課題1化工生產(chǎn)過程中的基本問題

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1、 第1單元 課題1 (本欄目內(nèi)容，在學(xué)生用書中以活頁形式分冊裝訂！) 一、選擇題 1．環(huán)境污染已成為人類社會面臨的重大威脅，各種污染數(shù)不勝數(shù)，下列名詞與環(huán)境污染無關(guān)的是(　　) ①溫室效應(yīng)?、诔喑薄、鬯嵊辍、芄饣瘜W(xué)污染?、莩粞鯇涌斩? ⑥水俁病?、叱毕、啻蟛弊硬? A．①②　　　　　　　　 B．⑦⑧ C．⑥⑦⑧ D．②⑤⑦ 【解析】　①③④⑤屬于大氣污染，②⑥屬于水污染，潮汐是一種自然現(xiàn)象，大脖子病是因人體缺乏碘元素造成的，所以⑦⑧不屬于環(huán)境污染。 【答案】　B 2．關(guān)于反應(yīng)2SO2＋O22SO3，在一定條件下達到平衡狀態(tài)，再加入一定量的18O2，則建立新平

2、衡時，含有18O的物質(zhì)是(假定原平衡體系中不含18O)(　　) ①二氧化硫?、谘鯕狻、廴趸? A．①② B．②③ C．①②③ D．①③ 【解析】　因該反應(yīng)可逆，18O2不能徹底轉(zhuǎn)化，部分進入SO3中，同時SO3逆向分解，部分18O進入SO2中，故三種物質(zhì)均有18O。 【答案】　C 3．下列說法正確的是(　　) A．在設(shè)計化工生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)條件時，只要將化學(xué)反應(yīng)的特點和化學(xué)反應(yīng)理論相結(jié)合進行全面分析就沒問題了 B．在設(shè)計化工生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)條件時，若化學(xué)反應(yīng)的速率很高，就不需要考慮催化劑的問題 C．在現(xiàn)代工業(yè)上將二氧化硫氧化為三氧化硫的適宜條件是高溫、高壓和催化劑 D

3、．在2SO2＋O22SO3中，對“450 ℃”的選擇，來自對反應(yīng)物性質(zhì)和催化劑性質(zhì)的綜合考慮 【解析】　在設(shè)計化工生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)條件時，若化學(xué)反應(yīng)速率過高而對生產(chǎn)不利時，就要考慮施加負催化劑的問題。 【答案】　D 4．(2009年天津質(zhì)檢)下列有關(guān)硫鐵礦制硫酸的說法中，正確的是(　　) A．沸騰爐中出來的爐氣，可直接進入轉(zhuǎn)化器中進行催化氧化 B．焙燒硫鐵礦的反應(yīng)中，二氧化硫是唯一的氧化產(chǎn)物 C．生產(chǎn)過程中要采用高溫高壓，以有利于二氧化硫更好地轉(zhuǎn)化為三氧化硫 D．三氧化硫在吸收塔中被吸收時，通常用質(zhì)量分數(shù)為98.3%的硫酸做吸收劑，而不直接用水吸收 【解析】　A項中，爐化需要經(jīng)過

4、凈化，除雜處理；B項中，鍛煉FeS2時，鐵元素和硫元素均被氧化；C項中，反應(yīng)正向為放熱反應(yīng)，高溫不利于SO3的合成。 【答案】　D 5．接觸法生產(chǎn)硫酸的過程中，對廢氣、廢水、廢渣、廢熱的處理正確的是(　　) ①尾氣用氨水處理?、谖鬯檬胰樘幚怼、蹚U渣用來造水泥、煉鐵?、茉O(shè)置廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽、供熱或發(fā)電 A．①② B．①③④ C．①②③ D．①②③④ 【解析】　硫酸廠尾氣中含有SO2，可用氨水吸收處理；硫酸廠廢水中含有硫酸可用石灰乳中和；硫酸廠廢渣中含有SiO2、Fe2O3等，可用于制造水泥、煉鐵；由于硫酸生產(chǎn)過程中三個化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，可以充分利用這些反應(yīng)放出的熱能來

