題目列表(包括答案和解析)
1.環(huán)境保護與原料的綜合利用
(1)注意科學實驗與實際生產(chǎn)的區(qū)別
在科學實驗中,為了探索某個重要的原理或實現(xiàn)某個重要的反應,可以不惜大量的時間和資金。而化工生產(chǎn)必須在遵循科學原理、實現(xiàn)某個反應的基礎上,著重考慮綜合經(jīng)濟效益,最大限度地提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、保護生態(tài)環(huán)境,為國民經(jīng)濟部門提供質優(yōu)價廉的化工產(chǎn)品,以達到優(yōu)質高效的目的。
(2)硫酸生產(chǎn)中的“三廢”處理
硫酸廠的尾氣必須進行處理,因為煙道氣里含有大量的二氧化硫氣體,如果不加利用而排空會嚴重污染空氣。
1) 尾氣吸收
① 用氨水吸收,再用H2SO4處理:SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H2O
②用Na2SO3溶液吸收:Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3
③用NaOH溶液吸收,再用熟石灰和O2處理;(此方法反應復雜,還可能發(fā)生其他反應)SO2+ NaOH = NaHSO3 NaOH +NaHSO3= Na2SO3+ H2O
Na2SO3+Ca(OH)2= CaSO3↓+ 2NaOH 2 CaSO3 + O2= 2CaSO4
2)污水處理
硫酸廠廢水中含硫酸,排放入江河會造成水體污染。通常用消石灰處理:
Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+2H2O。生成的硫酸鈣可制建材用的石膏板。
3)廢熱利用
硫酸工業(yè)三個生產(chǎn)階段的反應都是放熱反應,應當充分利用放出的熱量,減少能耗。
第一階段黃鐵礦燃燒放出大量的熱,通常在沸騰爐處設廢熱鍋爐,產(chǎn)生的過熱蒸汽可用于發(fā)電,產(chǎn)生的電能再供應硫酸生產(chǎn)使用(如礦石粉碎、運輸,氣流、液流等動力用電)。
第二階段二氧化硫氧化放熱可用于預熱原料氣,生產(chǎn)設備叫熱交換器,原料氣又將三氧化硫降溫,再送入吸收塔。
4)廢渣的利用
黃鐵礦的礦渣的主要成分是Fe2O3和SiO2,可作為制造水泥的原料或用于制磚。含鐵量高的礦渣可以煉鐵。
工業(yè)上在治理“三廢”的過程中,遵循變“廢”為寶的原則,充分利用資源,以達到保護環(huán)境的目的。
2.多步反應計算
(1)關系式法:先寫出多步反應的化學方程式,然后找出反應物和生成物之間物質的量(或質量)之比,列出關系式,即可一步計算。
(2)元素守衡法:找出主要原料和最終產(chǎn)物之間物質的量的對應關系。找出此關系的簡便方法,就是分析原料與產(chǎn)物之間所含關鍵元素原子個數(shù)關系,如: FeS2-2H2SO4, S-H2SO4。
若已知(欲求)FeS2含量,用前面的關系式,若已知(欲求)S的含量,用后一關系式,且二氧化硫轉化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2(或S)進行計算。
1.物質純度、轉化率、產(chǎn)率的計算
(1)物質純度(%)=不純物質中含純物質的質量÷不純物質的總質量×100%
(2)原料利用率(%)=實際參加反應的原料量÷投入原料總量×100%
(或轉化率)
(3)產(chǎn)率(%)=實際產(chǎn)量÷理論產(chǎn)量×100%
(4)化合物中某元素的損失率=該化合物的損失率
6.接觸法制硫酸中應注意的幾個問題
(1)依據(jù)反應物之間的接觸面積越大反應速率越快的原理,送進沸騰爐的礦石要粉碎成細小的礦粒,增大礦石跟空氣的接觸面積,使之充分燃燒。
