《2017-2018學年高中化學 第一單元 走進化學工業(yè) 課題1 化工生產過程中的基本問題教學案 新人教版選修2.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2017-2018學年高中化學 第一單元 走進化學工業(yè) 課題1 化工生產過程中的基本問題教學案 新人教版選修2.doc（18頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

課題1化工生產過程中的基本問題 依據(jù)化學反應原理確定生產過程 [自讀教材夯基礎] 1．關于工業(yè)制硫酸的反應原理及過程需考慮的因素 (1)分析產品的化學組成，確定生產該產品的主要原料。從H2SO4的組成看，生產原料應該是自然界中含硫的物質，如硫黃、黃鐵礦(主要成分FeS2)等。 (2)分析產品與生產原料之間關鍵元素的性質，確定反應原理和主要生產步驟。H2SO4中S的化合價是＋6價，生產過程中，要先使硫元素轉化為SO2，再把SO2轉化為SO3，再與H2O反應制得硫酸。 2．工業(yè)制硫酸的基本生產原理 以S(或FeS2)為原料制硫酸的反應原理用化學方程式表示為： (1)S＋O2SO2(4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2) (放熱反應)； (2)2SO2＋O22SO3(放熱反應)； (3)SO3＋H2O===H2SO4(放熱反應)。 3．工業(yè)制硫酸的過程 工業(yè)制硫酸主要分為造氣、催化氧化和吸收三個階段。 硫酸生產的工藝流程： [跟隨名師解疑難] (1)S或FeS2不能直接被氧化為H2SO4，所以需要經過中間步驟，先得到SO3，再通過SO3與H2O反應得到H2SO4。 (2)煅燒黃鐵礦制得的爐氣中含有三種有害雜質：礦塵，砷、硒等化合物，水蒸氣；對應三個凈化過程：除塵、水洗和干燥，避免催化劑中毒。 (3)工業(yè)上用98.3%的硫酸吸收SO3，可以避免用水吸收SO3產生的酸霧腐蝕設備，并且可以提高吸收率。 (4)硫酸生產的三個主要設備：沸騰爐、接觸室(催化反應室)、吸收塔。 [剖析典例探技法] [例1]　下列對硫酸生產中化學反應原理的分析正確的是(　　) A．硫酸生產中涉及的三個化學反應因原料的不同可能全部是氧化還原反應 B．硫酸生產中涉及的三個化學反應都是放熱反應 C．硫酸生產中涉及的三個化學反應都需要使用催化劑 D．硫酸生產中涉及的三個化學反應都需要在較高溫度下進行 [名師解析]　三個化學反應都是放熱反應；三個反應中只有SO2→SO3需使用催化劑；SO3→H2SO4在常溫下進行，且是非氧化還原反應。 [答案]　B 生產中原料的選擇 [自讀教材夯基礎] 工業(yè)生產某種化工產品，選擇原料時，要從多方面去考慮，如化學反應原理、廠址選擇、原料、能源、工業(yè)用水的供應能力、存儲、運輸、預處理成本及環(huán)境保護等。 (1)由于以黃鐵礦為原料制硫酸時產生的廢棄物太多，處理成本高，故這一工藝正在逐步被淘汰。 (2)依據(jù)反應物之間的接觸面積越大，反應速率越快的原理，送進沸騰爐的礦石要粉碎成細小的礦粒，增大礦石跟空氣的接觸面積，使之充分反應。 (3)依據(jù)增大廉價易得的反應物的濃度，使較貴重的原料得以充分利用的原理，采用過量的空氣使黃鐵礦或硫黃充分反應。 [剖析典例探技法] [例2]　與以黃鐵礦為原料的生產工藝相比，以硫黃為原料的生產工藝的特點是(　　) A．SO2的轉化率提高 B．產生的廢渣減少 C．耗氧量減少 D．不需要使用催化劑 [名師解析]　以S或FeS2為原料來制取SO2氣體不影響SO2的轉化率，A不正確；黃鐵礦被氧化時，S元素被氧化為SO2的同時，F(xiàn)e元素也被氧化生成Fe2O3(廢渣)，故以硫黃為原料時，耗氧量減少，且產生的廢渣減少，B、C正確。 [答案]　BC [名師點睛] 環(huán)境保護已成為化工生產乃至原料選擇中優(yōu)先考慮的因素。 生產中反應條件的控制 [自讀教材夯基礎] 1．化學平衡 (1)概念：如果外界條件不發(fā)生變化，可逆反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等，反應物和生成物的濃度將不再發(fā)生變化，反應體系處于化學平衡狀態(tài)。如硫酸工業(yè)中將SO2氧化成SO3是一個可逆反應，一定條件下反應可達到平衡狀態(tài)。 (2)改變反應條件濃度、溫度、壓強等可破壞原有的化學平衡。 2．平衡移動原理(勒夏特列原理) (1)概念：如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、溫度、壓強等)，平衡就向能減弱這種改變的方向移動。 (2)催化劑對化學平衡沒有(填“有”或“沒有”)影響，但能改變到達平衡所需時間。 