高中化学第一单元走进化学工业课题1化学生产过程中的基本问题2作业新人教版选修21 5页

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 课题 1 化学生产过程中的基本问题 2 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，硫铁矿要在“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 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，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 SO2 C．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 3．关于对 SO2 混合气体净化的目的叙述正确的是( ) ①除尘(除去矿尘)防止催化剂中毒 ②洗涤(除去砷、硒等的化合物)防止催化剂中毒 ③干燥(除去水蒸气)防止催化剂中毒 ④干燥(除去水蒸气)防止对设备和生产的不良影响 A．①②③④ B．①②③ C．①② D．①②④ 4．接触法制硫酸的接触室里有一个热交换器，有关它的下列说法正确的是( ) A．其主要作用是给催化剂加热 B．其作用是把生成的热量传递给需要预热的混合气体，并将反应后生成的气体冷却 C．为了充分利用预热，使冷水经过热交换器，从而得到热水 D．进行热量传递时，冷、热气体流向相同 5．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 6．硫酸制造业中采取以下几种措施：①改进煅烧硫铁矿的技术；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( ) A．①②④⑤ B．②③④⑤ C．①②③④⑤ D．④⑤ 7．接触法生产硫酸的过程中，对废气、废水、废渣、废热的处理正确的是( ) ①尾气用氨水处理 ②污水用石灰乳处理 ③废渣用来造水泥、炼铁 ④设置废热锅炉 产生蒸汽、供热或发电 A．①② B．①③④ C．①②③ D．①②③④ 8．下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是( ) A．在接触室中使用铁粉作催化剂 B．在接触室中运用热交换技术可充分利用能源 C．把黄铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率 D．该反应采用 450～500 ℃主要是因为该温度下催化剂活性好 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 9．硫酸工业生产中，通过下列反应使 SO2 转化为 SO3：2SO2＋O2 2SO3 ΔH＝－196.6 kJ·mol－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____________________________________________。 (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 _______________________________________________________________________________ 。 10．以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下： (1)将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整。 4______＋11O2 2Fe2O3＋8SO2 (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 D．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁 (4)每 160 g SO3 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 _________________________________________________________________ ______。 11．某化学兴趣小组的同学为模拟工业制造硫酸的生产过程，设计了如图所示的装置， 请根据图示回答问题。 (1)装置 A 用来制取氧气，写出相应的化学方程式：______________________。 (2)燃烧炉内放一定量黄铁矿粉末，在高温条件下和 A 装置制出的氧气充分反应，其化 学方程式为______________________；现有含 FeS2 60%的黄铁矿 100 t，如果在煅烧过程中， S 损失了 18%，则可生产质量分数为 98%的硫酸______吨。 (3)C 装置为净化装置，若无该装置，将混合气体直接通入 D 装置，除对装置有腐蚀外， 还会造成的后果是______________________。 (4)工业上利用 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)反应制备 SO3，下表是在一定条件下测定 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 的 SO2 的转化率，根据表格中提供的数据，请选择工业利用该反应制备 SO3 的温度与压强 ______________。 (5)为检验从接触室出来的气体成分，甲同学设计如下实验： ①A 中盛放的试剂是______。 ②B 中盛放 98.3%浓硫酸的作用是______________________，乙同学提出可用饱和 NaHSO3 溶液代替 98.3%的浓硫酸，请你判断乙同学的方案______(填“可行”或“不可行”)， 说明理由______________________。 ③C 中盛放的试剂是______，其作用是______________________。 12．开发氢能是实现社会可持续发展的需要。硫铁矿(FeS2)燃烧产生的 SO2 通过下列碘 循环工艺过程既能制 H2SO4，又能制 H2。 请回答下列问题： (1)已知 1 g FeS2 完全燃烧放出 7.1 kJ 热量，FeS2 燃烧反应的热化学方程式为 ________________________________________________________________________。 (2)该循环工艺过程的总反应方程式为 __________________________________________。 (3)用化学平衡移动的原理分析，在 HI 分解反应中使用膜反应器分离出 H2 的目的是 ________________________________________________________________________。 (4)用吸收 H2 后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用 MH 表示)，NiO(OH)作为电池正极 材料，KOH 溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反 应为： NiO(OH)＋MH Ni(OH)2＋M ①电池放电时，负极的电极反应式为___________________________________________。 ②充电完成时，Ni(OH)2 全部转化为 NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生 O2，O2 扩散 到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极 反应式为____________________________________。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 参考答案 1. 解析：为防止形成酸雾及加快吸收速率，三氧化硫是用浓硫酸吸收，而不是被水吸 收。 答案：D 2. 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、环境污染等问题。 答案：C 3. 解析：除去水蒸气的目的不是防止催化剂中毒，而是防止其对设备和生产的不良影 响。 答案：D 4. 解析：接触室中的热交换器是在每两层催化剂的中间，因此起不到给催化剂加热的 作用，热交换器管内和管外流动的均是气体，且采用的是逆流(即气体流向相反)形式。 答案：B 5. 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 SO2 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 6. 解析：改进煅烧硫铁矿的技术、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，都不涉及二氧化硫排放的问题。 答案：D 7. 解析：硫酸厂尾气中含有 SO2，可用氨水吸收处理；硫酸厂废水中含有硫酸可用石灰 乳中和；硫酸厂废渣中含有 SiO2、Fe2O3 等，可用于制造水泥、炼铁；由于硫酸生产过程中 三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能来降低生产成本。 答案：D 8. 解析：接触室中发生反应：2SO2＋O2 2SO3，催化剂用 V2O5。 答案：A 9. 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同样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考虑，更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＋SO2===NH4HSO3，即氨水吸收 SO2 生成 NH4HSO3，避免污染环境 10. 解析：(1)根据元素守恒可知答案为 FeS2。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 (2)接触室发生 SO2 的催化氧化反应。 (3)A 项增大了反应物的接触面积，加大了反应速率，使原料充分燃烧；B 项过量空气使 化学平衡向正反应方向移动，提高了 SO2 的转化率；C 项催化剂可加大反应速率，但不影响 化学平衡；D 项矿渣中含有 Fe2O3，可用于炼铁。 (4)1 mol SO3 气体与 H2O 化合放出的热量为 260.6 80 160  kJ＝130.3 kJ，从而可写出热化 学方程式。 答案：(1)FeS2 (2)2SO2＋O2 2SO3 (3)ABD (4)SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3 kJ·mol－1 11. 解析：(1)根据图示装置确定是实验室快速制氧气，所以可以用双氧水与二氧化锰 或过氧化钠与水反应制备。(2)涉及的是多步计算，可以用硫的守恒快速计算。(3)砷、硒杂 质会使催化剂中毒。(4)分析表中数据发现，在常压，400～500 ℃时转化率已经比较高了。 (5)关键是要明确尾气成分主要是考虑 SO3、SO2 和 O2，结合尾气的性质进行分析解答。 答案：(1)2H2O2 2H2O＋O2↑或 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑ (2)4FeS2＋11O2===2Fe2O3＋8SO2 82 (3)催化剂中毒 (4)400～500 ℃；常压 (5)①BaCl2 溶液 ②除 SO3 不可行 SO3 与 NaHSO3 反应生成 SO2，对实验结果造成干扰 ③酸性 KMnO4 溶液或溴水 检验并吸收 SO2 12. 解析：(1)4FeS2 ＋11O2 2Fe2O3 ＋8SO2 ，则 4 mol FeS2 燃烧放出的热量为 4 mol×120 g·mol－1×7.1 kJ·g－1＝3 408 kJ。 (2)书写该过程中的化学方程式：SO2＋I2＋2H2O===2HI＋H2SO4,2HI H2＋I2。整理可得 总反应方程式为 SO2＋2H2O===H2SO4＋H2。 (3)对于 2HI H2＋I2 平衡体系，分离出 H2，平衡正向移动，有利于提高 HI 的分解率。 (4)①电池放电发生原电池反应，负极上 MH 发生氧化反应，其电极反应式为 MH＋OH－－ e－===M＋H2O，因为电解质溶液呈碱性。所以 MH 放电后生成的 H＋以 H2O 的形式出现； ②充电完成时，该电解池的阳极材料为 NiO(OH)，阴极材料为 MH，电解质溶液为 KOH 溶液，根据电解池工作原理，阴极上的电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑，但是题中信息为 O2 与阴极产物可发生化学反应，则 H2 被 O2 氧化，在碱性条件下以 OH－形式存在。 答案：(1)4FeS2(s)＋11O2(g)===2Fe2O3(s)＋8SO2(g) ΔH＝－3 408 kJ·mol－1 (2)SO2＋2H2O===H2SO4＋H2 (3)分离出 H2，促使反应 2HI H2＋I2 正向移动，提高 HI 的分解率 (4)①MH＋OH－－e－===M＋H2O ②2H2O＋O2＋4e－===4OH－