2020学年高中化学 课时跟踪训练（一）化工生产过程中的基本问题 新人教版选修2 6页

1 课时跟踪训练(一)　化工生产过程中的基本问题 一、选择题(本题包括 10 小题，每小题 5 分，共 50 分) 1．有关接触法制硫酸的叙述不正确的是(　　) A．硫黄和黄铁矿均可作为生产原料 B．SO2 转化为 SO3，需在催化剂加热条件下进行 C．热交换器可对生成气体冷却，对原料气体加热 D．从吸收塔出来的硫酸经浓缩后可以变成发烟硫酸 2．下列说法正确的是(　　) A．合成硫酸的工业尾气可以直接排入大气 B．进入接触室的气体，必须先经净化、干燥 C．从沸腾炉中排出的炉渣可以作为肥料 D．在高温、高压下由 SO2 和 O2 合成 SO3 3．在工业生产硫酸中，在吸收塔内用来吸收三氧化硫的是(　　) A．H2O　　　　　　　　　 B．稀硫酸 C．浓硫酸 D．氨水 4．工业上生产硫酸，回收尾气中 SO2 气体，最好选用的是(　　) A．氨水 B．NaOH C．Ca(OH)2 D．浓硫酸 5．接触法制硫酸的沸腾炉出来的炉气必须经过净化处理，其正确过程是(　　) A．洗涤、干燥、除尘 B．干燥、除尘、洗涤 C．除尘、洗涤、干燥 D．除去硒和砷的化合物 6．为了提高硫酸工业的综合经济效益，下列做法正确的是(　　) ①对硫酸工业生产中产生的废气、废渣、废液进行综合利用　②充分利用硫酸工业生产 中的“废热”　③不把硫酸厂建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区 A．① B．② C．③ D．①②③ 7.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接触室(如右图)，图中在 a、b、c 处流入或流出的气体正 确的是(　　) A．a 处 SO2、N2　 B．b 处 SO2、O2、N2 C．a 处 SO3、O2 D．c 处 SO3、N2 8．硫酸制造业中采取以下几种措施：①改进煅烧黄铁矿的技术；②氧化二氧化硫时使 用催化剂；③在氧化二氧化硫的设备中安装热交换器；④将二氧化硫进行多次循环氧化；⑤ 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(　　) 2 A．①②④⑤ B．②③④⑤ C．①②③④⑤ D．④⑤ 9．在制硫酸的工业中有以下反应：2SO2(g)＋O2(g) 催化剂 400～500 ℃2SO3(g)　ΔH<0，下列 说法错误的是(　　) A．生产中通入过量的空气，可以提高二氧化硫的转化率 B．生产中选择 400～500 ℃，不仅能增大反应速率，而且催化剂的活性好 C．根据实际情况在生产中选择常压，可以提高综合经济效益 D．在催化反应室被氧化生成的三氧化硫，进入吸收塔被水吸收制成硫酸 10．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 二、非选择题(本题包括 4 小题，共 50 分) 11．(12 分)在硫酸工业中，通过下列反应使 SO2 转化为 SO3：2SO2＋O22SO3(放热反 应)。已知常压下平衡混合气体中 SO3 体积分数为 91%。试回答： (1)在生产中常用过量的空气是为了__________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)加热到 400～500 ℃是由于_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)压强采用________，原因是______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)常用浓 H2SO4 来吸收 SO3，而不用水，因为________________________________ ________________________________________________________________________。 12．(13 分)工业制硫酸生产流程如下图所示： (1) 我国黄铁矿资源比较丰富，但很多工厂仍以硫黄为原料生产硫酸，理由是 ________________________________________________________________________。 3 (2)在催化反应室，下列措施中有利于提高 SO2 平衡转化率的是______________。 A．升高温度 B．减小压强 C．不断补充空气 D．及时分离出 SO3 (3) 在 生 产 中 为 提 高 催 化 剂 催 化 效 率 采 取 了 哪 些 措 施 ？ ______________________________(至少答出两点措施)。 (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)＝0.46∶ 6.54∶7.73∶82，则 SO2 的转用率为________。 13．(12 分)硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位。 (1)硫酸的最大消费渠道是化肥工业，用硫酸制造的常见化肥有________________(任写 一种)。 (2)硫酸生产中，根据化学平衡原理来确定的条件或措施有____________(填写序号)。 A．矿石加入沸腾焙烧炉之前先粉碎 B．使用 V2O5 作催化剂 C．催化反应室中使用适宜的温度 D．净化后的炉气中要有过量的空气 E．催化氧化在常压下进行 F．吸收塔中用 98.3%的浓硫酸吸收 SO3 (3)在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫： 2SO2(g)＋O2(g)催化剂 △ 2SO3(g)(放热反应) 在实际工业生产中，常采用“二转二吸法”，即将第一次转化生成的 SO3 分离后，将未 转化的 SO2 进行二次转化，假若两次 SO2 的转化率均为 95% ，则最终 SO2 的转化率为 ________。 (4)硫酸的工业制法过程涉及三个主要的化学反应及相应的设备(沸腾炉、接触室、吸收 塔)。 ①三个设备分别使反应物之间或冷热气体间进行了“对流”。请简单描述吸收塔中反应 物之间是怎样对流的。___________________________________________________________。 ②工业生产中常用氨—酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。用化学 方程式表示其反应原理(只写出 2 个化学方程式即可)。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 14．