3．生產中反應條件的選擇 在化工生產中要通過反應條件的控制使反應速率和平衡轉化率都比較理想，還要同時考慮控制某些反應條件的成本和實際可能性。 4．SO2催化氧化條件的選擇 化學反應 二氧化硫的催化氧化 化工條件 溫度 壓強 催化劑 400～500_℃ 常壓 V2O5 采用該條件的原因 反應速率和SO2轉化率都比較理想 SO2的轉化率隨壓強增大的并不多 催化劑能加快化學反應速率，縮短到達平衡所需的時間 [跟隨名師解疑難] 1．平衡移動的重要結論 (1)增大反應物濃度或減小生成物濃度，化學平衡向正反應方向移動；減小反應物濃度或增大生成物濃度，化學平衡向逆反應方向移動。 (2)升高溫度，化學平衡向吸熱的反應方向移動；降低溫度，化學平衡向放熱的反應方向移動。 (3)增大壓強，化學平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動；減小壓強，化學平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動。 2．反應2SO2＋O22SO3的適宜條件 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJmol－1 這是一個氣體分子總數(shù)減小的、放熱的可逆反應。 (1)溫度 SO2催化氧化是一個放熱的可逆反應，根據(jù)化學平衡移動理論判斷，溫度較低對提高SO2的轉化率有利。但是，溫度較低時催化劑活性不高，反應速率低。在實際生產中，選定400～500 ℃作為操作溫度，這時反應速率和SO2的轉化率都比較理想。 (2)壓強 SO2催化氧化是一個氣體分子總數(shù)減小的可逆反應，根據(jù)化學平衡移動理論判斷，增大壓強對提高SO2的平衡轉化率有利。但是，在常壓、400～500 ℃時，SO2的平衡轉化率已經很高，因高壓條件對設備提出了苛刻的要求，增大壓強必須增大投資和能量消耗，故在實際生產中，通常采用常壓操作。 (3)適當過量的空氣 目的是提高SO2的轉化率。 綜上所述，催化氧化的適宜條件是常壓、較高的溫度(400～500 ℃)和催化劑。 [剖析典例探技法] [例3]　工業(yè)上生產硫酸時，利用催化氧化反應將SO2轉化為SO3是一個關鍵步驟。壓強及溫度對SO2轉化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分數(shù)為：SO27%，O211%，N282%)： 壓強/MPa 轉化率/% 溫度/℃ 0.1 0.5 1 10 400 99.2 99.6 99.7 99.9 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 (1)已知SO2的氧化是放熱反應，如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結論？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)在400～500 ℃時，SO2的催化氧化采用常壓而不是高壓，主要原因是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)選擇適宜的催化劑，是否可以提高SO2的轉化率？____(填“是”或“否”)，是否可以增大該反應所放出的熱量？______(填“是”或“否”)。 (4)為提高SO3吸收率，實際生產中用________吸收SO3。 [名師解析]　(1)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以看出，在相同壓強下(如在0.1 MPa下)，升高溫度(如由400 ℃升高到500 ℃)時，SO2的轉化率降低(由99.2%降低為93.5%)，即升高溫度時，此化學平衡向逆反應方向移動，而升高溫度，化學平衡應該向吸熱反應方向移動，所以此反應的正反應為放熱反應。 (2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以得知：在0.1 MPa時，SO2的轉化率已經很高，若增大壓強到10 MPa，SO2的轉化率只增大了0.7%，變化不大。而壓強增大100倍，需要對設備的材料、動力、能源等都作相應的提高，即要增大成本投入。 (3)使用催化劑只能改變反應到達平衡的時間，不能使化學平衡發(fā)生移動，即對SO2的轉化率不產生影響；而在一定條件下，化學反應放出的熱量與參加反應的反應物的量成正比，因SO2的轉化率不變，所以反應放出的熱量也不會增大。 (4)在實際生產中是采用98%的濃硫酸作為吸收劑來吸收SO3的。因為若用水或稀硫酸進行吸收會形成酸霧，將影響SO3的吸收速率和生產效率。 [答案]　(1)壓強一定時，溫度升高，SO2轉化率下降，說明升溫有利于逆反應進行，所以正反應為放熱反應 (2)增大壓強對提高SO2轉化率無顯著影響，反而會增加成本 (3)否　否 (4)98%的硫酸 [名師點睛] 化工生產條件的選擇是理論在生產實際中的重要應用，在選擇生產條件時既涉及外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響，又要考慮生產實際問題。在學習時應對二氧化硫催化氧化的生產條件(溫度、壓強、充入空氣的量)的選擇充分理解、熟練掌握，并學會舉一反三。 生產中三廢的處理 [自讀教材夯基礎] 1．尾氣吸收 硫酸生產的尾氣中含有少量SO2，可用石灰水吸收，使其生成CaSO3，再用H2SO4處理，從而得到含量較高的SO2，可返回用作原料。 化學方程式為：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O， CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋H2O＋SO2↑。 2．污水處理 硫酸生產過程中的污水，含有酸性雜質，可用石灰乳進行中和處理?；瘜W方程式為H2SO4＋Ca(OH)2===CaSO4＋2H2O。 3．廢渣的利用 (1)爐渣和礦灰可作為煉鐵的原料。 (2)可以用來提煉貴重的有色金屬。 (3)廢渣還可作為制造水泥的原料或用于制磚。 [跟隨名師解疑難] (1)環(huán)境保護條件提升到首要考慮因素，所以預處理和生產過程中“三廢”情況及處理成本，往往成為是否采用該工藝的決定性因素。 (2)在最終產生的“三廢”中，往往還含有未反應的反應物，為了充分利用原料，在收集產品或處理“三廢”時可將剩余反應物重新并入原料中，使生產過程帶有局部循環(huán)的特點，這是化工生產工藝設計中常用的方法。 [剖析典例探技法] [例4]　下列廢物處理方法中正確的是(　　) A．化學實驗中產生的二氧化硫廢氣可用濃硫酸吸收 B．化學實驗中產生的二氧化氮廢氣可用水吸收 C．用黃鐵礦做原料生產硫酸的過程中，產生的廢渣可用于提取燃料 D．用黃鐵礦做原料生產硫酸的過程中，產生的廢氣可用于提取漂白劑 [名師解析]　二氧化硫在濃硫酸中的溶解度非常小，A項錯誤；二氧化氮一般用燒堿溶液吸收，發(fā)生的反應為：2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，B項錯誤；黃鐵礦本來就是無機礦物質，又經過高溫煅燒，廢渣的主要成分是氧化鐵、二氧化硅、氧化鋁等，從中提取燃料是不現(xiàn)實的，C項錯誤；硫酸生產過程產生的廢氣中含有較高濃度的二氧化硫氣體，二氧化硫可用做漂白劑，D項正確。 [答案]　D [名師點睛]　廠址選擇 (1)化工廠廠址的選擇要考慮一些自然因素，如有無合適的建筑用地，有無近便、豐富而優(yōu)質的水源，有無生產所必需的自然資源(如能源和原料)等。 (2)化工廠廠址的選擇要考慮經濟因素，如怎樣接近原料、燃料的產地，如何接近消費市場以盡可能節(jié)省運輸費用、降低生產成本等。 (3)化工廠廠址的選擇既要考慮社會服務、生產協(xié)作、勞動與技術等諸多因素，更要考慮生態(tài)效益和社會效益。如果環(huán)境嚴重受污染，生態(tài)平衡被破壞，經濟效益最終也將失去。 (4)硫酸廠廠址選擇考慮因素：①有無市場需求；②是否接近原料產地；③土地供應是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且廉價；⑥交通運輸是否方便；⑦環(huán)保是否達標。 能量的充分利用 [自讀教材夯基礎] 硫酸生產過程中的三個反應都是放熱反應，如果能充分利用這些熱量，不但可以由硫酸廠自行提供能量，而且還可以向外界輸出大量能量，可大大降低生產成本。 (1)在沸騰爐旁設置蒸氣鍋爐進行發(fā)電。 (2)在接觸室中設置熱交換器，利用SO2氧化為SO3時放出的熱量來預熱即將參加反應的SO2和O2等。 [剖析典例探技法] [例5]　在硫酸工業(yè)生產中，為了有利于SO2的轉化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的催化反應室(見下圖)，下列有關說法中錯誤的是(　　) A．采用熱交換裝置，能充分利用“廢熱”，降低生產成本 B．預熱含有二氧化硫的混合氣體，有利于催化氧化 C．A處流出的氣體為SO2和O2 D．預熱SO3，有利于被濃硫酸吸收 [名師解析]　此題考查了工業(yè)生產H2SO4的重要設備之一——催化反應室中氣體的流向。原料SO2、O2從裝置左側中間進入熱交換器，吸收熱量后由A處流出再進入催化反應室發(fā)生反應，并放出大量的熱，而熱交換器的作用是把一部分熱量交換給剛進入熱交換器的原料氣，然后由下端流入下一個裝置，SO3溫度過高不易被吸收，所以下端出來的氣體溫度較低，這也是熱交換器的作用之一。 [答案]　D [名師點睛]　　硫酸工業(yè)中的三個原理 (1)化學平衡原理：增大反應物濃度、增大反應物間接觸面積，能提高反應速率，同時使化學平衡向正反應方向移動，有利于增加生成物的量。 (2)熱交換原理：在接觸室中產生的熱量經過熱交換器，傳遞給進入接觸室需要預熱的原料氣，為SO2的接觸氧化和SO3的吸收創(chuàng)造了有利條件。 (3)逆流原理：用濃硫酸吸收SO3氣體時，液體由上向下噴，氣體由下向上升，兩者在逆流過程中充分接觸。 硫酸工業(yè)生產中的四個“三” 硫酸工業(yè)中多步反應的計算 硫酸工業(yè)中涉及多步反應，計算起來比較煩瑣，對于多步反應的計算，一般可采取以下方法。 (1)關系式法 先寫出多步反應的化學方程式，然后找出反應物和生成物之間物質的量(或質量)之比，列出關系式，即可一步計算。 如：用黃鐵礦制硫酸，涉及的反應有 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2， 2SO2＋O22SO3， SO3＋H2O===H2SO4。 原料FeS2與產品H2SO4之間的關系可以根據(jù)反應找出4FeS2～8SO2～8SO3～8H2SO4，即FeS2～2H2SO4，若已知FeS2的質量，就可以根據(jù)上面得出的FeS2～2H2SO4關系，一步計算出H2SO4的質量。 (2)元素守恒法 找出主要原料和最終產物之間物質的量的對應關系。尋找此關系的簡便方法，就是分析原料與產物之間所含關鍵元素原子個數(shù)關系，如FeS2～2H2SO4，S～H2SO4。若已知(欲求)FeS2含量，用前面的關系式，若已知(欲求)S的含量，用后一關系式，且二氧化硫轉化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2(或S)進行計算。 1．下列有關黃鐵礦制硫酸的說法中，正確的是(　　) A．沸騰爐中出來的爐氣，可直接進入轉化器中進行催化氧化 B．焙燒黃鐵礦的反應中，二氧化硫是唯一的氧化產物 C．生產過程中要采用高溫高壓，以有利于二氧化硫更好地轉化為三氧化硫 D．三氧化硫在吸收塔中被吸收時，通常用質量分數(shù)為98.3%的硫酸做吸收劑，而不直接用水吸收 解析：A項中，爐氣需要經過凈化、干燥等處理，以避免催化劑中毒；B項中，煅燒FeS2時，鐵元素和硫元素均被氧化，產物不止一種；C項中，反應正向為放熱反應，高溫不利于SO3的生成。 答案：D 2．在接觸法制硫酸工業(yè)中，接觸室中裝有熱交換器。采用熱交換器的好處是(　　) ①充分利用熱量，降低能耗?、诖偈蛊胶庀蛘磻较蛞苿樱岣弋a率?、蹨p少熱量對環(huán)境的污染　④提高最終產品的純度 A．僅①　　　　　　　 B．僅①② C．僅①②③ D．①②③④ 解析：使用熱交換器能充分利用熱量，減少熱量對環(huán)境的污染。SO2轉化為SO3是放熱反應，反應室溫度降低有利于平衡向正反應方向移動。 答案：C 3．在接觸法制硫酸的工業(yè)生產中，下列生產操作及其原因解釋二者都正確的是(　　) A．黃鐵礦燃燒前需要粉碎，因為塊狀黃鐵礦不能燃燒 B．SO2氧化為SO3時需要高壓，這樣可以提高SO2的轉化率 C．SO2氧化為SO3無需進行加熱，因為此反應為放熱反應 D．用98.3%的濃H2SO4吸收SO3，可以防止形成酸霧阻礙SO3的吸收 解析：將黃鐵礦石粉碎的目的是增大礦石跟空氣的接觸面積，使之充分反應，A不正確；SO2轉化為SO3時，在常壓下的轉化率已很高，增大壓強對SO2的轉化率提高不大，且加壓會增加生產成本和能量消耗，故B不正確；工業(yè)生產中SO2轉化為SO3需在催化劑和加熱條件下進行，C不正確。 答案：D 4．接觸法生產硫酸的過程中，對廢氣、廢水、廢渣、廢熱的處理正確的是(　　) ①尾氣用氨水處理　②污水用石灰乳處理?、蹚U渣用來造水泥、煉鐵?、茉O置廢熱鍋爐產生蒸汽、供熱或發(fā)電 A．①②　　　　　　　 B．①③④ C．①②③ D．①②③④ 解析：硫酸廠尾氣中含有SO2，可用氨水吸收處理；硫酸廠廢水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸廠廢渣中含有SiO2、Fe2O3等，可用于制造水泥、煉鐵；由于硫酸生產過程中三個化學反應都是放熱反應，可以充分利用這些反應放出的熱能來降低生產成本。 答案：D 5．如圖所示裝置是仿照工業(yè)上制備硫酸的工藝流程設計出來的，用于探究工業(yè)上為何用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫。 