人教版选修2第一单元课题1化工生产过程中的基本问题作业

课题 1 化工生产过程中的基本问题 1．有关接触法制硫酸的叙述不正确的是( ) A．硫黄和硫铁矿均可作为生产原料 B．将矿石粉碎，是为了提高矿石的利用率 C．反应中通入过量的空气是为了提高 FeS2 和 SO2 的转化率 D．从吸收塔出来的硫酸经浓缩后可以变成发烟硫酸 解析：A 项，理论上，可转化成 SO2 的任何含硫物质均可作为硫酸的生产原料(如 S、FeS、FeS2、H2S 等)，但在生产实践中，应选取那些储量大、矿质品位高、资 源丰富、便于开采和加工的矿物作为化工原料。综合分析，A 正确。B 项，生产中 对矿石进行粉碎，既可增大原料之间的相对接触面积(增大反应速率)，又可提高原 料 的 利 用 率 ( 转 化 率 ) ， 故 B 正 确 。 C 项 ， 从 硫 酸 生 产 的 三 个 反 应 看 (FeS2――→O2 SO2――→O2 SO3――→H2O H2SO4)，有两个反应要耗用氧气，故生产中可采用 通入过量空气的方法来提高 FeS2 和 SO2 的转化率[炭炉炉气中φ(SO2)＝7%，φ(O2) ＝11%，O2 明显过量]，故 C 正确。D 项，在吸收塔中，是用 98.3%的浓硫酸吸收 SO3，所得到的是“发烟硫酸”，可用水或稀硫酸稀释，制得各种浓度的硫酸，故 D 错误。 答案：D 2．下列关于实验室制取硫酸的说法中，错误的是( ) A．实验室制取硫酸和化工厂制取硫酸原料相同，只有接触法反应中“设备”的大 小不同 B．二氧化硫与氧气在催化剂的表面上接触时发生反应，所以这种制硫酸的方法称 为接触法制硫酸 C．实验过程中所得尾气用水直接吸收后，滴入 BaCl2 溶液可检验 H2SO4 的生成 D．本实验在通风橱中进行 解析：实验室制硫酸与化工厂制取硫酸的原料是不同的，工业制硫酸中使用的二 氧化硫是煅烧硫铁矿或者是燃烧硫黄得到的，故 A 是错误的；B 是接触法制硫酸 的定义，故正确；在实验过程中尾气含有 SO3 和 SO2，同时被水吸收后，溶液中存 在 SO2－ 4 、H2SO3，滴入 BaCl2 后，只有 BaSO4 可以形成沉淀，故可检验有 H2SO4 生成，C 正确；本实验的尾气中含有二氧化硫气体，而二氧化硫有毒，所以实验应 该在通风橱中进行，故 D 是正确的。 答案：A 3．工业上制取硫酸，回收尾气中的废气常选用的试剂是( ) A．氨水 B．NaOH C．H2SO3 D．H2SO4 解析：用氨水吸收尾气中的 SO2，回收利用后还可生产化肥，且氨水价格较低。 答案：A 4．工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有 N2、O2 外，还含有 SO2 等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中 SO2 含量的是( ) A．NaOH 溶液、酚酞试液 B．石灰水、石蕊试液 C．碘水、淀粉溶液 D．氨水、酚酞试液 解析：测定 SO2 含量必须要能跟 SO2 反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应 终点。A 项和 D 项虽然能反应，但 A 在完全生成 Na2SO3 时溶液还是碱性，没变色， 而 D 在 SO2 还没与氨水完全反应时就开始变色了。C 项石灰水中所含溶质较少， 且石蕊试液的颜色变化不明显。 答案：C 5．2SO2(g)＋O2(g) V2O5 △ 2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是 ( ) A．催化剂 V2O5 不改变该反应的逆反应速率 B．增大反应体系的压强，反应速率一定增大 C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间 D．在 t1、t2 时刻，SO3(g)的浓度分别是 c1、c2，则时间间隔 t1～t2 内，SO3(g)生成 的平均速率为 v＝c2－c1 t2－t1 解析：本题重点考查化学反应速率的影响因素，还有反应速率的简单计算。V2O5 作为催化剂，能同等程度的改变正、逆化学反应速率，A 不正确；压强并不是影 响反应速率的唯一因素，只有当其他条件不变时，增大压强，反应速率才增大，B 不正确；不管反应吸热、放热，降低温度均减小反应速率，达到平衡时间增多，C 不正确，据 v＝Δc Δt ，可知 D 正确。 答案：D 6．某工厂用 CaSO4、H2O、NH3、CO2 制备(NH4)2SO4。其工艺流程如下： CaSO4 溶液 ――→ 足量 NH3 甲 ――→ 适量 CO2 乙 ――→ 过滤 滤液――→ 提纯 NH42SO4 CaCO3――→ 煅烧 生石灰 下列推断不合理的是( ) A．