2018高中化學(xué) 第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 1.1 化工生產(chǎn)過程中的基本問題課時過關(guān)能力提升 新人教版選修2.doc

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課題1　化工生產(chǎn)過程中的基本問題 課時過關(guān)能力提升 　　　　　　　　　　　　　　　　　 1以下有關(guān)接觸法制硫酸的論述錯誤的是(　　) A.為提高反應(yīng)速率和原料利用率,黃鐵礦要在“沸騰”狀態(tài)下燃燒 B.為防止催化劑中毒,氣體在進(jìn)接觸室前要先凈化 C.接觸室中熱交換器的主要作用是預(yù)熱未反應(yīng)的氣體和冷卻反應(yīng)后的氣體 D.吸收塔中SO3從下往上升,水從上往下噴,剩余氣體從上部出來循環(huán)利用 解析：為防止形成酸霧并提高吸收速率,三氧化硫是被濃硫酸吸收的,而不是被水吸收。 答案：D 2下列關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論中,敘述錯誤的是(　　) A.充分利用三個反應(yīng)放出的熱能,來降低生產(chǎn)成本 B.為了防止尾氣的污染,可將尾氣用石灰水吸收生成CaSO3,再用硫酸處理得到含量較高的SO2 C.硫酸工廠要遠(yuǎn)離人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū),遠(yuǎn)離硫酸消費(fèi)中心 D.生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣可作為煉鐵的原料,也可作為制造水泥的原料 解析：硫酸工廠要遠(yuǎn)離人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū)。而遠(yuǎn)離硫酸消費(fèi)中心,勢必造成運(yùn)輸成本增加、環(huán)境污染等問題。 答案：C 3關(guān)于對SO2混合氣體凈化的目的敘述正確的是(　　) ①除塵(除去礦塵)防止催化劑中毒?、谙礈?除去砷、硒等的化合物)防止催化劑中毒　③干燥(除去水蒸氣)防止催化劑中毒?、芨稍?除去水蒸氣)防止對設(shè)備和生產(chǎn)造成不良影響 A.①②③④ B.①②③ C.③④ D.①②④ 解析：除去水蒸氣的目的不是防止催化劑中毒,而是防止其對設(shè)備和生產(chǎn)造成不良影響。 答案：D 4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催化反應(yīng)室(見下圖),下列有關(guān)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(chǎn)成本 B.預(yù)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(yù)熱SO3,有利于被濃硫酸吸收 解析：原料SO2、O2從裝置左側(cè)中間進(jìn)入熱交換器,吸收熱量后由A處流出再進(jìn)入催化反應(yīng)室發(fā)生反應(yīng),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(jìn)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 5下列廢物處理方法中正確的是(　　) A.化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的二氧化硫廢氣可用濃硫酸吸收 B.化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的二氧化氮廢氣可用水吸收 C.用黃鐵礦作原料生產(chǎn)硫酸的過程中,產(chǎn)生的廢渣可用于提取燃料 D.用黃鐵礦作原料生產(chǎn)硫酸的過程中,產(chǎn)生的廢氣可用于提取漂白劑 解析：二氧化硫在濃硫酸中的溶解度非常小,A錯誤;二氧化氮一般用NaOH溶液吸收,發(fā)生的反應(yīng)為2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O,B錯誤;黃鐵礦經(jīng)過高溫煅燒,廢渣的主要成分是氧化鐵、二氧化硅、氧化鋁等不具有可燃性的物質(zhì),從中提取燃料是不現(xiàn)實(shí)的,C錯誤;硫酸生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣中含有較高濃度的二氧化硫氣體,二氧化硫可用作漂白劑,D正確。 答案：D 6硫酸工業(yè)中采取以下幾種措施:①改進(jìn)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(jìn)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.①②③ D.④⑤ 解析：改進(jìn)煅燒黃鐵礦的技術(shù)、氧化二氧化硫時使用催化劑和在氧化二氧化硫的設(shè)備中安裝熱交換器,都與二氧化硫排放的問題無關(guān)。 答案：D 7有關(guān)硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的說法中,正確的是(　　) A.甲地有豐富的黃鐵礦資源,水源、能源充足,交通便利,是風(fēng)景秀麗的旅游勝地,雖然當(dāng)?shù)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多,但為提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)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(kuò)散稀釋,保證地面達(dá)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(dāng)經(jīng)濟(jì)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(jì)利益的問題 解析：硫酸廠是污染性的企業(yè),不應(yīng)建在風(fēng)景區(qū);當(dāng)?shù)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多,也不宜建硫酸廠,因?yàn)榱蛩岬倪h(yuǎn)程運(yùn)輸成本高,危險性大,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,B錯誤。選擇硫酸廠廠址在考慮經(jīng)濟(jì)利益的同時,必須考慮環(huán)保問題,也就是要提高綜合經(jīng)濟(jì)利益,D錯誤。 答案：C 8硫酸工業(yè)生產(chǎn)中,通過下列反應(yīng)使SO2轉(zhuǎn)化為SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJmol-1。已知常壓下SO3的體積分?jǐn)?shù)為91%,試回答下列問題: (1)在生產(chǎn)中常用過量的空氣是為了 　。 (2)加熱到450 ℃是由于 　。 (3)壓強(qiáng)應(yīng)采用　　　　　(填“加壓”“常壓”或“減壓”),原因是　 　。 (4)尾氣中的SO2常用氨水等堿溶液吸收,因?yàn)? 　。 解析：工業(yè)生產(chǎn)中常增加某一廉價反應(yīng)物的濃度,以提高另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。硫酸工業(yè)生產(chǎn)中通入過量空氣是為了使平衡向正反應(yīng)方向移動,提高SO2的轉(zhuǎn)化率,使成本較高的SO2得到較充分的利用。 溫度的選擇不僅要從反應(yīng)的程度考慮,還要考慮反應(yīng)的速率和催化劑的活性。450 ℃時催化劑的活性較高,選擇此溫度可提高反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時間。 壓強(qiáng)的選擇主要考慮平衡的移動、設(shè)備及動力系統(tǒng)等方面的因素。雖然增大壓強(qiáng)可提高該反應(yīng)中SO2的轉(zhuǎn)化率,但在常壓下SO3的體積分?jǐn)?shù)已達(dá)91%,而增大壓強(qiáng)對設(shè)備、動力系統(tǒng)要求高。成本增大,不合算,故工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓。 答案：(1)使平衡向正反應(yīng)方向移動,提高SO2的轉(zhuǎn)化率,使成本較高的SO2得到較充分的利用 (2)450 ℃時,催化劑的活性較高,選擇此溫度可提高反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時間,提高單位時間的產(chǎn)量 (3)常壓　常壓下SO3的體積分?jǐn)?shù)已達(dá)91%,而增大壓強(qiáng)對設(shè)備、動力系統(tǒng)要求高,成本增大,綜合經(jīng)濟(jì)效益降低 (4)NH3+H2O+SO2NH4HSO3,即氨水吸收SO2生成NH4HSO3,避免污染環(huán)境 9以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下: (1)沸騰爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)接觸室中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)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 (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　　　　　　　　　　　　　。 解析：(1)根據(jù)原子守恒即可寫出化學(xué)方程式。 (2)SO2和O2在接觸室發(fā)生反應(yīng)生成SO3:2SO2+O22SO3。 (3)選項(xiàng)A,將黃鐵礦粉碎能增加反應(yīng)接觸面積而加快反應(yīng)速率。選項(xiàng)B,增加空氣(O2)濃度能提高SO2的轉(zhuǎn)化率。選項(xiàng)C,催化劑對轉(zhuǎn)化率無影響。選項(xiàng)D,礦渣中含有Fe2O3,可用于冶煉鐵。 答案：(1)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 (2)2SO2+O22SO3 (3)ABD (4)SO2+Br2+2H2O4H++2Br-+ 10現(xiàn)代硫酸工業(yè)多采用接觸法,其工藝流程如下: “接觸法”制硫酸需要解決以下幾個問題。 (1)盡可能多地提高原料的利用率。