资源简介

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引 言
硫酸是化学工业中的重要产品之一。首先硫酸大量用于化肥和农药的生产，如每生产1吨的过磷酸钙要消耗360公斤硫酸，化肥生产消耗占硫酸产量的50%以上；在有机合成工业中，硫酸用于各种磺化反应和硝化反应，生产醚、酯、有机酸、也要消耗硫酸；在无机化学工业中，HF、H3PO4等的生产及K、Fe、Cu、Zn、Al的硫酸盐的生产等，都要消耗硫酸；在冶金工业中；国防工业中，如生产炸药；石油工业、染料、人造纤维、食品、电池、搪瓷、医药、机械加工工业等许多部门，都要用到硫酸。既然需要这么多硫酸，那么怎样制取呢？
一、接触法制造硫酸的反应原理
H2SO4
SO3
SO2
S
硫化物
如 FeS2
SO3 + H2O===H2SO4
S+O2===SO2
点燃
2SO2+O2===2SO3
催化剂
△
4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2
高温
二、接触法制造硫酸的生产过程
SO3
H2SO4
SO2
S
硫化物
如 FeS2
1 二氧化硫的制取和净化
2 二氧化硫转化成三氧化硫
3 三氧化硫的吸收和硫酸的生成
沸腾炉
炉气
1. 二氧化硫的制取和净化
SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如As、Se等的化合物和矿尘等等。
原料
粉碎
氧气
4FeS2(固)+11O2(气)===2Fe2O3(固)+8SO2(气)+Q
高温
除尘
洗涤
干燥
2. 二氧化硫氧化成三氧化硫
2SO2+O2===2SO3+196.6kJ
V2O5
4500C
沸腾炉
接触室
沸腾炉
<600C
5000C
4500C
8500C
5000C
热交换器
催化剂
下一张
返回
V2O5+SO2===V2O4+SO 3
V2O4+O2+2SO2===2VOSO4
2VOSO4===V2O5+SO3+SO2
返回
3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成
接触室
沸腾炉
吸收塔
热交换
5000C
1500C
98.3%H2SO4
SO3 + H2O===H2SO4+79.5kJ
1450C
尾气
补充材料：硫酸的其它生产办法
1. 2(FeSO4·7H2O)===Fe2O3+SO2+SO3+14H2O
2. SO2+NO2+H2O===H2SO4+NO
2NO+ O2===2NO2
4.尾气处理
尾气的组成：SO2,O2,N2
（1）碱法： Na2CO3
Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2
(2)氨酸法： NH3·H2O
2NH3·H2O+SO2===(NH4)2SO3+H2O
三、环境保护
环境污染：大气污染、水污染、 土壤污染、食品污染、固体废 弃物、放射性污染、噪声污染 等。
工业上的三废：废水、废渣、废气PAGE
第四节 硫酸
【学习目标】
1．掌握浓硫酸的性质（吸水性、脱水性和强氧化性）；
2．掌握稀硫酸的化学性质；
3．掌握硫酸根离子的检验方法；
4．掌握硫酸工业的化学反应原理；
5．了解硫酸的用途及硫酸工业的生产设备与流程。
【学习重点】
1．浓硫酸的三大特性；
2．稀硫酸的化学性质；
3．硫酸工业的主要反应原理。
【知识要点】
一、稀硫酸的化学性质（二元强酸）
1．跟酸碱指示剂作用：能使紫色石蕊试液变 色。
2．跟较活泼的金属反应：Zn+H＋—
3．跟碱性氧化物反应：CuO+H＋—
4．跟碱反应：NaOH+H2SO4—
Cu(OH)2+H2SO4—
Ba(OH)2+H2SO4—
5．跟盐反应：Na2CO3+ H2SO4—
BaCl2 + H2SO4—
〖针对性训练〗
1、现有四份等质量等浓度的稀硫酸，向其中分别加入足量的Mg、MgO、Mg(OH)2、MgCO3，充分反应后所得溶液的质量分数大小关系为 。
