也影响催化剂的选择性。 6．硫酸的用途 硫酸是化学工业中重要产品之一，是许多工业生产所用的重要原料。硫酸常列为国家主要重工业产品之一。 硫酸的用途十分广泛。主要有下列几方面： 化肥工业：硫酸与氨反应生成硫酸铵（肥田粉），与磷矿粉反应生成过磷酸钙，每生产1 t硫酸铵要消耗750 kg硫酸；1 t过磷酸钙要消耗360 kg硫酸。近年来，已逐渐用其他氮肥如尿素、碳酸氢铵、氨水、硝酸铵等代替硫酸铵，使硫酸用于生产氮肥的用量有所减少，但硫酸用于磷肥仍在增长。目前化肥工业（主要是磷肥）仍然是硫酸的最大用户，国外化 ... ...