請回答下列問題： (1)寫出沸騰爐內煅燒黃鐵礦的化學反應方程式：_____________________________ ________________________________________________________________________； (2)甲和乙相當于工業(yè)上制取硫酸裝置中的________； (3)寫出在催化劑表面所發(fā)生的化學反應方程式：______________________________ ________________________，在實驗過程中不能持續(xù)加熱的理由是______________； (4)在乙反應器內要求氧氣的量要比二氧化硫的量多一倍左右，你是如何控制和估計的？________________________________________________________________________。 (5)若丁裝置在反應過程中先出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了霧，而丙裝置一直都沒有任何現(xiàn)象，產生這種現(xiàn)象的原因可能是(　　) A．濃硫酸對三氧化硫的吸收效率遠大于水，三氧化硫被濃硫酸充分吸收 B．三氧化硫的通氣速率太快，三氧化硫未被水和濃硫酸充分吸收 C．丙中的導氣管插得太深，導致兩個吸收瓶內的氣壓差較大 解析：裝置甲有多個作用，一是通過觀察氣泡產生的速率調節(jié)通入二氧化硫、氧氣的比例；二是使兩種原料氣體充分混合；三是直到干燥的作用。 答案：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2　(2)接觸室 (3)2SO2＋O22SO3　防止溫度過高，而降低SO2的轉化率及催化劑活性(4)可以通過調節(jié)氣閥，控制氣體流量，觀察甲裝置的冒泡速率進行估算　(5)AC [高考感悟] 1．(上海高考)下列關于硫酸工業(yè)生產過程的敘述錯誤的是(　　) A．在接觸室中使用鐵粉作催化劑 B．在接觸室中運用熱交換技術可充分利用能源 C．把硫鐵礦磨成細粉末，可以提高原料的利用率 D．該反應采用450～500 ℃主要是因為該溫度下催化劑活性好 解析：硫酸工業(yè)生產中，SO2的催化氧化用V2O5做催化劑，A錯誤；使用熱交換器可節(jié)約能源，B正確；把硫鐵礦磨碎可增大其與氧氣的接觸面積，使反應更充分，速率更快，可提高原料利用率，C正確；D項中，該溫度下催化劑的活性高，D正確。 答案：A 2．(山東高考)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是制備硫酸的重要反應。下列敘述正確的是(　　) A．催化劑V2O5不改變該反應的逆反應速率 B．增大反應體系的壓強，反應速率一定增大 C．該反應是放熱反應，降低溫度將縮短反應達到平衡的時間 D．在t1、t2時刻，SO3(g)的濃度分別是c1、c2，則時間間隔t1～t2內，SO3(g)生成的平均速率為v＝ 解析：解答本題需對外界條件對化學反應速率的影響及化學反應速率的概念有深刻的理解。催化劑可以同等程度地增大正逆反應的反應速率，A錯誤；如果是恒容下通入惰性氣體增大了體系壓強，反應物濃度未變，反應速率不變，B錯誤；降溫反應速率減慢，達到平衡的時間增長，C錯誤；D符合反應速率的定義，正確。 答案：D 3．(海南高考)以黃鐵礦為原料，采用接觸法生產硫酸的流程可簡示如下： 請回答下列問題： (1)在爐氣制造中，生成SO2反應的化學方程式為_______________________________ ________________________________________________________________________。 (2)爐氣精制的作用是將含SO2的爐氣________、________及干燥，如果爐氣不經過精制，對SO2催化氧化的影響是________________。 (3)精制爐氣(含SO2體積分數(shù)為7%、O2為11%、N2為82%)中SO2平衡轉化率與溫度及壓強關系如下圖所示。在實際生產中，SO2催化氧化反應的條件選擇常壓、450 ℃左右(對應圖中A點)，而沒有選擇SO2轉化率更高的B或C點對應的反應條件，其原因分別是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)在SO2催化氧化設備中設置熱交換器的目的是________________、________________，從而充分利用能源。 解析：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 (2)SO2氣體中含有礦塵、水汽等，會對催化劑的活性和設備產生不良影響，所以進入接觸室之前，需對氣體進行除塵、洗滌及干燥。 (3)由圖可知，在450 ℃、0.1 MPa時，轉化率已達95%以上，采用更高的壓強，對設備要求更高，轉化率影響較小；在0.1 MPa，溫度較低時，反應速率較慢、產量低。 (4)將反應產物的熱量及時交換給即將參加反應的SO2和O2，使能量循環(huán)利用節(jié)約能源。 