Sản xuất Sulfuric acid theo phương pháp tiếp xúc — Mô phỏng 3D Tương tác (Hóa học THPT)
Câu hỏi trọng tâm: Làm thế nào để biến lưu huỳnh trong quặng thành sulfuric acid vừa nhanh, vừa nhiều, vừa tiết kiệm lại vừa sạch?
Phương trình / Nguyên lý cốt lõi: 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)
Đối chiếu Chương trình GDPT 2018: Hóa học 11 (SGK GDPT 2018) · Chương 2: Nitrogen và Sulfur — Bài Sulfuric acid và muối sulfate (Sản xuất H₂SO₄ theo phương pháp tiếp xúc)
Chuỗi bước khám phá và kết luận khoa học (7 bước)
- Bước 1 (Tại sao chia làm 5 công đoạn): Lưu huỳnh trong quặng biến thành sulfuric acid từng bước như thế nào? — Kết luận: Năm công đoạn nối tiếp: Đốt quặng tạo khí → Làm sạch bảo vệ xúc tác → Chuyển hóa xúc tác → Hấp thụ bằng H₂SO₄ đặc → Xử lý khí thải, thứ tự không thể đảo lộn. |
4FeS₂(s) + 11O₂(g) = 2Fe₂O₃(s) + 8SO₂(g) - Bước 2 (Tại sao phải làm sạch trước): Khí lò có lẫn bụi quặng, arsenic và hơi nước, tại sao bắt buộc phải rửa sạch và sấy khô trước? — Kết luận: Bụi quặng gây tắc lỗ xốp, As và F làm V₂O₅ ngộ độc vĩnh viễn, hơi nước gặp SO₃ tạo mù acid ăn mòn thiết bị — mục đích hàng đầu của công đoạn làm sạch là bảo vệ chất xúc tác. |
Công đoạn này không có phản ứng chính: Lọc bụi → Rửa bằng acid loãng → Lọc mù tĩnh điện → Làm khô bằng H₂SO₄ đặc - Bước 3 (Tại sao chọn nhiệt độ này): Nhiệt độ càng thấp cân bằng càng có lợi, tại sao trong công nghiệp lại chọn 400–500 ℃? — Kết luận: Nhiệt độ thấp có lợi cho cân bằng nhưng xúc tác V₂O₅ cần từ 360 ℃ mới kích hoạt và tốc độ quá chậm; nhiệt độ quá cao phản ứng nhanh nhưng cân bằng dịch chuyển nghịch làm khí thải vượt chuẩn; 400–500 ℃ là khoảng dung hòa tối ưu, công nghiệp thường chọn khoảng 450 ℃. |
2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) - Bước 4 (Tại sao dùng áp suất thường): Tăng áp suất giúp cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, tại sao công nghiệp chỉ dùng áp suất thường? — Kết luận: Tăng áp suất quả thực làm cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận, nhưng ở áp suất thường hiệu suất đã đạt ~99.8 %, thêm 1 t/d không bù nổi chi phí máy nén và thiết bị chịu áp; vì vậy công nghiệp chọn áp suất thường và dùng thiết kế nhiều lớp xúc tác + hấp thụ hai lần. |
2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) - Bước 5 (Cấu tạo bên trong tháp): Bên trong tháp tiếp xúc có cấu tạo ra sao, tại sao giữa 4 lớp xúc tác lại phải trao đổi nhiệt? — Kết luận: Trong tháp có 4 lớp xúc tác kèm trao đổi nhiệt gián tiếp giữa các lớp; V₂O₅ đóng vai trò cầu nối chuyển oxygen, chỉ quyết định đi nhanh hay chậm chứ không làm dịch chuyển điểm cân bằng. |
2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) - Bước 6 (Tại sao dùng H₂SO₄ đặc): Tại sao không dùng nước để hấp thụ SO₃ mà phải dùng H₂SO₄ đặc 98.3 %? — Kết luận: Khi dùng nước hoặc acid loãng, SO₃ kết hợp với hơi nước trong pha khí tạo thành mù acid rất khó hấp thụ và gây khói trắng; dùng H₂SO₄ đặc 98.3 % có áp suất hơi tổng cộng trên bề mặt thấp nhất nên hấp thụ triệt để. |
SO₃(g) + H₂O(l) = H₂SO₄(l) - Bước 7 (Thực hành · Vai trò trưởng ca): Khảo hạch: Bạn làm trưởng ca — có thể nâng sản lượng lên cao mà không quá nhiệt, không vượt chuẩn xả thải không? — Kết luận: Đạt chuẩn nhờ 3 điều kiện đồng thời thỏa mãn: tải lượng nạp quặng nâng lên khoảng 112 %, nhiệt độ giữ ở 400–500 ℃, và nồng độ acid hấp thụ ở 98.0–98.8 %. |
2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)
Xem trang chi tiết bài giảng, hướng dẫn lớp học và câu hỏi ôn tập Sản xuất Sulfuric acid theo phương pháp tiếp xúc · Trang chủ VietLab 3D