人教版高二化学5-1接触法制硫酸导学案

人教版高二化学5-1接触法制硫酸导学案

第一节 接触法制硫酸 教案15（5-1-1接触制硫酸）‎ ‎ 学习目标 ‎ 1．掌握接触法制硫酸的化学反应原理，并了解生产过程和几个典型设备，以及生产中的一些重要操作。‎ ‎ 2．理解接触氧化反应条件的选择原理，加深对化学反应速率和化学平衡知识的理解。‎ ‎ 3．通过有关硫酸工业的计算，进一步巩固多步反应的化学原理。‎ ‎ 4．通过对硫酸工业“三废”、能量的利用以及生产规模、厂址的选择等的讨论，认识环境保护的重要性，培养良好的环境保护意识。‎ ‎ 教学过程 ‎ [自学探究]‎ ‎ 第一部分：‎ ‎ 1．讨论：考虑原料和成本等因素，你认为工业合成硫酸的途径如何？‎ ‎ 2．请写出由S生成H2SO4的化学反应方程式。‎ ‎ 3．接触法制硫酸的过程和原理：‎ ‎ （1）造气： (在 中进行)；‎ ‎ （2）接触氧化： （在 中进行）；‎ ‎ （3）SO3的吸收： （在 中进行）。‎ ‎ 4．生产过程中提高原料利用率的方法有 、 。‎ ‎5．煅烧黄铁矿制得的炉气中含有 ，需要 、______和 ，避免 。‎ ‎ 6．讨论：阅读表5-1、表5-2，结合化学反应速率和化学平衡知识，从综合经济效益考虑：SO2接触氧化反应应在什么条件下进行有利?‎ ‎ 7．接触氧化过程，应用了 设备，其优点是 。‎ ‎ 8．工业上用 吸收SO3，是因为 。‎ ‎ 第二部分：‎ ‎ 1．由硫酸工业反应原理可推算出，理论上：1mol S完全转化能生成 mol H2SO4，1mol FeS2完全转化能生成 mol H2SO4。‎ ‎ 2．工业制硫酸中的计算问题：‎ ‎ - 6 -‎ ‎ （1）关系式法（多步计算的简捷运算方法）：先写出多步反应的化学方程式，然后找出最初反应物和最终生成物之间的 之比，列出关系式，即可一步计算。如：S~H2SO4，FeS2~H2SO4。‎ ‎ （2）元素守恒法：原料中某一关键元素理论上若全部转入产物，则两物质中该元素的物质的量 。‎ ‎（3）几个率：①矿物的纯度= ×100%‎ ‎ ②原料利用率= ×100%‎ ‎ 原料转化率=原料利用率= 1-原料损失率 ‎ ③产率= ×100%‎ ‎ （4）多步反应的总转化率 = 各步反应转化率的 ‎ ‎ 二、总结与评价 点燃 高温 催化剂 硫酸是基础化学工业的重要产品，常用硫或硫铁矿为原料生产：‎ ‎ 1．造气：S(g)+O2 (g)=SO2(g) ΔH= -297kJ/mol ‎ 4FeS2(s)+11O2(g) =2Fe2O3(g)+8SO2(g) ΔH= -853kJ/mol ‎ 2．接触氧化：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH= -98.3kJ/mol ‎ 3．三氧化硫的吸收：SO3(g)+H2O(l) = H2SO4(l) ΔH= -130.3kJ/mol ‎ 4．硫酸工业计算的重点是多步计算，关键是找出最初反应物和最终生成物之间的关系。‎ ‎【例题讲解】‎ ‎ [例1]工业上要将尾气中的SO2转化为硫酸铵。下面是摘自某厂生产记录的一些资料：“……初步处理后的废气含0.2%的二氧化硫和10%的氧气（体积含量），在400℃时废气以5m3/h的速率通过五氧化二矾催化剂层与20L/h速率的氨气混合，再喷水，此时气体温度由400℃降到200℃，在热的结晶装置中得到硫酸铵晶体”（气体体积均已折算为标准状况）。仔细阅读上文，回答下列问题：‎ ‎ （1）按反应中的理论值，二氧化硫和氧气的物质的量之比为2:1，该资料中二氧化硫和氧气的物质的量比值是多少？为什么跟化学反应中的理论值相差较大？‎ ‎ （2）若每天某厂排放1000m3这种废气，按上述方法每月（按30天计算）消耗氨气多少吨？‎ ‎ [分析讲解] （1）V(SO2):V(O2)=0.2%:10%=1:50。‎ 根据化学平衡原理，增大氧气的量，可以促进化学平衡向正反应方面进行，从而提高二氧化硫转化为三氧化硫的转化率。