(2)依據(jù)增大廉價易得的反應物的濃度,使較貴重的原料得以充分利用的原理,采用過量的空氣使黃鐵礦充分燃燒。
(3)通入接觸室的混合氣體必須預先凈化,其原因是:爐氣中含有二氧化硫、氧氣、氮氣、水蒸氣以及砷、硒化合物、礦塵等。砷、硒化合物和礦塵等會使催化劑中毒;水蒸氣對生產(chǎn)和設備有不良影響。因此,爐氣必須通過除塵、洗滌、干燥等凈化處理。
(4)在接觸室里裝有熱交換器,其作用是在二氧化硫接觸氧化時,用放出的熱量來加熱未反應的二氧化硫和空氣,充分利用熱能,節(jié)約燃料。
(5)不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的濃硫酸,若用水或稀硫酸吸收,容易形成酸霧,且吸收速度慢。
5.應用化學反應速率和化學平衡移動原理選擇適宜條件
二氧化硫接觸氧化的反應是一個氣體總體積縮小的、放熱的反應。
(1) 溫度
二氧化硫接觸氧化是一個放熱的可逆反應,根據(jù)化學平衡理論判斷,溫度較低對反應有利。但是,溫度較低時,反應速率低,考慮催化劑在400∽500℃活性最大,在實際生產(chǎn)中,選定400-500℃作為操作溫度,這時反應速率和二氧化硫的轉化率都比較理想。
(2) 壓強
二氧化硫接觸氧化是一個氣體總體積縮小的可逆反應,根據(jù)化學平衡理論判斷,加壓對反應有利。但是,在常壓、400-500℃時,二氧化硫的轉化率已經(jīng)很高,加壓必須增加設備,增大投資和能量消耗,故在實際生產(chǎn)中,通常采用常壓操作,并不加壓。
(3) 二氧化硫接觸氧化的適宜條件
常壓、較高溫度(400-500℃)和催化劑
4.三原理:化學平衡原理、熱交換原理、逆流原理。
(1)增大反應物濃度、增大反應物間接觸面積,能提高反應速率并使化學平衡向正反應方向移動,以充分提高原料利用率。
(2)熱交換原理:在接觸室中生成的熱量經(jīng)過熱交換器,傳遞給進入接觸室的需要預熱的混合氣體,為二氧化硫的接觸氧化和三氧化硫的吸收創(chuàng)造了有利條件。
(3)逆流原理:液體由上向下流,氣體由下向上升,兩者在逆流過程中充分反應。
接觸法制硫酸的原理、過程及典型設備
三原料 |
三階段 |
三反應(均放熱) |
三設備 |
三凈化 |
黃鐵礦或S |
造氣 |
4FeS2+11O2=== 2Fe2O3+8SO2(高溫)或S+O2=SO2 |
沸騰爐 |
除塵 |
空氣 |
接觸氧化 |
2 SO2
+ O2 ≒ 2 SO3
(催化劑) |
接觸室(含熱交換器) |
洗滌 |
98.3%濃硫酸 |
三氧化硫吸收 |
SO3+ H2O === H2SO4 |
吸收塔 |
干燥 |
接觸法制硫酸示意圖:
3.三設備:(1)沸騰爐(2)接觸室(3)合成塔
2.三步驟、三反應:
(1) 4FeS2 +11O2=== 2Fe2O3+8SO2(高溫)
(2)2 SO2+ O2 ≒ 2 SO3 (催化劑,加熱),(3) SO3 + H2O === H2SO4
1.三種原料:硫鐵礦(FeS2)、空氣、水。
利用接觸法制硫酸一般可以用硫黃、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣(含一定量的SO2)等。其中用硫黃作原料成本低、對環(huán)境污染少。但我國硫黃資源較少,主要用黃鐵礦(主要成分為FeS2)作生產(chǎn)硫酸的原料。
16、已知化學鍵能:Si-Si:M KJ/mol O=O:N KJ/mol Si-O:Q KJ/mol,
則Si (s) + O2 (g) ==SiO2 (s); ΔH=
A.-(4Q-2M-N)KJ/mol B.+(4Q-2M-N)KJ/mol
C.-(2Q-M-2N)KJ/mol D.+(2Q-M-2N)KJ/mol
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