答案：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 (2)除塵　洗滌　使催化劑中毒 (3)見解析 (4)能量循環(huán)利用　預熱SO2和O2 [課時跟蹤訓練] 一、選擇題(本題包括10小題，每小題5分，共50分) 1．有關接觸法制硫酸的敘述不正確的是(　　) A．硫黃和黃鐵礦均可作為生產原料 B．SO2轉化為SO3，需在催化劑加熱條件下進行 C．熱交換器可對生成氣體冷卻，對原料氣體加熱 D．從吸收塔出來的硫酸經濃縮后可以變成發(fā)煙硫酸 解析：在吸收塔中，用98.3%的硫酸吸收SO3得到的就是“發(fā)煙硫酸”，可用水或稀硫酸稀釋，制得各種濃度的硫酸，故D項不正確。 答案：D 2．下列說法正確的是(　　) A．合成硫酸的工業(yè)尾氣可以直接排入大氣 B．進入接觸室的氣體，必須先經凈化、干燥 C．從沸騰爐中排出的爐渣可以作為肥料 D．在高溫、高壓下由SO2和O2合成SO3 解析：硫酸工業(yè)的尾氣中含有SO2氣體，不能直接排入大氣，A錯；沸騰爐中排出的爐渣中含有Fe2O3、砷、硒化合物等，不能用作肥料，C錯；D項中的反應在常壓下經濟效益較好。 答案：B 3．在工業(yè)生產硫酸中，在吸收塔內用來吸收三氧化硫的是(　　) A．H2O　　　　　　　　　 B．稀硫酸 C．濃硫酸 D．氨水 解析：用水吸收SO3會產生酸霧，腐蝕設備，所以用濃硫酸來吸收SO3。 答案：C 4．工業(yè)上生產硫酸，回收尾氣中SO2氣體，最好選用的是(　　) A．氨水 B．NaOH C．Ca(OH)2 D．濃硫酸 解析：工業(yè)上用廉價的Ca(OH)2吸收尾氣中的SO2，使其生成CaSO3，然后再用H2SO4處理，從而得到含量較高的SO2，可返回用作原料，故選C。 答案：C 5．接觸法制硫酸的沸騰爐出來的爐氣必須經過凈化處理，其正確過程是(　　) A．洗滌、干燥、除塵 B．干燥、除塵、洗滌 C．除塵、洗滌、干燥 D．除去硒和砷的化合物 解析：沸騰爐出來的氣體中含有礦塵以及砷、硒化合物等，這些物質能使催化劑中毒，可通過除塵、洗滌除去；水蒸氣對設備和生產有不良影響，必須干燥。 答案：C 6．為了提高硫酸工業(yè)的綜合經濟效益，下列做法正確的是(　　) ①對硫酸工業(yè)生產中產生的廢氣、廢渣、廢液進行綜合利用　②充分利用硫酸工業(yè)生產中的“廢熱”?、鄄话蚜蛩釓S建在人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū) A．① B．② C．③ D．①②③ 解析：①建立處理“三廢”措施，嚴格執(zhí)行國家“三廢”排放標準；②變“三廢”為寶，實行綜合利用。盡可能地利用“廢氣、廢渣、廢液、廢熱”，既可以提高原料的利用率，降低成本，又能減少對環(huán)境的污染。硫酸廠對環(huán)境的污染是比較嚴重的，不能建立在人口稠密的地區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū)。 答案：D 7.在硫酸工業(yè)生產中，為了有利于SO2的轉化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的接觸室(如右圖)，圖中在a、b、c處流入或流出的氣體正確的是(　　) A．a處SO2、N2　 B．b處SO2、O2、N2 C．a處SO3、O2 D．c處SO3、N2 解析：a處通入的是溫度較低的原料氣(SO2、O2和N2)，經過熱交換器的預熱，b處得到的是溫度較高的混合氣體(SO2、O2、N2)，然后該氣體經過接觸室的上端進入接觸室反應生成SO3，由于該反應是可逆反應，所以c處流出的氣體中，既有SO3和N2，同時還含有SO2、O2。 答案：B 8．硫酸制造業(yè)中采取以下幾種措施：①改進煅燒黃鐵礦的技術；②氧化二氧化硫時使用催化劑；③在氧化二氧化硫的設備中安裝熱交換器；④將二氧化硫進行多次循環(huán)氧化；⑤回收利用尾氣中的二氧化硫。其中能減少酸雨產生的措施是(　　) A．①②④⑤ B．②③④⑤ C．①②③④⑤ D．④⑤ 解析：減少酸雨產生，即減少向環(huán)境中排放SO2，④和⑤能達此目的。 答案：D 9．在制硫酸的工業(yè)中有以下反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0，下列說法錯誤的是(　　) A．生產中通入過量的空氣，可以提高二氧化硫的轉化率 B．生產中選擇400～500 ℃，不僅能增大反應速率，而且催化劑的活性好 C．根據(jù)實際情況在生產中選擇常壓，可以提高綜合經濟效益 D．在催化反應室被氧化生成的三氧化硫，進入吸收塔被水吸收制成硫酸 解析：用水吸收三氧化硫容易形成酸霧，應用98%硫酸吸收三氧化硫。 答案：D 10．有關硫酸工業(yè)綜合經濟效益的說法中，正確的是(　　) A．