10.1С_Серная кислота

Цели урока
объяснять процесс производства серной кислоты;
понимать процесс производства серной кислоты как равновесный и уметь предсказывать воздействие изменения условий на выход целевого продукта;

Ожидаемые результаты
описывает основные стадии получения серной кислоты контактным способом и записывает уравнения реакций каждой стадий с указанием условия;
– объясняет необходимые условия для повышения выхода оксида серы (VI) при каталитическом окислении оксида серы (IV) в контактном аппарате;

Работа с терминами
Слабая кислота
Сильная кислота
Обратимая реакция
Химическое равновесие

Получение серной кислоты в промышленности
https://bilimland.kz/ru/subject/ximiya/10-klass/proizvodstvo-sernoj-kisloty-kontaktnym-sposobom?mid=f2867163-9ee4-11e9-a361-1f1ed251dcfe

В настоящее время серную кислоту во всем мире получают с помощью контактного способа. Этот процесс состоит из трех стадий:
обжиг железного (серного) колчедана или серы;
окисление оксида серы (IV);
абсорбция оксида серы (VI).

Контактный процесс: 1-стадия
В печи расплавленная сера сжигается на сухом воздухе с образованием диоксида серы SO2. Полученный газ очищается и охлаждается.
S(ж) + O2(г) ? SO2(г)

Контактный процесс: 1-стадия
В печи расплавленная сера сжигается на сухом воздухе с образованием диоксида серы SO2. Полученный газ очищается и охлаждается.
S(ж) + O2(г) ? SO2(г)
В чем преимущество сжигания расплавленной серы путем распыления в нагретом воздухе, объясните ваш ответ.
Реакция происходит быстро, площадь поверхности большая

Контактный процесс: 2-стадия
Смесь оксида серы (IV) и кислорода нагревают до 450oC и подвергают воздействию давления 101,3 - 202,6 кПа (1-2 атмосферы) в присутствии ванадиевого катализатора (оксид ванадия (V)) для получения оксида серы (VI) SO3(г).
2SO2(г) + O2(г) ?? 2SO3(г)

Контактный процесс: 2-стадия
Около 99,5% оксида
серы (IV), SO2 превращается в оксид серы (VI) , SO3 через эту обратимую реакцию.
2SO2(г) + O2(г) ?? 2SO3(г)

II стадия. Окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI)
Диоксид серы + кислород (из воздуха)
1:1 (в объемном соотношении)
Температура: 400-450ºС
Давление: 1-2 атм
Катализатор: V2O5
2 SO2(г) + O2(г) ⇔ 2 SO3(г) + Q
Избыточное количество кислорода смещает равновесие в правую сторону, т. е. увеличивается общий выход триоксида серы
Поэтому для получения триоксида серы необходимо использовать диоксид серы и кислород в объемном соотношении 1:1?

II стадия. Окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI)
Диоксид серы + кислород (из воздуха)
1:1 (в объемном соотношении)
Температура: 400-450ºС
Давление: 1-2 атм
Катализатор: V2O5
400–450°C - это компромиссная температура, при которой в равновесной смеси образуется довольно высокая доля триоксида серы, за очень короткое врем
2 SO2(г) + O2(г) ⇔ 2 SO3(г) + Q
Почему реакцию проводят при температуре 400-450ºС?

II стадия. Окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI)
Диоксид серы + кислород (из воздуха)
1:1 (в объемном соотношении)
Температура: 400-450ºС
Давление: 1-2 атм
Катализатор: V2O5
Даже при этих относительно низких давлениях 99,5% диоксида серы превращается в триоксид серы. Из-за небольшого улучшения выхода на 0,5% не стоит увеличивать давление, а также затрат на создание высокого давления
2 SO2(г) + O2(г) ⇔ 2 SO3(г) + Q
Почему, реакция проводится под давлением 1-2 атм?

II стадия. Окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI)
Диоксид серы + кислород (из воздуха)
1:1 (в объемном соотношении)
Температура: 400-450ºС
Давление: 1-2 атм
Катализатор: V2O5
Добавление катализатора не приводит к увеличению процентного содержания триоксида серы в равновесной смеси. Он только увеличивает скорость реакции. Без участия катализатора реакция происходит очень медленно. Катализатор обеспечивает скорость, необходимую для установления динамического равновесия в течение короткого времени между газами в реакторе
2 SO2(г) + O2(г) ⇔ 2 SO3(г) + Q
Почему реакция проводится в присутствии катализатора?

Контактный процесс: 3-стадия
В поглотительной башне оксид серы (VI), SO3 сначала реагирует
с концентрированной серной кислотой, H2SO4 с образованием продукта, называемого олеумом, H2S2O7.
SO3(г) + H2SO4(ж) ? H2S2O7(ж)

Контактный процесс: 3-стадия
Затем олеум, H2S2O7 разбавляется водой с получением концентрированной серной кислоты, H2SO4 в больших количествах.
H2S2O7(ж) + H2O(ж) ? 2H2SO4(ж)

IIІ стадия. Получение серной кислоты из оксида серы (VI)
Почему для поглощения оксида серы (VI) используется 98%
серная кислота, а не вода?
SO3(г) + Н2О(ж) → Н2SO4(ж) + Q
В газовой фазе небольшое количество водяных паров приводит к образованию мелких капель серной кислоты и образуется устойчивый туман, не впитывающийся в воду.

Критерий оценивания: описывает основные стадии получения серной кислоты контактным способом и записывает уравнения реакций каждой стадий с указанием условия;
Тест:
Какое сырье необходимо для производства серной кислоты в контактном процессе?
Вода, воздух, сера
Аммиак, вода, кислород
Сырая нефть, воздух
2. Какой из трех этапов контактного процесса обратим?
Сжигание серы в кислороде с образованием диоксида серы
Реакция диоксида серы с кислородом с образованием триоксида серы
Реакция триоксида серы с водой с образованием серной кислоты

Критерий оценивания: описывает основные стадии получения серной кислоты контактным способом и записывает уравнения реакций каждой стадий с указанием условия;
Тест:
3. Как называется катализатор, используемый в контактном процессе?
A. Железо
B. Никель
C. Оксид ванадия (V)

Критерий оценивания: описывает основные стадии получения серной кислоты контактным способом и записывает уравнения реакций каждой стадий с указанием условия;
Тест:
4. Триоксид серы необходимо абсорбировать концентрированной серной кислотой, а не добавлять непосредственно в воду. Почему?
A. Добавление воды замедлит реакцию.
B. Добавление воды будет очень экзотермическим
C. Добавление воды ускорит реакцию.
5.Что из следующего является правильным уравнением для производства триоксида серы на второй стадии контактного процесса?
A. 2SO2(г) + O2(г) ⇌ 2SO3(г)
B. 2SO2(г) + O2(г) → 2SO3(г)
C. 2S(т) + 3O2(г) → 2SO3(г)