2、铜器表面有时会生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]，这层铜绿可用化学方法除去，试写出除去铜绿而不损伤器物的反应的化学方程式： 。
二、浓硫酸的性质
1．物理性质： 色油状 挥发（沸点338℃）液体，密度大（质量分数为98%的浓硫酸密度为1.84g/cm3），且质量分数越大其对应的密度也越大，易溶于水，溶于水时放出大量的热.。稀释浓硫酸应把______沿______注入_______中,并___________以防_______________。
〖针对性训练〗
1、浓硫酸与乙醇、浓硝酸等液体如何混合？
2、质量分数为3p%的X溶液与p%的X溶液等体积混合后，混合液的质量分数小于
2p%。则X可能是下列物质中的（ ）
A．氨水 B．硫酸溶液 C．乙醇溶液 D．氢氧化钠溶液
2、化学性质：
（1）强氧化性（常温下，浓硫酸可使________等金属________）
Cu+H2SO4(浓) ─ （可体现浓硫酸的 性和 性）
C+H2SO4 (浓) ─
H2S+H2SO4(浓) ─
FeS+H2SO4(浓) ─
〖针对性训练〗
1、足量的锌和下列酸反应，产生H2的物质的量最多的是 （ ）
A．10mL 18.4mol/L 硫酸 B．30mL 3mol/L盐酸
C．30mL 2mol/L 硫酸 D．30mL 5mol/L硝酸
2、（1）向50mL 18mol/L 的硫酸中加入足量的铜片并加热，被还原的硫酸的物质的量（ ）
A．等于0.9mol B．大于0.45mol，小于0.9mol
C．等于0.45mol D．小于0.45mol
（2）若将64g铜片投入到足量的浓硫酸中，则被还原的硫酸的物质的量为 。
（2）吸水性：吸收物质中的水蒸气或结晶水。可用作干燥剂，但一般不能干燥 性和_____性气体。（浓硫酸可用作有机反应的催化剂和吸水剂）
（3）脱水性：将某些化合物中氢、氧按2:1原子个数比脱去。（浓硫酸可用作有机反应的催化剂和脱水剂）
注：浓硫酸在有机反应中还可起磺化作用，如苯与浓硫酸反应。
〖针对性训练〗
1、现有O2、NH3、H2、H2S、Cl2、N2、HI、HBr、CO、CO2、SO2、SO3等气体，其中
不可用浓硫酸干燥的有 。
2、浓硫酸使石蕊试纸先变 色，后变 色。
3、皮肤上一旦沾有浓硫酸，应先 ，再 ，最后再涂上 溶液。
三、硫酸的工业制法──接触法
1、生产过程:
三阶段 SO2制取和净化 SO2转化为SO3 SO3吸收和H2SO4的生成
三方程
三设备
有关原理 矿石粉碎,以增大____________________________________ 逆流原理(热交换器中：管___ ___气体__,管_____气体__)目的:冷气预热至_____℃以上,热气冷却至____℃以下. 逆流原理(浓硫酸____,气体____)增大接触面积(吸收塔内入填料)以充分吸收。
设备中排出的气 体 炉气:SO2.N2.O2.矿尘(除尘).砷硒化合物(洗涤). H2O气(干燥)……净化气:SO2.N2.O2 尾气： 不能直接排入大气中
说 明 矿尘.杂质:易使催化剂“中毒”H2O气:腐蚀设备、影响生产 接触室内压强为____压。为什么？__________ 实际用___________吸收SO3,以免形成___
2．尾气处理： 氨水 (NH4)2SO3 (NH4)2SO4+ SO2↑
NH4HSO3
3．环境污染和环境保护:
（1）环境污染：_________ _________ _________ ___________等。
（2）工业“三废”：___________ ____________ ______________。
〖针对性训练〗
1、接触法制硫酸时，二氧化硫在接触室中钒触媒的作用下，被空气中的氧气氧化而发生反应：2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)；=－1965kJ/mol，接触室的适宜温度为 。其理由是 。
工业上并未采用加压的措施来提高二氧化硫的产率，其理由是
。
2．在硫酸工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都是正确的是（ ）
