高考化学考点解析全程复习考点：高考化学考点解析全程复习考点： 硫酸工业硫酸工业 环境保护环境保护本文由 HEN 黑糊糊贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。高考化学考点解析全程复习考点: 高考化学考点解析全程复习考点: 硫酸工业 环境保护复习重点 1.接触法制硫酸的生产过程和化学原理. 2.保护环境难点聚焦 一,接触法制硫酸的原理,过程及典型设备 1.三种原料:硫铁矿(FeS2),空气,水. 利用接触法制硫酸一般可以用硫黄, 黄铁矿, 石膏, 有色金属冶炼厂的烟气(含一定量的 SO2) 等.其中用硫黄作原料成本低,对环境污染少.但我国硫黄资源较少,主要用黄铁矿(主要成分 为 FeS2)作生产硫酸的原料. 2.三步骤,三反应: (1) 4FeS2 +11O2= 2Fe2O3+8SO2(高温) (2)2 SO2+ O2 2 SO3 (催化剂,加热),(3) SO3 + H2O = H2SO43.三设备:(1)沸腾炉(2)接触室(3)合成塔 4.三原理:化学平衡原理,热交换原理,逆流原理. (1)增大反应物浓度,增大反应物间接触面积,能提高反应速率并使化学平衡向正反应方 向移动,以充分提高原料利用率. (2)热交换原理:在接触室中生成的热量经过热交换器,传递给进入接触室的需要预热的混合 气体,为二氧化硫的接触氧化和三氧化硫的吸收创造了有利条件. (3)逆流原理: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. 接触法制硫酸的原理,过程及典型设备 三原料 黄铁矿 造气 或 S 接触氧 空气 化 98.3%浓 硫酸 三氧化 SO3+ H2O = H2SO4 硫吸收 接触法制硫酸示意图: 吸收塔 干燥 2 SO2 + O2 2 SO3 (催化剂) 交换器) (高温)或 S+O2=SO2 接触室(含热 洗涤 三阶段 三反应(均放热) 4FeS2+11O2= 2Fe2O3+8SO2 沸腾炉 除尘 三设备 三净化5.应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择适宜条件 二氧化硫接触氧化的反应是一个气体总体积缩小的,放热的反应. (1) 温度二氧化硫接触氧化是一个放热的可逆反应,根据化学平衡理论判断,温度较低对反应有利. 但是, 温度较低时, 反应速率低, 考虑催化剂在 400500活性最大, 在实际生产中, 选定 400 500作为操作温度,这时反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想. (2) 压强二氧化硫接触氧化是一个气体总体积缩小的可逆反应, 根据化学平衡理论判断, 加压对反应 有利.但是,在常压,400500时,二氧化硫的转化率已经很高,加压必须增加设备,增大 投资和能量消耗,故在实际生产中,通常采用常压操作,并不加压. (3) 二氧化硫接触氧化的适宜条件常压,较高温度(400500)和催化剂 6.接触法制硫酸中应注意的几个问题 (1)依据反应物之间的接触面积越大反应速率越快的原理,送进沸腾炉的矿石要粉碎成细 小的矿粒,增大矿石跟空气的接触面积,使之充分燃烧. (2)依据增大廉价易得的反应物的浓度,使较贵重的原料得以充分利用的原理,采用过量 的空气使黄铁矿充分燃烧. (3)通入接触室的混合气体必须预先净化,其原因是:炉气中含有二氧化硫,氧气,氮气, 水蒸气以及砷,硒化合物,矿尘等.砷,硒化合物和矿尘等会使催化剂中毒;水蒸气对生产和设 备有不良影响.因此,炉气必须通过除尘,洗涤,干燥等净化处理. (4)在接触室里装有热交换器,其作用是在二氧化硫接触氧化时,用放出的热量来加热未 反应的二氧化硫和空气,充分利用热能,节约燃料.(5)不能用水吸收三氧化硫而用 98.3%的浓硫酸,若用水或稀硫酸吸收,容易形成酸雾, 且吸收速度慢. 二,有关计算 1.物质纯度,转化率,产率的计算 (1)物质纯度(%)=不纯物质中含纯物质的质量不纯物质的总质量100% (2)原料利用率(%)=实际参加反应的原料量投入原料总量100% (或转化率) (3)产率(%)=实际产量理论产量100% (4)化合物中某元素的损失率=该化合物的损失率 2.