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課時跟蹤訓(xùn)練(一)　化工生產(chǎn)過程中的基本問題 一、選擇題(本題包括10小題，每小題5分，共50分) 1．有關(guān)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(chǎn)原料 B．SO2轉(zhuǎn)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(jīng)濃縮后可以變成發(fā)煙硫酸 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(jīng)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 3．在工業(yè)生產(chǎn)硫酸中，在吸收塔內(nèi)用來吸收三氧化硫的是(　　) A．H2O　　　　　　　　　 B．稀硫酸 C．濃硫酸 D．氨水 4．工業(yè)上生產(chǎn)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 5．接觸法制硫酸的沸騰爐出來的爐氣必須經(jīng)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 6．為了提高硫酸工業(yè)的綜合經(jīng)濟效益，下列做法正確的是(　　) ①對硫酸工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)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(chǎn)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 7.在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于SO2的轉(zhuǎn)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(chǎn)處SO2、N2　 B．b處SO2、O2、N2 C．a(chǎn)處SO3、O2 D．c處SO3、N2 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(shù)；②氧化二氧化硫時使用催化劑；③在氧化二氧化硫的設(shè)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(chǎn)生的措施是(　　) A．①②④⑤ B．②③④⑤ C．①②③④⑤ D．④⑤ 9．在制硫酸的工業(yè)中有以下反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0，下列說法錯誤的是(　　) A．生產(chǎn)中通入過量的空氣，可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率 B．生產(chǎn)中選擇400～500 ℃，不僅能增大反應(yīng)速率，而且催化劑的活性好 C．根據(jù)實際情況在生產(chǎn)中選擇常壓，可以提高綜合經(jīng)濟效益 D．在催化反應(yīng)室被氧化生成的三氧化硫，進入吸收塔被水吸收制成硫酸 10．有關(guān)硫酸工業(yè)綜合經(jīng)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(fēng)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?jīng)濟效益宜建硫酸廠 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(chǎn)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(jīng)濟利益與環(huán)保問題有沖突時，為提高人們的物質(zhì)生活水平，應(yīng)先考慮經(jīng)濟利益的問題 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(yīng)使SO2轉(zhuǎn)化為SO3：2SO2＋O22SO3(放熱反應(yīng))。已知常壓下平衡混合氣體中SO3體積分數(shù)為91%。試回答： (1)在生產(chǎn)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________________________________ ________________________________________________________________________。 12．(13分)工業(yè)制硫酸生產(chǎn)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(chǎn)硫酸，理由是________________________________________________________________________。 (2)在催化反應(yīng)室，下列措施中有利于提高SO2平衡轉(zhuǎn)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(chǎn)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(jīng)檢測生產(chǎn)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(zhuǎn)用率為________。 13．(12分)硫酸工業(yè)在國民經(jīng)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(chǎn)中，根據(jù)化學(xué)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(yīng)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(yīng)使二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(放熱反應(yīng)) 在實際工業(yè)生產(chǎn)中，常采用“二轉(zhuǎn)二吸法”，即將第一次轉(zhuǎn)化生成的SO3分離后，將未轉(zhuǎn)化的SO2進行二次轉(zhuǎn)化，假若兩次SO2的轉(zhuǎn)化率均為95%，則最終SO2的轉(zhuǎn)化率為________。 (4)硫酸的工業(yè)制法過程涉及三個主要的化學(xué)反應(yīng)及相應(yīng)的設(shè)備(沸騰爐、接觸室、吸收塔)。 ①三個設(shè)備分別使反應(yīng)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(yīng)物之間是怎樣對流的。___________________________________________________________。 ②工業(yè)生產(chǎn)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(xué)方程式表示其反應(yīng)原理(只寫出2個化學(xué)方程式即可)。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 14．(13分)以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下： (1)接觸室中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(zhuǎn)化率 c．使用催化劑能提高SO2的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)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(yīng)的熱化學(xué)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(chǎn)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__________________________________________。 答 案 1．選D　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。 2．選B　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(yīng)在常壓下經(jīng)濟效益較好。 3．選C　用水吸收SO3會產(chǎn)生酸霧，腐蝕設(shè)備，所以用濃硫酸來吸收SO3。 4．選C　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。 5．選C　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(zhì)能使催化劑中毒，可通過除塵、洗滌除去；水蒸氣對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響，必須干燥。 6．選D　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)。 7．選B　a處通入的是溫度較低的原料氣(SO2、O2和N2)，經(jīng)過熱交換器的預(yù)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(jīng)過接觸室的上端進入接觸室反應(yīng)生成SO3，由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以c處流出的氣體中，既有SO3和N2，同時還含有SO2、O2。 8．選D　減少酸雨產(chǎn)生，即減少向環(huán)境中排放SO2，④和⑤能達此目的。 9．選D　用水吸收三氧化硫容易形成酸霧，應(yīng)用98%硫酸吸收三氧化硫。 10．選C　硫酸廠是污染性的企業(yè)，不應(yīng)建在風(fēng)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(jīng)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。 11．解析：此題考查了在硫酸工業(yè)中運用化學(xué)平衡原理選擇適宜生產(chǎn)條件的能力。選擇適宜的反應(yīng)條件，要從濃度、溫度、壓強、催化劑等條件中考慮該反應(yīng)的速率、轉(zhuǎn)化率，同時還要考慮工業(yè)生產(chǎn)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(xué)平衡問題，且第(3)問還要考慮生產(chǎn)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(zhuǎn)化率 (2)在此溫度下，催化劑活性最好，反應(yīng)速率快，可縮短達到平衡的時間，提高單位時間內(nèi)SO3的產(chǎn)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(shè)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(shè)備 12．解析：二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的反應(yīng)為正反應(yīng)氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以低溫高壓有利于提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，增加反應(yīng)物O2的濃度和減少生成物SO3的濃度，可使化學(xué)平衡向正方向移動，提高SO2的轉(zhuǎn)化率。在生產(chǎn)過程中，氮氣沒有參加反應(yīng)，所以其體積不變，則可看作反應(yīng)前氣體的體積SO2、O2、N2分別為7 L、11 L、82 L，反應(yīng)后SO2的體積為0.46 L，所以SO2的轉(zhuǎn)化率為100%＝93.4%。 答案：(1)黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)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(yīng)氣體的接觸面積　(4)93.4% 13．解析：(2)根據(jù)化學(xué)平衡原理來確定的條件有D項(增大反應(yīng)物濃度，使平衡正向移動)；根據(jù)化學(xué)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(zhuǎn)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(yīng)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．解析：本題主要考查硫酸工業(yè)、熱化學(xué)方程式的書寫、計算等。 (1)SO2和O2在接觸室發(fā)生反應(yīng)生成SO3：2SO2＋O22SO3。 (2)選項a，將黃鐵礦粉碎能增加反應(yīng)物接觸面積而加快反應(yīng)速率。選項b，增加反應(yīng)物空氣(O2)濃度能提高SO2的轉(zhuǎn)化率。選項c，催化劑對轉(zhuǎn)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(yīng)生成H2SO4(l)放出260.6 kJ熱量，則1 mol SO3(g)與H2O(l)反應(yīng)生成H2SO4(l)放出130.3 kJ熱量，則相關(guān)熱化學(xué)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