甲地有豐富的硫鐵礦資源，水源、能源充足，交通便利，是風景秀麗的旅游勝地，雖然當?shù)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多，但為提高當?shù)亟洕б嬉私蛩釓S B．為減少SO2對空氣的污染，可以建筑高煙囪，使含SO2的尾氣在高空擴散稀釋，保證地面達到安全濃度 C．硫酸生產過程排放的污染物主要是含SO2的尾氣、固體殘渣、廢酸和廢水等 D．選擇硫酸廠廠址時，當經濟利益與環(huán)保問題有沖突時，為提高人們的物質生活水平，應先考慮經濟利益的問題 解析：硫酸廠是污染性的企業(yè)，不應建在風景區(qū)；當?shù)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多，也不宜建硫酸廠，因為硫酸的遠程運輸成本高，危險性大，故A錯誤；將SO2排放到高空，SO2的總量不會減少，且會形成酸雨危害環(huán)境，故B錯誤；選擇硫酸廠廠址在考慮經濟利益的同時，必須考慮環(huán)保問題，也就是要提高綜合社會效益，故D錯誤。 答案：C 二、非選擇題(本題包括4小題，共50分) 11．(12分)在硫酸工業(yè)中，通過下列反應使SO2轉化為SO3：2SO2＋O22SO3(放熱反應)。已知常壓下平衡混合氣體中SO3的體積分數(shù)為91%。試回答： (1)在生產中常用過量的空氣是為了_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)加熱到400～500 ℃是由于_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)壓強采用________，原因是_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)常用濃H2SO4來吸收SO3，而不用水，因為_________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：此題考查了在硫酸工業(yè)中運用化學平衡原理選擇適宜生產條件的能力。選擇適宜的反應條件，要從濃度、溫度、壓強、催化劑等條件中考慮該反應的速率、轉化率，同時還要考慮工業(yè)生產的實際情況。如第(2)(4)兩問是考慮速率問題，第(1)(3)兩問則是考慮化學平衡問題，且第(3)問還要考慮生產的實際情況。 答案：(1)增大氧氣的濃度，提高成本較高的SO2的轉化率 (2)在此溫度下，催化劑活性最好，反應速率快，可縮短達到平衡的時間，提高單位時間內SO3的產率 (3)常壓　因常壓下平衡混合氣體中SO3的體積分數(shù)已達很高，若再加壓，對設備動力系統(tǒng)要求高，成本高，加壓已無實際意義 (4)用水吸收易形成酸霧，降低吸收速率，同時腐蝕設備 12．(13分)工業(yè)制硫酸生產流程如下圖所示： (1)我國黃鐵礦資源比較豐富，但很多工廠仍以硫黃為原料生產硫酸，理由是________________________________________________________________________。 (2)在催化反應室，下列措施中有利于提高SO2平衡轉化率的是______________。 A．升高溫度 B．減小壓強 C．不斷補充空氣 D．及時分離出SO3 (3)在生產中為提高催化劑催化效率采取了哪些措施？_____________________(至少答出兩點措施)。 (4)經檢測生產硫酸的原料氣成分(體積分數(shù))為SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在500℃，0.1 MPa條件下達到平衡時，各種氣體的體積比為V(SO2) ∶V(SO3)∶V(O2)∶V(N2)＝0.46∶6.54∶7.73∶82，則SO2的轉用率為________。 解析：二氧化硫轉化為三氧化硫的反應為正反應氣體體積減小的放熱反應，所以低溫高壓有利于提高二氧化硫的轉化率，增加反應物O2的濃度和減少生成物SO3的濃度，可使化學平衡向正方向移動，提高SO2的轉化率。在生產過程中，氮氣沒有參加反應，所以其體積不變，則可看成反應前氣體的體積SO2、O2、N2分別為7 L、11 L、82 L，反應后SO2的體積為0.46 L，所以SO2的轉化率為100%＝93.4%。 答案：(1)黃鐵礦為原料的生產中產生的廢棄物多，處理成本高　(2)CD (3)①凈化氣體；②控制溫度在400～500℃；③增大催化劑與反應氣體的接觸面積　(4)93.4% 13．(12分)硫酸工業(yè)在國民經濟中占有極其重要的地位。 (1)硫酸的最大消費渠道是化肥工業(yè)，用硫酸制造的常見化肥有________________(任寫一種)。 (2)硫酸生產中，根據(jù)化學平衡原理來確定的條件或措施有____________(填寫序號)。 