A．硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能在空气中燃烧
B．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中二氧化硫会与杂质反应
C．二氧化硫氧化为三氧化硫时需使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率
D．三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使三氧化硫吸收完全
3．用含FeS278%的硫铁矿制硫酸，若煅烧时，损失6%的硫，二氧化硫氧化成三氧化硫时损失2%的硫。要制取1t98%的浓硫酸，需这种硫铁矿 t。
四、硫酸的用途和硫酸根离子的检验
1．硫酸的用途：制过磷酸钙、硫酸铵、硫酸铜、硫酸亚铁、医药、炸药，用于铅蓄电池，作干燥剂、制挥发性酸、作脱水剂和催化剂等。
2． 酸根离子的检验（干扰离子可能有：CO32-、SO32-、SiO32-、Ag＋、PO43－等离子）：
待测液澄清液白色沉淀（说明待测液中含有SO42-离子）
〖针对性训练〗
甲、乙、丙三学生各设计了一个实验，结果各自都认为自己所检测的试样中含有SO42-离子。
（1）甲实验为：
试样A的无色溶液白色沉淀沉淀不溶解。
乙认为甲的实验不严谨，因为试样A中若含有 离子（仅填一种），也会有此现象。
（2）乙实验为：
试样B的无色溶液白色沉淀沉淀不溶解。
丙认为乙的实验也不严谨，因为试样B中若含有 离子（仅填一种），也会有此现象。
（3）丙实验为：
试样C的无色溶液现象I现象II。
若丙方案实验后公认为合理，则回答：试剂I是 ，实验中必须加至 ，此时的现象I是 ；试剂II是 ，此时的现象II是 。
【巩固练习】
1．下列关于硫酸性质的叙述中正确的是 （ ）
A．浓硫酸和稀硫酸都有吸水性 B．浓硫酸和稀硫酸都有脱水性
C．浓硫酸和稀硫酸都有氧化性 D．浓硫酸和稀硫酸都可盛放铝槽内
2．下列反应中H2SO4只表现氧化性的是 （ ）
A．2KOH+H2SO4=K2SO4+2H2O B．C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
C．H2S+H2SO4(浓) =S↓+SO2↑+2H2O D．Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
3．设计了四种制备气体的方案①加热稀硫酸和乙醇制备乙烯； ②加热稀盐酸和二氧化锰制备氯气；③用稀硫酸和大理石制备二氧化碳；④用稀硝酸和硫化亚铁制备硫化氢。不宜采用的方案有 （ ）
A．①和② B．②和③ C．③和④ D．①②③④
4．下列设备在硫酸工业生产中用不上的是 （ ）
A．沸腾炉、除尘器 B．接触室、热交换器　
C．吸收塔 D．回转窑、氧化炉
5．为制备干燥、纯净的CO2，将大理石和盐酸反应生成的气体先后通过装有下列物质的两
个吸收装置，两个装置中应依次装入 （ ）
A．水；无水CaCl2固体 B．饱和NaHCO3溶液；浓H2SO4
C．浓H2SO4；饱和Na2CO3溶液 D．饱和Na2CO3溶液；稀H2SO4
6．Cu+在酸性溶液中可发生自身氧化-还原反应，生成Cu2+和Cu。若检验用氢气还原CuO所
得的红色产物中是否含有Cu2O，应选用的试剂是 （ ）
A．浓硝酸 B．稀硝酸 C．盐酸 D．稀硫酸
7．用98%的硫酸吸收三氧化硫，生成100克含三氧化硫5%的发烟硫酸，需98%的硫酸的质
量是 （ ）
A．95克 B．87克 C．74克 D．80克
8．将一定质量的金属Zn跟100mL,18.0mol/L的浓硫酸在加热条件下充分反应。发现Zn完全溶解，生成的气体在标准状况下所占的体积为11.2L。将反应后的溶液稀释成1L，测得溶液中H+离子的物质的量浓度为2mol/L。则所生成气体中二氧化硫与氢气的体积比为 （ ）
A．1：2 B．2：1 C．3：2 D．2：3
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