(13 分)以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下： 4 (1)接触室中发生反应的化学方程式是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)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 d．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁 (3)每 160 g SO 3 气体与 H2O 化合放出 260.6 kJ 的热量，该反应的热化学方程式是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (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__________________________________________。 答 案 1．选 D　在吸收塔中，用 98.3%的硫酸吸收 SO3 得到的就是“发烟硫酸”，可用水或稀 硫酸稀释，制得各种浓度的硫酸，故 D 项不正确。 2．选 B　硫酸工业的尾气中含有 SO2 气体，不能直接排入大气，A 错；沸腾炉中排出的 炉渣中含有 Fe2O3、砷、硒化合物等，不能用作肥料，C 错；D 项中的反应在常压下经济效益 较好。 3．选 C　用水吸收 SO3 会产生酸雾，腐蚀设备，所以用浓硫酸来吸收 SO3。 4．选 C　工业上用廉价的 Ca(OH)2 吸收尾气中的 SO2，使其生成 CaSO3，然后再用 H2SO4 处理，从而得到含量较高的 SO2，可返回用作原料，故选 C。 5．选 C　沸腾炉出来的气体中含有矿尘以及砷、硒化合物等，这些物质能使催化剂中 毒，可通过除尘、洗涤除去；水蒸气对设备和生产有不良影响，必须干燥。 6．选 D　①建立处理“三废”措施，严格执行国家“三废”排放标准；②变“三废” 5 为宝，实行综合利用。尽可能地利用“废气、废渣、废液、废热”，既可以提高原料的利用 率，降低成本，又能减少对环境的污染。硫酸厂对环境的污染是比较严重的，不能建立在人 口稠密的地区和环保要求高的地区。 7．选 B　a 处通入的是温度较低的原料气(SO2、O2 和 N2)，经过热交换器的预热，b 处 得到的是温度较高的混合气体(SO2、O2、N2)，然后该气体经过接触室的上端进入接触室反应 生成 SO3，由于该反应是可逆反应，所以 c 处流出的气体中，既有 SO3 和 N2，同时还含有 SO2、 O2。 8．选 D　减少酸雨产生，即减少向环境中排放 SO2，④和⑤能达此目的。 9．选 D　用水吸收三氧化硫容易形成酸雾，应用 98%硫酸吸收三氧化硫。 10．选 C　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，也就是要提高综合社会效益，故 D 错误。 11．解析：此题考查了在硫酸工业中运用化学平衡原理选择适宜生产条件的能力。选择 适宜的反应条件，要从浓度、温度、压强、催化剂等条件中考虑该反应的速率、转化率，同 时还要考虑工业生产的实际情况。如第(2)(4)两问是考虑速率问题，第(1)(3)两问则是考虑 化学平衡问题，且第(3)问还要考虑生产的实际情况。 答案：(1)增大氧气的浓度，提高成本较高的 SO2 的转化率 (2)在此温度下，催化剂活性最好，反应速率快，可缩短达到平衡的时间，提高单位时 间内 SO3 的产率 (3)常压　因常压下平衡混合气体中 SO3 的体积分数已达很高，若再加压，对设备动力 系统要求高，成本高，加压已无实际意义 (4)用水吸收易形成酸雾，降低吸收速率，同时腐蚀设备 12．解析：二氧化硫转化为三氧化硫的反应为正反应气体体积减小的放热反应，所以低 温高压有利于提高二氧化硫的转化率，增加反应物 O2 的浓度和减少生成物 SO3 的浓度，可使 化学平衡向正方向移动，提高 SO2 的转化率。在生产过程中，氮气没有参加反应，所以其体 积不变，则可看作反应前气体的体积 SO2、O2、N2 分别为 7 L、11 L、82 L，反应后 SO2 的体 积为 0.46 L，所以 SO2 的转化率为 6.54 7 ×100%＝93.4%。 答案：(1)黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物多，处理成本高　(2)CD (3)①净化气体；②控制温度在 400～500 ℃；③增大催化剂与反应气体的接触面积　 (4)93.4% 13．解析：(2)根据化学平衡原理来确定的条件有 D 项(增大反应物浓度，使平衡正向移 动)；根据化学平衡移动原理，降温有利于平衡正向移动，保持适宜温度是为了使催化剂效 6 率最高。 (3)转化率为 95%＋(1－95%)×95%＝99.75%。 (4)SO2 用氨水吸收后再用 H2SO4 处理，可得相应化肥，SO2 可以再次循环利用。 答案：(1)(NH4)2SO4(或 K2SO4)　(2)D　(3)99.75% (4)①SO3 从吸收塔底部进入，吸收剂(浓硫酸)从顶部下淋，形成对流 ②SO2＋NH3·H2O===NH4HSO3 2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑ [或 SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O (NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑] 14．解析：本题主要考查硫酸工业、热化学方程式的书写、计算等。 (1)SO2 和 O2 在接触室发生反应生成 SO3：2SO2＋O2催化剂 加热 2SO3。 (2)选项 a，将黄铁矿粉碎能增加反应物接触面积而加快反应速率。选项 b，增加反应物 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。 (3)160 g SO3(g)与 H2O(l)反应生成 H2SO4(l)放出 260.6 kJ 热量，则 1 mol SO3(g)与 H2O(l) 反 应 生 成 H2SO4(l) 放 出 130.3 kJ 热 量 ， 则 相 关 热 化 学 方 程 式 为 SO3(g) ＋ H2O(l)===H2SO4(l)　ΔH＝－130.3kJ/mol。 答案：(1)2SO2＋O2催化剂 加热 2SO3 (2)abd (3)SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3 kJ/mol (4)SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO2－4