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中是通過以下三點(diǎn)做到的: ①在造氣中使原料充分燃燒。為了使黃鐵礦的燃燒更加充分,燃燒在　　　　(填設(shè)備名稱)中進(jìn)行。 ②二氧化硫的轉(zhuǎn)化要完全。工業(yè)生產(chǎn)中,除通過控制一定的條件使二氧化硫的轉(zhuǎn)化率盡可能增大外,采用的溫度和壓強(qiáng)為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③三氧化硫的吸收要充分。工業(yè)上用　　　　來吸收,這樣做的原因是　　　　　　　　　　。此外,SO3的吸收還采用了“逆流原理”。 (2)盡可能加快制硫酸的反應(yīng)速率(主要是二氧化硫的催化氧化)。除了適當(dāng)控制溫度、壓強(qiáng)之外,原料氣在進(jìn)入催化反應(yīng)室(接觸室)之前必須經(jīng)過除塵、洗滌、干燥等操作,是為了防止　　　　　　　　　　　　　　。 (3)充分利用余熱,降低生產(chǎn)成本。主要是指對SO2的催化氧化反應(yīng)的余熱利用,工業(yè)生產(chǎn)中采取的做法是　　　　　　　　　,從而解決了SO3的冷卻和SO2與O2的預(yù)熱問題,充分利用了能量。 (4)盡量減少或無工業(yè)三廢(廢水、廢氣、廢渣)的排放。從吸收塔導(dǎo)出的尾氣,必須經(jīng)過回收、凈化處理。利用黃鐵礦為原料制硫酸的過程中,排出的礦渣和礦灰可以　　　　等,實(shí)現(xiàn)了原料的綜合利用。 解析：(1)把黃鐵礦粉碎成細(xì)小的顆粒在沸騰爐中燃燒時,從爐底通入強(qiáng)大的空氣流,把礦粒吹得在爐內(nèi)劇烈翻騰,像沸騰著的液體一樣,這樣礦粒與空氣充分接觸,使燃燒更完全、更充分。SO2的催化氧化在常壓時的轉(zhuǎn)化率較大,因此不采用高壓。SO3與H2O反應(yīng)生成H2SO4,但利用H2O來吸收時會產(chǎn)生大量酸霧,影響吸收效果,因此工業(yè)上利用98%的硫酸來吸收。 (2)一些雜質(zhì)和礦塵都會使催化劑減弱或失去催化作用,在工業(yè)中叫做催化劑中毒。 答案：(1)①沸騰爐?、?00~500 ℃的高溫和常壓?、?8%的硫酸　防止形成酸霧,影響吸收效果 (2)催化劑中毒 (3)在接觸室中安裝熱交換器 (4)作煉鐵的原料(或用來制水泥、磚瓦等其他合理答案均可) ★11工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如圖: (1)在催化反應(yīng)室,下列措施中有利于提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率的有　　　　　。 A.升高溫度 B.減小壓強(qiáng) C.不斷補(bǔ)充空氣 D.及時分離出SO3 (2)在生產(chǎn)中,為提高催化劑效率采取的措施是　　　　　　　。 A.凈化氣體 B.控制溫度在400~500 ℃ C.增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積 D.不斷補(bǔ)充空氣 (3)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196 kJmol-1。在450 ℃、常壓和釩催化條件下向一密閉容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,充分反應(yīng)后,放出的熱量　　　　(填“<”“>”或“=”)196 kJ,理由是　　　　　　　　　　　　。 (4)經(jīng)檢測生產(chǎn)硫酸的原料氣成分(體積分?jǐn)?shù))為SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在500 ℃,0.1 MPa條件下達(dá)到平衡時,各種氣體的體積比為V(SO2)∶V(SO3)∶V(O2)∶V(N2)=0.46∶6.5∶7.7∶82,則SO2的利用率為　　　　　。 (5)生產(chǎn)硫酸過程中的尾氣通常用氨水吸收,請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 解析：(1)SO2轉(zhuǎn)化為SO3是氣體體積減小的放熱反應(yīng),選擇低溫高壓可提高轉(zhuǎn)化率,同時可鼓入空氣或分離出SO3,使平衡向右移動,C、D正確。 (2)凈化氣體,防止催化劑中毒,A項(xiàng)正確;在400~500 ℃時催化劑活性最高,B項(xiàng)正確;增大與反應(yīng)氣體接觸面積可提高催化效果,C項(xiàng)正確;補(bǔ)充空氣對催化效果無影響,D項(xiàng)錯誤。 (3)2 mol SO2和1 mol O2完全反應(yīng)時,放出熱量196 kJ,但可逆反應(yīng)不能進(jìn)行徹底,加入的2 mol SO2和1 mol O2不能全部反應(yīng),所以生成的三氧化硫小于2 mol,故放熱小于196 kJ。 (4)根據(jù)元素守恒可≈93.4%。 (5)尾氣中含有SO2、SO3酸性氣體,與氨水反應(yīng)生成(NH4)2SO4和(NH4)2SO3。 答案：(1)CD　(2)ABC (3)<　2 mol SO2和1 mol O2完全反應(yīng)生成2 mol SO3,放出196 kJ的熱量,該反應(yīng)為可逆反應(yīng),不可能進(jìn)行完全,所以放出的熱量小于196 kJ (4)93.4% (5)2NH3H2O+SO3(NH4)2SO4+H2O, 2NH3H2O+SO2(NH4)2SO3+H2O