比较合成氨工业与接触法制硫酸中SO2催化 氧化的生产过程，判断正误： 1．都使用了合适的催化剂 2．都选择了合适的温度 3．都采用了使其中一种原料过量以提高另一 种原料利用率的方法 4．都采用了高压的生产条件 5．都有循环操作 6．都有热交换器 7．都有尾气处理
某研究性学习小组的同学为在实验室再现二氧化硫催化氧化的过程， 并制取少量三氧化硫晶体，设计了如图所示的装置。已知三氧化硫 遇水生成硫酸并放出大量热，容易形成酸雾。试回答： A装置可用来观察二氧化硫和氧气的进气量。实验时应使A中两根 导气管冒出气泡的速率相同，其目的是___，A中的药品是___。 检查完装置的气密性且加入药品后，开始进行实验。此时首先应该 进行的操作是___。 在实验过程中不能持续加热的理由是____。 C装置用来收集三氧化硫，其中冰盐水的作用是__。 若用ag铜跟足量浓硫酸反应制二氧化硫，实验结束时得到bg三氧 化硫，该实验中二氧化硫的转化率不小于___。 设计尾气处理装置，简要说明。
N 2 3H 2
铁触媒
2 NH 3
合 成 氨 的 适 宜 条 件
催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催 化剂),使反应物在较低温度下较快的进行 反应 合适的温度：500℃左右，该温度催化剂 的活性最大； 合适的压强：20MPa~50MPa，对动力、 材料、设备等来说正合适。
浓度：将生成的氨及时从混合气中分离 出来,且向循环气中不断补充 N2、H2 （1:2.8）。
98.6
99.6
99.0
99.7
99.3
5500C
85.6
92.9
94.9
96.7
97.7
98.3
压强采用常压：在常压下SO2的转化
率已经较高,再增大压强，转化率的提 高并不多,且对设备的要求更高。
温度450-500 ℃:V2O5(五氧化二钒）
活性最高。
浓度:增大O2浓度，V加快，且提高
SO2转化率。
SO2 的氧化
SO3 的吸收
工业设备 主要措施
原理
S
金属硫 化物 如 FeS2
SO2
点燃
SO3
H2SO4
S+O2 = SO2 4FeS2+11O2 = 2Fe2O3+8SO2
催化剂
高温
2SO2 + O2
△
2SO3+Q
SO3 + H2O=H2SO4
原 料
炉 气
粉 碎

炉气净化， 防止催化 剂中毒
矿渣Fe2O3 用于炼铁
合成氨生产示意图
图2中条件选定的主要 原因是(选填字母序 号) ； A．温度、压强对化 学平衡影响 B．铁触媒在该温度 时活性大 C．工业生产受动力、 材料、设备等条件的 限制
硫酸工业生产的流程
尾气
净 化 冷却
空气
沸腾炉
接触室
吸收塔
1× 108 Pa
98.8
3000C
4000C
2.2
0.4
71.0 84.2 92.6
47.0 65.2 79.8
5000C
6000C
0.1
0.05
10.6
4.5
19.1
9.1
26.4 42.2 57.5
13.8 23.1 31.4
压强的选择
①理论上:增大压强既可以增大反应速率， 又能使平衡正向移动，所以压强越大越好。
工业合成
工业生产主要要考虑哪些问题？
速率要快，提高单位时间的产量
化学平衡能够正向移动，提高原 料利用率
生产中的能源消耗，原料，设备 条件等因素
一、合成氨条件的选择N2+3H2
目的 条件 选择 条件
2NH3 +Q
实际选择条 件及原因
理论 加快速率 平衡正向移动 高压 高温 高压 低温 无影响
②实际上:压强越大，对设备的要求高、 压缩H2和N2所需要的动力大，因此压强 不宜过高。
实际选择压强20MPa-50MPa
温度的选择
降低温度有利于提高平衡混合物中氨 的含量。但温度越低，反应速率越小， 达到平衡所需要的时间越长，因此温 度也不宜太低。
选用铁触媒做催化剂，它在 500℃时活性最高。
增大N2的浓度
I.合成氨工业对化学和国防工业具有重 要意义。写出氨的两种重要用途 。 制化肥、制硝酸 II.实验室制备氨气，下列方法中适宜选 ②④ 用的是 。 ① 固态氯化铵加热分解 ② 固体氢氧化钠中滴加浓氨水 ③ 氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热 ④ 固态氯化铵与氢氧化钙混合加热
III.为了在实验室利用工业原料制备少量 氨气，有人设计了如下装置（图中夹持装 置均已略去）。
增大反应物浓度 或减小生成物浓度