往甲中通 CO2 有利于(NH4)2SO4 生成 B．生成 1 mol(NH4)2SO4 至少消耗 2 mol NH3 C．在实际生产中 CO2 可被循环使用 D．直接蒸干滤液能得到纯净的(NH4)2SO4 解 析 ： 该 反 应 原 理 为 2NH3 ＋ CO2 ＋ H2O===(NH4)2CO3 ， CaSO4 ＋ (NH4)2CO3===CaCO3↓＋(NH4)2SO4，CaCO3===== 煅烧 CaO＋CO2↑。直接蒸干会导致 (NH4)2SO4 分解。 答案：D 7．有关硫酸工业综合经济效益的说法中，正确的是( ) A．甲地有丰富的硫铁矿资源，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，故 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，故 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效益，故 D 错误。 答案：C 8．(1)火山喷发所产生的硫磺可用于生产重要的化工原料硫酸。某企业用下图所示 的工艺流程生产硫酸： ①为充分利用反应放出的热量，接触室中应安装________(填设备名称)。吸收塔中 填充有许多瓷管，其作用是______________________________________。 ②为使硫磺充分燃烧，经流量计 1 通入燃烧室的氧气过量 50%。为提高 SO2 转化 率，经流量计 2 的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的 2.5 倍，则 生产过程中流经流量计 1 和流量计 2 的空气体积比应为________。假设接触室中 SO2 的转化率为 95%，b 管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为________(空气 中氧气的体积分数按 0.2 计)，该尾气的处理方法是________________。 ③与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是________(可多选)。 A．耗氧量减少 B．二氧化硫的转化率提高 C．产生的废渣减少 D．不需要使用催化剂 (2)硫酸的用途非常广，可应用于下列哪些方面________(可多选 )。 A．橡胶的硫化 B．表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成 C．铅蓄电池的生产 D．过磷酸钙的制备 (3)矿物燃料的燃烧是产生大气中 SO2 的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰 石，可有效减少煤燃烧时 SO2 的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式 _____________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 解析：(1)①反应设备中应安装热交换器，用来移去反应中放出的热量，使反应后 的气体降温并预热未反应的气体。塔内装有瓷管，从塔的下部通入的三氧化硫与 塔上淋洒下来的浓硫酸在瓷管表面接触而被吸收。②流量计 1 通入氧气的作用是 与硫磺发生反应生成 SO2，流量计 2 通入氧气的作用是与 SO2 反应生成 SO3。 设有 1 mol 的硫磺，则在燃烧室中消耗氧气 1 mol，生成 1 mol SO2，实际通入氧气 为 1.5 mol，则空气为 7.5 mol；在接触室中 1 mol SO2 理论消耗 0.5 mol O2，则需通 入接触室中的 O2 为 1.25 mol，空气为 6.25 mol，故流量计 1 与流量计 2 中的体积 比为 1.5∶1.25＝6∶5＝1.2。SO2 的转化率为 95%，消耗 0.475 mol 的 O2，剩余 0.05 mol SO2，则 SO2 的体积分数为：[0.05/(7.5＋6.25－1－0.475＋0.05)]×100%＝0.4% ＝0.004。用氨水吸收尾气中低浓度的 SO2 生成亚硫酸氢铵，最终用做化肥。 ③两种方法的不同在于第一步反应：4FeS2＋11O2===== △ 2Fe2O3＋8SO2 与硫铁矿的 反应耗氧量增多，产生的废物也多。 (2)B 项中有磺酸基的引入，与硫酸有关；C 项中硫酸做蓄电池的电解质溶液，D 项中过磷酸钙可由硫酸分解磷矿直接制得。 (3)SO2 可用石灰石除去，反应为 2CaCO3＋2SO2＋O2===== △ 2CaSO4＋2CO2(或 2SO2 ＋2CaO＋O2===== △ 2CaSO4)。 答案：(1)①热交换器 增加 SO3 与浓硫酸的接触面积，有利于 SO3 的吸收 ②1.2 0.004 用氨水吸收 ③A、C (2)B、C、D (3)CaCO3===== 高温 CaO＋CO2↑、2SO2＋2CaO＋O2===== △ 2CaSO4(或 2SO2 ＋2CaCO3＋O2===== △ 2CaSO4＋2CO2) 9．分析下面两个案例并回答有关问题。 某城镇生产、生活的分布情况如图所示，河流中 W、X、Y、Z 处某次水样抽测结 果如表所示： 地点 项目 W X Y Z 水温/℃ 15 18 26 25 pH 6 8 5 5 溶解氧量/(mg·L－1) 11 9 7 3 (1)导致 X、Y 处水样 pH 变化的原因可能是_______________________； (2)Z 处 鱼 类 大 量 减 少 ， 产 生 这 种 现 象 的 原 因 可 能 是 ______________________________________________________________________ __ ______________________________________________________________________ __。 解析：从给出的数据看，X 处水样呈碱性，Y 处水样呈酸性，Z 处水样缺氧。造纸 厂排放的碱性污水使 X 处河水 pH 升高，火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未 达标就排放，造成 Y 处的河水 pH 降低(或火力发电厂燃烧产生的 SO2 会导致酸雨 的产生，使 Y 处的河水 pH 降低)，化肥厂、农田及生活污水使 Z 处河水富营养化， 水温较高，适于藻类等水生植物生长，河水中溶解的氧被大量消耗，导致鱼类死 亡。 答案：(1)造纸厂排放的碱性污水使 X 处河水 pH 升高，火力发电厂净化烟气的酸 性废水治理未达标就排放，造成 Y 处的河水 pH 降低(或火力发电厂燃烧产生的 SO2 会导致酸雨，飘落后使 Y 处的河水 pH 降低) (2)化肥厂、农田及生活污水使 Z 处河水富营养化，水温较高，适于藻类等水生植 物生长，河水中溶解的氧被大量消耗，导致鱼类死亡 10．某硫酸厂初步处理后的尾气中含 0.2%的 SO2 和 10%的 O2(均为体积分数)。为 了进一步除去 SO2，并将 SO2 转变为(NH4)2SO4，有人设计了如下方案：在 400 ℃ 时，尾气以 5 m3/h 的速率通过 V2O5 的催化剂层后，与 20 L/h 速率的氨气混合喷水。 此时气体温度由 400 ℃降至 200 ℃，在热的结晶装置中得到(NH4)2SO4 晶体(气体的 体积已转换为标准状况)。请回答下列问题： (1)按反应中的理论值，SO2 和 O2 的体积比为 2∶1，但实际生产中这个比值是多少？ 为什么？ (2)通过计算说明为什么尾气以 5 m3/h 的速率与 20 L/h 速率的氨气混合？ (3)若该厂每天排放 10 000 m3 尾气，求该厂每月(按 30 天计算)可得到(NH4)2SO4 的 质量为多少？ 解析：(1)根据 2SO2＋O2 2SO3，SO2 和 O2 按 2∶1(体积比)的理论值反应，但实 际上 V(SO2)∶V(O2)＝0.2%∶10%＝1∶50。根据化学平衡移动原理，增大廉价的氧 气的浓度，可使反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)向生成三氧化硫方向移动，这样 可以增大较贵重的二氧化硫的转化率。 (2)2NH3 ～ SO2 2 1 v(NH3) 5 L/h×103×0.2% v(NH3)＝20 L/h (3)根据 2SO2＋O2 2SO3，以及 SO3＋H2O＋2NH3===(NH4)2SO4 得关系式：SO2 ～ 2NH3 ～(NH4)2SO4 22.4 L 132 g 107 L×0.2%×30 m[(NH4)2SO4] m[(NH4)2SO4]＝3.54×106 g＝3.54 t 答案：(1)1∶50 原因：根据化学平衡移动原理，增大廉价的氧气的浓度可使反应： 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)向生成三氧化硫方向移动，这样可以增大较贵重的 SO2 的转化率。 (2)2NH3 ～ SO2 2 1 v(NH3) 5×103×0.2% L/h v(NH3)＝20 L/h (3)3.54 t