6.3 化工生产-讲义-2021-2022学年上海市高中化学沪科版（2020）必修第二册

第6章 化学反应速率和化学平衡 6.3化工生产 工业制备硫酸 1．制备过程 （1）三原料 工业上制硫酸所需的原料有硫(S)、空气、水。用硫黄作原料成本低、对环境污染少。我国硫黄资源较少，在早期相当一段时间内，主要用黄铁矿(FeS2)作原料。 （2）三反应 ①制备SO2 S(s)＋O2(g)=SO2(g) (4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2)，（属放热反应） ②利用催化氧化反应将SO2氧化成SO3 2SO2(g)＋O2(g) ( 催化剂 △ )2SO3(g)，（属放热反应）。 ③三氧化硫转化成硫酸 SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)，（属放热反应） （3）三个设备(以FeS2为原料)：沸腾炉(造气)、接触室(催化氧化室)、吸收塔。 （4）三原理 ①化学平衡原理：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。 2．生产中原料的选择 （1）从基建投资、加工费用及环保方面考虑，用硫黄制硫酸优于用黄铁矿制硫酸。 （2）我国天然硫资源缺乏，而且开采条件比较复杂。 （3）我国黄铁矿储量比天然硫黄要大。 （4）硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短，设备简单，三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化。 （5）由于原料多需进口，硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸高。 3．生产中反应条件的控制 （1）从反应原理分析条件选择 ①主要反应原理：2SO2＋O2 ( 催化剂 △ )2SO3，放热反应； ②反应速率要求：高温、高压、使用催化剂； ③化学平衡要求：低温、高压。 （2）从工业生产实际考虑条件选择 ①温度应综合考虑反应速率和实际转化率两个方面；同时还要考虑催化剂的最佳活性。 ②压强除从反应原理考虑外，还要考虑产率、设备条件等。 （3）工业制硫酸的适宜条件 ①温度：400～500 ℃（兼顾反应速率和转化率，同时又能使催化剂达到最佳活性） ②压强：常压（常压下SO2转化率已较高，增压对转化率提高有限，加压增大投资和能量消耗） ③使用催化剂（尽量加大反应速率） ④适