A．礦石加入沸騰焙燒爐之前先粉碎 B．使用V2O5作催化劑 C．催化反應室中使用適宜的溫度 D．凈化后的爐氣中要有過量的空氣 E．催化氧化在常壓下進行 F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO3 (3)在硫酸工業(yè)中，通過下列反應使二氧化硫轉化為三氧化硫： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(放熱反應) 在實際工業(yè)生產中，常采用“二轉二吸法”，即將第一次轉化生成的SO3分離后，將未轉化的SO2進行二次轉化，假若兩次SO2的轉化率均為95%，則最終SO2的轉化率為________。 (4)硫酸的工業(yè)制法過程涉及三個主要的化學反應及相應的設備(沸騰爐、接觸室、吸收塔)。 ①三個設備分別使反應物之間或冷熱氣體間進行了“對流”。請簡單描述吸收塔中反應物之間是怎樣對流的。 ________________________________________________________________________。 ②工業(yè)生產中常用氨—酸法進行尾氣脫硫，以達到消除污染、廢物利用的目的。用化學方程式表示其反應原理(只寫出2個化學方程式即可)。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(2)根據(jù)化學平衡原理來確定的條件有D項(增大反應物濃度，使平衡正向移動)；根據(jù)化學平衡移動原理，降溫有利于平衡正向移動，保持適宜溫度是為了使催化劑效率最高。 (3)轉化率為95%＋(1－95%)95%＝99.75%。 (4)SO2用氨水吸收后再用H2SO4處理，可得相應化肥，SO2可以再次循環(huán)利用。 答案：(1)(NH4)2SO4(或K2SO4)　(2)D　(3)99.75% (4)①SO3從吸收塔底部進入，吸收劑(濃硫酸)從頂部下淋，形成對流 ②SO2＋NH3H2O===NH4HSO3　2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑ [或SO2＋2NH3H2O===(NH4)2SO3＋H2O (NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑] 14．(13分)以黃鐵礦為原料生產硫酸的工藝流程圖如下： (1)接觸室中發(fā)生反應的化學方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)依據(jù)工藝流程圖判斷下列說法正確的是(選填序號字母)________。 a．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎 b．過量空氣能提高SO2的轉化率 c．使用催化劑能提高SO2的反應速率和轉化率 d．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵 (3)每160 g SO3氣體與H2O化合放出260.6 kJ的熱量，該反應的熱化學方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)吸收塔排出的尾氣先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的SO2和銨鹽。 SO2既可作為生產硫酸的原料循環(huán)再利用，也可用于工業(yè)制溴過程中吸收潮濕空氣中的Br2。SO2吸收Br2的離子方程式是______________________________________________。 解析：本題主要考查硫酸工業(yè)、熱化學方程式的書寫、計算等。 (1)SO2和O2在接觸室發(fā)生反應生成SO3：2SO2＋O22SO3。 (2)選項a，將黃鐵礦粉碎能增加反應物接觸面積而加快反應速率。選項b，增加反應物空氣(O2)濃度能提高SO2的轉化率。選項c，催化劑對轉化率無影響。選項d，礦渣中含有Fe2O3，可用于冶煉鐵。 (3)160 g SO3(g)與H2O(l)反應生成H2SO4(l)放出260.6 kJ熱量，則1 mol SO3(g)與H2O(l)反應生成H2SO4(l)放出130.3 kJ熱量，則相關熱化學方程式為SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3kJ/mol。 答案：(1)2SO2＋O22SO3 (2)abd (3)SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3 kJ/mol (4)SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO