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1、1课题课题 1 1 化工生产过程中的基本问题化工生产过程中的基本问题课时过关能力提升1 1 以下有关接触法制硫酸的论述错误的是( ) A.为提高反应速率和原料利用率,黄铁矿要在“沸腾”状态下燃烧B.为防止催化剂中毒,气体在进接触室前要先净化C.接触室中热交换器的主要作用是预热未反应的气体和冷却反应后的气体D.吸收塔中 SO3从下往上升,水从上往下喷,剩余气体从上部出来循环利用解析：为防止形成酸雾并提高吸收速率,三氧化硫是被浓硫酸吸收的,而不是被水吸收。答案：D2 2 下列关于硫酸工业综合经济效益的讨论中,叙述错误的是( ) A.充分利用三个反应放出的热能,来降低生产成本B.为了防止尾气的污染,
2、可将尾气用石灰水吸收生成 CaSO3,再用硫酸处理得到含量较高的 SO2C.硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区,远离硫酸消费中心D.生产过程中产生的废渣可作为炼铁的原料,也可作为制造水泥的原料解析：硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区。而远离硫酸消费中心,势必造成运输成本增加、环境污染等问题。答案：C3 3 关于对 SO2混合气体净化的目的叙述正确的是( ) 除尘(除去矿尘)防止催化剂中毒 洗涤(除去砷、硒等的化合物)防止催化剂中毒 干燥(除去水蒸气)防止催化剂中毒 干燥(除去水蒸气)防止对设备和生产造成不良影响A.B.C.D.解析：除去水蒸气的目的不是防止催化剂中毒
3、,而是防止其对设备和生产造成不良影响。答案：D4 4 在硫酸工业生产中,为了有利于 SO2的转化,且能充分利用热能,采用了中间有热交换器的催化 反应室(见下图),下列有关说法中错误的是( )A.采用热交换装置,能充分利用“废热”,降低生产成本B.预热含有二氧化硫的混合气体,有利于催化氧化C.A 处流出的气体为 SO2和 O22D.预热 SO3,有利于被浓硫酸吸收解析：原料 SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器,吸收热量后由 A 处流出再进入催化反应室发生反应,并放出大量的热,而热交换器的作用是把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气,然后由下端流入下一个装置,SO3温度过高不易被吸收,所以下
4、端出来的气体温度较低,这也是热交换器的作用之一。答案：D5 5 下列废物处理方法中正确的是( ) A.化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸收B.化学实验中产生的二氧化氮废气可用水吸收C.用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中,产生的废渣可用于提取燃料D.用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中,产生的废气可用于提取漂白剂解析：二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小,A 错误;二氧化氮一般用 NaOH 溶液吸收,发生的反应为2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O,B 错误;黄铁矿经过高温煅烧,废渣的主要成分是氧化铁、二氧化硅、氧化铝等不具有可燃性的物质,从中提取燃料是不现实的,C 错误;硫酸生产过程产生
5、的废气中含有较高浓度的二氧化硫气体,二氧化硫可用作漂白剂,D 正确。答案：D6 6 硫酸工业中采取以下几种措施:改进煅烧黄铁矿的技术;氧化二氧化硫时使用催化剂;在 氧化二氧化硫的设备中安装热交换器;将二氧化硫进行多次循环氧化;回收利用尾气中的二氧化硫。其中能减少酸雨产生的措施是( )A.B.C.D.解析：改进煅烧黄铁矿的技术、氧化二氧化硫时使用催化剂和在氧化二氧化硫的设备中安装热交换器,都与二氧化硫排放的问题无关。答案：D7 7 有关硫酸工业综合经济效益的说法中,正确的是( ) A.甲地有丰富的黄铁矿资源,水源、能源充足,交通便利,是风景秀丽的旅游胜地,虽然当地使用硫酸的工业不多,但为提高当地
6、经济效益宜建硫酸厂B.为减少 SO2对空气的污染,可以建筑高烟囱,使含 SO2的尾气在高空扩散稀释,保证地面达到安全浓度C.硫酸生产过程排放的污染物主要是含 SO2的尾气、固体残渣、废酸和废水等D.选择硫酸厂厂址时,当经济利益与环保问题有冲突时,为提高人们的物质生活水平,应先考虑经济利益的问题解析：硫酸厂是污染性的企业,不应建在风景区;当地使用硫酸的工业不多,也不宜建硫酸厂,因为硫酸的远程运输成本高,危险性大,A 错误。将 SO2排放到高空,SO2的总量不会减少,且会形成酸雨危害环境,B 错误。选择硫酸厂厂址在考虑经济利益的同时,必须考虑环保问题,也就是要提高综合经济利益,D 错误。答案：C3
7、8 8 硫酸工业生产中,通过下列反应使 SO2转化为 SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H=-196.6 kJmol-1。已知常压下 SO3的体积分数为 91%,试回答下列问题:(1)在生产中常用过量的空气是为了 。 (2)加热到 450 是由于 。 (3)压强应采用 (填“加压”“常压”或“减压”),原因是 。 (4)尾气中的 SO2常用氨水等碱溶液吸收,因为 。 解析：工业生产中常增加某一廉价反应物的浓度,以提高另一反应物的转化率。硫酸工业生产中通入过量空气是为了使平衡向正反应方向移动,提高 SO2的转化率,使成本较高的 SO2得到较充分的利用。温度的选择不仅要从反应的程度
8、考虑,还要考虑反应的速率和催化剂的活性。450 时催化剂的活性较高,选择此温度可提高反应速率,缩短反应达到平衡所需的时间。压强的选择主要考虑平衡的移动、设备及动力系统等方面的因素。虽然增大压强可提高该反应中 SO2的转化率,但在常压下 SO3的体积分数已达 91%,而增大压强对设备、动力系统要求高。成本增大,不合算,故工业生产中采用常压。答案：(1)使平衡向正反应方向移动,提高 SO2的转化率,使成本较高的 SO2得到较充分的利用(2)450 时,催化剂的活性较高,选择此温度可提高反应速率,缩短反应达到平衡所需的时间,提高单位时间的产量(3)常压 常压下 SO3的体积分数已达 91%,而增大压
9、强对设备、动力系统要求高,成本增大,综合经济效益降低(4)NH3+H2O+SO2NH4HSO3,即氨水吸收 SO2生成 NH4HSO3,避免污染环境9 9 以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下:(1)沸腾炉中发生反应的化学方程式为 。 (2)接触室中发生反应的化学方程式是 。 (3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是 (选填序号字母)。 A.为使黄铁矿充分燃烧,需将其粉碎B.过量空气能提高 SO2的转化率C.使用催化剂能提高 SO2的反应速率和转化率4D.沸腾炉排出的矿渣可供炼铁(4)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收,再用浓硫酸处理,得到较高浓度的 SO2和铵盐。SO2既可作为生产硫酸的原料循环
10、再利用,也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的 Br2。SO2吸收 Br2的离子方程式是 。 解析：(1)根据原子守恒即可写出化学方程式。(2)SO2和 O2在接触室发生反应生成 SO3:2SO2+O22SO3。(3)选项 A,将黄铁矿粉碎能增加反应接触面积而加快反应速率。选项 B,增加空气(O2)浓度能提高 SO2的转化率。选项 C,催化剂对转化率无影响。选项 D,矿渣中含有 Fe2O3,可用于冶炼铁。答案：(1)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2(2)2SO2+O22SO3(3)ABD(4)SO2+Br2+2H2O4H+2Br-+1010 现代硫酸工业多采用接触法,其工艺流程如下:
11、“接触法”制硫酸需要解决以下几个问题。(1)尽可能多地提高原料的利用率。实际工业生产中是通过以下三点做到的:在造气中使原料充分燃烧。为了使黄铁矿的燃烧更加充分,燃烧在 (填设备名称)中进行。二氧化硫的转化要完全。工业生产中,除通过控制一定的条件使二氧化硫的转化率尽可能增大外,采用的温度和压强为 。 三氧化硫的吸收要充分。工业上用 来吸收,这样做的原因是 。此外,SO3的吸收还采用了“逆流原理”。 (2)尽可能加快制硫酸的反应速率(主要是二氧化硫的催化氧化)。除了适当控制温度、压强之外,原料气在进入催化反应室(接触室)之前必须经过除尘、洗涤、干燥等操作,是为了防止 。 (3)充分利用余热,降低生
12、产成本。主要是指对 SO2的催化氧化反应的余热利用,工业生产中采取的做法是 ,从而解决了 SO3的冷却和 SO2与 O2的预热问题,充分利用了能量。 (4)尽量减少或无工业三废(废水、废气、废渣)的排放。从吸收塔导出的尾气,必须经过回收、净化处理。利用黄铁矿为原料制硫酸的过程中,排出的矿渣和矿灰可以 等,实现了原料的综合利用。 解析：(1)把黄铁矿粉碎成细小的颗粒在沸腾炉中燃烧时,从炉底通入强大的空气流,把矿粒吹得在炉内剧烈翻腾,像沸腾着的液体一样,这样矿粒与空气充分接触,使燃烧更完全、更充分。SO2的催化氧化在常压时的转化率较大,因此不采用高压。SO3与 H2O 反应生成 H2SO4,但利用
13、 H2O 来吸收时会产生大量酸雾,影响吸收效果,因此工业上利用 98%的硫酸来吸收。5(2)一些杂质和矿尘都会使催化剂减弱或失去催化作用,在工业中叫做催化剂中毒。答案：(1)沸腾炉 400500 的高温和常压 98%的硫酸 防止形成酸雾,影响吸收效果(2)催化剂中毒(3)在接触室中安装热交换器(4)作炼铁的原料(或用来制水泥、砖瓦等其他合理答案均可)1111 工业制硫酸生产流程如图:(1)在催化反应室,下列措施中有利于提高 SO2平衡转化率的有 。 A.升高温度B.减小压强C.不断补充空气D.及时分离出 SO3(2)在生产中,为提高催化剂效率采取的措施是 。 A.净化气体B.控制温度在 400
14、500 C.增大催化剂与反应气体的接触面积D.不断补充空气(3)已知 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H=-196 kJmol-1。在 450 、常压和钒催化条件下向一密闭容器中充入 2 mol SO2和 1 mol O2,充分反应后,放出的热量 (填“”或“=”)196 kJ,理由是 。 (4)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为 SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在 500 ,0.1 MPa 条件下达到平衡时,各种气体的体积比为V(SO2)V(SO3)V(O2)V(N2)=0.466.57.782,则 SO2的利用率为 。 (5)生产硫酸过程中的尾气通常用氨水吸收,请
15、写出该反应的化学方程式: 。 解析：(1)SO2转化为 SO3是气体体积减小的放热反应,选择低温高压可提高转化率,同时可鼓入空气或分离出 SO3,使平衡向右移动,C、D 正确。(2)净化气体,防止催化剂中毒,A 项正确;在 400500 时催化剂活性最高,B 项正确;增大与反应气体接触面积可提高催化效果,C 项正确;补充空气对催化效果无影响,D 项错误。(3)2 mol SO2和 1 mol O2完全反应时,放出热量 196 kJ,但可逆反应不能进行彻底,加入的 2 mol SO2和 1 mol O2不能全部反应,所以生成的三氧化硫小于 2 mol,故放热小于 196 kJ。(4)根据元素守恒可93.4%。(5)尾气中含有 SO2、SO3酸性气体,与氨水反应生成(NH4)2SO4和(NH4)2SO3。6答案：(1)CD (2)ABC(3) 2 mol SO2和 1 mol O2完全反应生成 2 mol SO3,放出 196 kJ 的热量,该反应为可逆反应,不可能进行完全,所以放出的热量小于 196 kJ(4)93.4%(5)2NH3H2O+SO3(NH4)2SO4+H2O,2NH3H2O+SO2(NH4)2SO3+H2O