多步反应计算 (1) 关系式法: 先写出多步反应的化学方程式, 然后找出反应物和生成物之间物质的量 (或 质量)之比,列出关系式,即可一步计算. (2)元素守衡法:找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系.找出此关系的简便 方法,就是分析原料与产物之间所含关键元素原子个数关系,如: H2SO4. 若已知(欲求)FeS2 含量,用前面的关系式,若已知(欲求)S 的含量,用后一关系式,且二氧 化硫转化率,三氧化硫吸收率均可折算成起始物 FeS2(或 S)进行计算. 1.环境保护与原料的综合利用 (1)注意科学实验与实际生产的区别 在科学实验中, 为了探索某个重要的原理或实现某个重要的反应, 可以不惜大量的时间和资 金.而化工生产必须在遵循科学原理,实现某个反应的基础上,着重考虑综合经济效益,最大限 度地提高劳动生产率,降低成本,保护生态环境,为国民经济部门提供质优价廉的化工产品,以 达到优质高效的目的. (2)硫酸生产中的“三废“处理 硫酸厂的尾气必须进行处理, 因为烟道气里含有大量的二氧化硫气体, 如果不加利用而排空 会严重污染空气. 1) 尾气吸收 用氨水吸收,再用 H2SO4 处理:SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2+H2O 用 Na2SO3 溶液吸收:Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3 FeS22H2SO4, S用 NaOH 溶液吸收,再用熟石灰和 O2 处理;(此方法反应复杂,还可能发生其他反应) SO2+ NaOH = NaHSO3 NaOH +NaHSO3= Na2SO3+ H2O 2 CaSO3 + O2= 2CaSO4Na2SO3+Ca(OH)2= CaSO3+ 2NaOH 2)污水处理硫酸厂废水中含硫酸,排放入江河会造成水体污染.通常用消石灰处理: Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+2H2O.生成的硫酸钙可制建材用的石膏板. 3)废热利用 硫酸工业三个生产阶段的反应都是放热反应,应当充分利用放出的热量,减少能耗. 第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热,通常在沸腾炉处设废热锅炉,产生的过热蒸汽可用于 发电,产生的电能再供应硫酸生产使用(如矿石粉碎,运输,气流,液流等动力用电). 第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气,生产设备叫热交换器,原料气又将三氧化 硫降温,再送入吸收塔. 4)废渣的利用 黄铁矿的矿渣的主要成分是 Fe2O3 和 SiO2,可作为制造水泥的原料或用于制砖.含铁量高 的矿渣可以炼铁. 工业上在治理“三废“的过程中,遵循变“废“为宝的原则,充分利用资源,以达到保护环境的 目的. 2.能量的充分利用 许多化学反应是放热反应.化工生产中应充分利用反应热,这对于降低成本具有重要意义. 硫酸厂生产中的反应热得到充分利用后, 不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量, 而且还可以由硫 酸厂向外界输出大量能源. 在硫酸生产过程中使用的热交换器就是利用了反应所放出的热量来加 热二氧化硫和氧气的混合气体,以节约能源. 3.生产规模与厂址选择 (1) 化工厂选址的因素一般来说,现代化工生产要求有较大的生产规模.化工厂厂址选择是很复杂的问题,涉及原 料,水源,能源,土地供应,交通运输,环境保护和市场需求等诸多因素,应对这些因素综合考 虑,权衡利弊,才能作出合理的选择. 化工厂厂址选择一般应考虑下列因素:是否有市场需求;是否接近原料供应地;土地 供应是否充足;水源是否充足;能源是否充足且廉价;交通运输是否方便;能否达到环 境保护要求.上述这些因素必须在遵循科学原则的基础上, 着重考虑综合经济效益, 即要求最大限度地提 高劳动生产率,降低成本,保护生态环境. (2) 硫酸厂选址的因素由于硫酸是腐蚀性液体, 不便贮存和运输, 因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区, 工厂规模的大小,主要由硫酸用量的多少决定;硫酸厂厂址应远离水源和河流的上游,以免工厂 的污水污染水源; 也不要设置在城镇和居民区盛行风向的上风地带, 以免工厂排放的大量烟尘和 有害气体污染城镇的水源和大气等.二.环境保护 环境保护 一, 酸雨 (1) 酸雨的定义 一般认为,酸雨是由于燃烧高硫煤排放的二氧化硫等酸性气体进入大气后,造成局部地区 大气中的二氧化硫富集,在水凝结过程中,溶解于水形成亚硫酸,然后经某些污染物的催化作 用及氧化剂的的氧化作用生成硫酸,随雨水降下形成酸雨. 酸雨的 pH 值一般少于 5.6. (2) 酸雨的危害 对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部 组织,引起肺水肿等疾病而使人致死. 引起河流,湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物的生长. 破坏土壤,植被,森林. 腐蚀金属,油漆,皮革,纺织品及建筑材料. 渗入地下,使水中铝,铜,锌,镉的含量比中性地下水中高很多倍. (3) 酸雨的治理 二氧化硫污染大气的罪魁煤, 平均含硫量约为 2.5%-3%. 为治理煤燃烧时造成的二 氧化硫污染, 一种办法是事先从煤中除去硫. 但是只有一部分煤中的硫主要以黄铁矿 (FeS2) 1%.大部分的煤中还含有 的形态存在;这样的煤以脱硫工艺处理后其含硫量可降低到约为 较多的有机硫化合物,这样的煤以脱硫平均只能除去原含硫量的约 40%. 二, 温室效应 众所周知,全球变暖是由于“温室效应“.“温室效应“是怎样形成的呢? 在凉爽,清凉 的日子, 都知道温室里的温度大大高于室外温度. 这是因为温室的保温塑料薄膜使太阳能转 化的热能进的多,出的少,所以温度逐渐升高.地球大气层里的二氧化碳,甲烷等气体就象 这个薄膜,使太阳辐射进的多而出的少,因而使地球表面的温度逐渐升高.根据测定,大气 中的二氧化碳浓度每增加 1 倍, 地球表面的大气温度就会升高 1.54.5 度. 由于全世界工业 和交通耗费大量的石油,煤炭,天然气等能源,因此大气中的二氧化碳正以每年 1.5ppm 的 速度增加. 全球变暖使大气,海洋环流规律变化,加剧“厄而尔尼诺“,“玛尼娜“现象的危害,导致 大面积旱,涝灾害频繁发生.长期干旱使非洲几百万人饿死,上亿人营养不良.东南亚连年 洪水使上千万人流漓失所. 全球变暖还使极地冰川溶化,海平面上升.每升高 1 米,将使 直接受影响的人口达 10 亿,土地 500 万平方米公里(占世界的三分之一) .同时还引发风暴 潮,盐水倒灌.可见其危害多么严重! 三, 臭氧层破坏大气臭氧层的损耗是当前世界上又一个普遍关注的全球性大气环境问题, 它直接关系到 生物圈的安危和人类的生存. 1984 年,英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞.1985 年,美国的“雨云-7 号“气象卫星测到了这个臭氧洞.以后经过数年的连续观测,进一步得到 证实.据 NASA 报道,NASA 的“Nimbus -7“卫星上的总臭氧测定记录数据表明,近年来, 南极上空的臭氧洞有恶化的趋势.目前不仅在南极,在北极上空也出现了臭氧减少现象. NASA 和欧洲臭氧层联合调查组分别进行的测定都表明了这一点. 对于大气臭氧层破坏的 原因,科学家中间有多种见解.但是大多数人认为,人类过多地使用氯氟烃类化学物质(用 CFCl 表示)是破坏臭氧层的主要原因.由于臭氧层中臭氧的减少,照射到地面的太阳光紫 外线增强,其中波长为 240-329 纳米的紫外线对生物细胞具有很强的杀伤作用,对生物 圈中的生态系统和各种生物,包括人类,都会产生不利的影响. 臭氧层破坏以后,人体直 接暴露于紫外辐射的机会大大增加,这将给人体健康带来不少麻烦.首先,紫外辐射增强使 患呼吸系统传染病的人增加; 受到过多的紫外线照射还会增加皮肤癌和白内障的发病率. 此 外,强烈的紫外辐射促使皮肤老化. 臭氧层破坏对植物产生难以确定的影响.近十几年来, 人们对 200 多