‎ ‎ （2）每月排入的废气中二氧化硫的体积为：1000m3×30×0.2%=600m3‎ 废气以5m3/h的速率通过五氧化二矾催化剂层与20L/h速率的氨气混合，相当于SO2跟NH3以1:2的体积比混合。即发生反应为：4NH3+2SO2+O2=2(NH4)2SO4‎ ‎ - 6 -‎ 所以，600m3的二氧化硫气体需氨气的体积为：600×2=1200m3‎ 相当于消耗氨0.912t。‎ ‎ [例2]工业上测量SO2、N2、O2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（N2、O2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VamL，浓度为c mol·L-1，N2与O2的体积为VbmL（已折算成标准状况下的体积）。用Va、c mol·L-1、Vb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_______________（选填下列仪器的编号）。‎ ‎ 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 ‎ 分析讲解] （1）反应管的作用是吸收SO2，所以剩余的气体是N2、O2。量气管中增加的水的体积是N2、O2的体积。‎ ‎ （2）若反应管内溶液蓝色消失，说明其中的I2已消耗完，此时若再通入待测混合气体，其中的SO2不能被吸收，所测得的SO2的含量会偏低。‎ ‎ （3）反应管中的试剂应具备两个条件，一是能吸收SO2，二是要明显的实验现象以利判断是否完全反应。酸性高锰酸钾或溴水都可作为吸收剂。‎ ‎ （4）考查化学计算能力，根据题给反应可得：‎ ‎ V(SO2)%=×100%‎ ‎ （5）量气管可用量筒代替，反应管可用试管或广口瓶代替，所以可以有如下三种组合：bceg或beg或ceg。‎ ‎ - 6 -‎ ‎【评价】‎ ‎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（如右图），图中在a、b、c处流入或流出的 ‎ 气体正确的是（ ）‎ ‎ A．a处SO2、N2 B．b处SO2、O2、N2‎ ‎ C．a处SO3、O2 D．c处SO3、N2‎ ‎2．在接触法制硫酸的工业生产中，下列生产操作及其原因解释二者都正确 ‎ 的是（ ）‎ ‎ A．硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为块状硫铁矿不能燃烧 ‎ B．SO2氧化为SO3时需要高压，这样可以提高SO2的转化率 ‎ C．SO2氧化为SO3时需要使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率 ‎ D．用98.3%的浓H2SO4吸收SO3，可以防止形成酸雾阻碍SO3的吸收 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥‎ ‎3．接触法制硫酸和工业制硝酸分别经过以下的变化：‎ ‎ FeS2→SO2→SO3→H2SO4， NH3→NO→NO2→HNO3 ‎ ‎ 下列说法正确的是（ ）。‎ ‎ A．所有变化都是氧化-还原反应 B．②③⑤⑥都是化合反应 ‎ C．②④反应都要用催化剂 D．②⑥反应需要足量的氧气 ‎4．在氧气中灼烧0.8g由硫、铁元素组成的化合物，使其中的硫经过一系列变化最终全部转化为硫酸，用20 mL 1 mol·L-1的烧碱溶液恰好能完全中和这些硫酸，则原混合物中硫的质量分数约为（ ）。‎ ‎（A）40% （B）46% （C）53.3% （D）80 %‎ ‎5．接触法制硫酸的原料是 ，生产过程的化学反应原理是： 。‎ ‎6．硫酸最古老的生产方法是：把绿矾装入反应容器中加强热，会流出油状物，并放出有刺激性气味的气体，反应容器中的固体变为红色。