压强
温度
催化剂 浓度
使用催化剂
增大反应 物浓度
压强怎么定？
压 1× 含 强 105 量 温 度 Pa 2000C 15.3
氨
1× 107 Pa 81.5 52.0
25.1
2× 107 Pa 86.4 64.2
38.2
3× 107 Pa 89.9
6× 107 Pa 95.4
接触法制硫酸时，SO2催化氧化适宜的 温度是5000C,其理由是 (1) 提高催化剂活性，加快反应速率 ， (2) 温度过高不利于SO3生成 。 此反应是气体体积缩小的反应，但工业 生产中并未采用加压措施的原因是
常压下SO2转化率已经很高
为提高SO2的转化率，工业上常使用 通入过量空气 的方法是______________ 。
富氧空气
SO2氧化生产条件的选择
2SO2 + O2
SO2
2SO3+Q
10 atm 99.7 25 atm 99.9 50 atm 99.9 100 atm 99.9
P
T
转化率
1 atm 99.2
5 atm 99.6
4000C
4500C
5000C
97.5
93.5
98.6
96.9
99.2
97.8
99.5
原料气的制取
N2：液化空气，蒸发分离出氮气
H2：用水和燃料在高温下制取。
C + H2O（g）
CO+H2O（g）
CO+H2，
CO2+H2
工业上用以合成氨的原料之一——氢气，有一 种来源是取自石油气。有人设计了以下反应途 径，假设反应都能进行，你认为最合理的是 （ ）。
在合成氨工业中，为增加氨的日 产量，下列变化过程中不能使平衡 向右移动的是（ ） A. 不断将氨分离出来 B. 使用催化剂 C. 采用5000C左右的温度 D. 采用2×107～5×107Pa的压强
速率
及时分离出NH3
增大 正向
减小 正向
平衡移动 方向
实际生产：
1.及时分离出NH3，提高N2与H2转化率
2.控制N2与H2体积比为1:2.8， N2过量，提高
H2的转化率。 3. N2和H2循环使用，提高N2与H2转化率。
二、工业合成氨流程
S
金属硫 化物
SO2
SO3
H2SO4
SO2的 制备 原理
[实验操作] ① 检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。 在A中加入锌粒，向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、 d、e，则A中有氢气发生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。 ② 关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a， 将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧 瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。 ③ 用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水 位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体 经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。
催化剂
热SO2和O2
热交换器
预热SO2和O2， 冷却SO3 冷SO2和O2
冷SO3
接触室
98.3%浓H2SO4
尾气
用98.3%的浓硫酸吸收 SO3，减少酸雾，吸收 更充分 吸收塔内部放置空心瓷环 浓硫酸从塔顶喷下 增大接触面积,延长吸收 时间
SO3
尾气吸收处理循环使用
H2SO4
硫酸工业生产的流程
回答下列问题： （1）检验氢气纯度的目的是 。 （2）C瓶内水位下降到液面保持不变时， A装置内发生的现象是 ，防止 了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧 夹b的原因是 ，C瓶内 气体的成份是 。 （3）在步骤③中，先加热铁触媒的原因 是 。反应管E中发生反应的 化学方程式是 。
答案 I. 制化肥、制硝酸 II. ②④ III. （1）排除空气，保证安全 （2）锌粒与酸脱离 尽量增大氢气的 浓度以提高氮气的转化率 N2 H2 （3）铁触媒在较高温度时活性增大，加快 氨合成的反应速率