这个变化过程可用两个化学方程式表示： ， 。‎ ‎7．含FeS280%的硫铁矿，煅烧时损失硫5%，SO2氧化成SO3时利用率为98%，问生产1 t 98%的硫酸，需要这种硫铁矿多少t？‎ ‎8．取1g含SiO2和FeS2的矿石样品，在氧气中充分燃烧，残余固体质量为0.84g，用这种矿石100吨，可以制得98%的H2SO4多少吨？（设生产过程中硫损失2%）‎ ‎9．假设SO2接触氧化过程产生的热量有70%可以利用，请问生产100 t 98%的硫酸在接触氧化过程中能节约多少能量。（已知ΔH= -98.3kJ/mol）‎ ‎10．（1）据《科技消息报》报道：由于废气排放致使地球南极上空的a层出现了400多万平方公里的空洞，有害宇宙线长驱直入，把b分解，密度较小的氢就会逃逸到宇宙空间，剩下的氧最终会使土壤c，从而使地球人类正在重蹈火星的覆辙。根据以上叙述，回答问题。‎ ‎ - 6 -‎ ‎ ①填充：a____b____c_____。‎ ‎ ②写出a与b对应的化学方程式：a_________b_________。‎ ‎（2）据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40%。研究结果还表明，酸雨对我国农作物、森林等影响区域大。‎ ‎ 如图是研究酸雨成因的学生实验用的“催化棒”。用两根外面套有玻璃管的粗导线穿过橡皮塞并固定于粗玻璃管中，在其中一端用电热丝连接起来，即制成“催化棒”。‎ ‎ 实验时，先接通直流电源，使电热丝红热，然后将红热的电热丝伸入装有SO2和空气的集气瓶中，瓶中立即出现_____ 现象，再往其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，又出现______现象。‎ ‎ 请回答：‎ ‎ ①以上实验中可得出酸雨成因的化学原理是_________。‎ ‎ ②目前一座中等城市每年用煤约300万吨，其含硫量如按1%计算，则每年排放SO2多少吨？若此二氧化硫有60%转化为硫酸，相当于生成多少吨98%硫酸？‎ ‎ ③为了防治酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时，有关“固硫”（不使硫的化合物进入大气）反应的化学方程式______,并比较此法与将“石灰石粉未与含硫煤混合”使用防治酸雨的方法，哪个更好些？答_________（填“生石灰法”或“石灰石法”）‎ ‎ ④如每隔一段时间测定某份雨水（酸雨）样品的pH，请作出有关时间与酸雨pH变化的曲线图。‎ ‎ ⑤国际上最新采用“饱和亚硫酸钠溶液吸收法”，请写出有关反应的化学方程式______。‎ 参考答案 ‎1．B 2．D 3．CD 4A。‎ ‎5．硫铁矿（或硫）、空气，S(g)+O2 (g)=SO2(g) 、 ‎ 催化剂 ‎4FeS2(s)+11O2(g) =2Fe2O3(g)+8SO2(g)、‎ Δ ‎2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)、SO3(g)+H2O(l)= H2SO4(l)；‎ ‎6．2FeSO4•7H2O =Fe2O3+SO2↑+SO3↑+H2O，SO3+H2O = H2SO4。‎ ‎7．0.806 t ‎ ‎8．78.4 t ‎9．6.88×107Kj 。‎ ‎10．（1）①臭氧层；水；酸化。‎ ‎②2O33O2；2H2O2H2↑+O2↑‎ ‎ - 6 -‎ ‎（2）①空气中的SO2遇到矿尘或煤烟等对SO2的氧化有催化作用的颗粒就会被氧化形成酸雨。‎ ‎ ②60t；36.7t。‎ ‎ ③CaO+SO2=CaSO3, 2CaSO3+O2=2 CaSO4；生石灰法。‎ ‎ ④Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3，2NaHSO3= Na2SO3+SO2+H2O。‎ ‎ - 6 -‎