5、降低生產(chǎn)成本。 【答案】　D 6．下列關(guān)于實驗室制取硫酸的說法中，錯誤的是(　　) A．實驗室制取硫酸和化工廠制取硫酸原料相同，只有接觸法反應(yīng)中“設(shè)備”的大小不同 B．二氧化硫與氧氣在催化劑的表面上接觸時發(fā)生反應(yīng)，所以這種制硫酸的方法稱為接觸法制硫酸 C．實驗過程中所得尾氣用水直接吸收后，滴入BaCl2溶液可檢驗H2SO4 的生成 D．本實驗在通風(fēng)櫥中進行 【解析】　實驗室制硫酸與化工廠制取硫酸的原料是不同的，工業(yè)制硫酸中使用的二氧化硫是煅燒硫鐵礦或者是燃燒硫黃得到的，故A是錯誤的；B是接觸法制硫酸的定義，故正確；在實驗過程中尾氣含有SO3和SO2，同時被水吸收后，溶液中存在SO

6、42－、H2SO3，滴入BaCl2后，只有BaSO4可以形成沉淀，故可檢驗有H2SO4生成，C正確；本實驗的尾氣中含有二氧化硫氣體，而二氧化硫有毒，所以實驗應(yīng)該在通風(fēng)櫥中進行，故D是正確的。 【答案】　A 7．某制藥廠尾氣中含少量SO2氣體，一般用NaOH溶液或氨水吸收，以防污染環(huán)境。分別用0.1 mol·L－1的NaOH溶液或同濃度的氨水處理相同量的尾氣，兩種方法所需吸收液的體積關(guān)系是(　　) A．NaOH溶液的體積大于氨水 B．NaOH溶液的體積等于氨水 C．NaOH溶液的體積小于氨水 D．無法判斷 【解析】　SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O，SO2＋2NH3·H2O

7、===(NH4)2SO3＋H2O。 【答案】　B 8．以氫氣、一氧化碳為主要成分，供化學(xué)合成的一種氣體叫合成氣。工業(yè)上通過“天然氣蒸氣轉(zhuǎn)化”反應(yīng)來得到合成氣，其反應(yīng)為：CH4＋H2O(g)CO＋3H2(正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))。工業(yè)上通過采用合適的溫度和壓強、適宜的催化劑以及合適的CH4和H2O配比來獲得最佳的生產(chǎn)效率。對于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的有關(guān)敘述正確的是(　　) A．增大壓強，有利于得到更多的合成氣 B．反應(yīng)溫度越低，越有利于合成氣的生產(chǎn) C．工業(yè)生產(chǎn)中采用加入過量水蒸氣的方法來提高甲烷的利用率 D．工業(yè)生產(chǎn)中使用催化劑的目的在于提高甲烷的利用率 【解析】　CH4(g)＋H2O(g)

8、CO(g)＋3H2(g)　ΔH>0，反應(yīng)的特點是：正反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)。低溫、高壓都不利于合成氣的生成；催化劑的使用，不影響平衡的移動，即不影響反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；同時低壓也不利于工業(yè)化合成氣的生產(chǎn)。 【答案】　C 9．(2009年青島模擬)有關(guān)硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟效益的說法中正確的是(　　) A．甲地有豐富的硫鐵礦資源，水源能源充足，交通便利，是風(fēng)景秀麗的旅游勝地，雖當?shù)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多，但為提高當?shù)亟?jīng)濟效益宜建硫酸廠 B．為減少SO2對空氣的污染，可以建筑高煙囪，使含SO2的尾氣在高空擴散稀釋，到達地面時達到安全濃度 C．硫酸生產(chǎn)過程排放的污染物主要是含SO2的尾氣、

9、固體燒渣、廢酸和廢水等 D．選擇硫酸廠廠址時，當經(jīng)濟利益與環(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)濟利益的問題 【解析】　A項中，硫酸廠產(chǎn)生的SO2會污染環(huán)境，且H2SO4使用量小，會增加外銷的成本；B項中，高煙鹵并不能減小SO2的排放量；D項中，應(yīng)首先考慮環(huán)保問題。 【答案】　C 10．將三氧化硫溶解在硫酸中所得到的混合物叫做“發(fā)煙硫酸”(H2SO4·nSO3)，通常以三氧化硫的質(zhì)量分數(shù)表示其組成。今將0.118 5 g發(fā)煙硫酸試樣溶于水，用0.125 mol·L－1的NaOH標準溶液滴定，用去此標準溶液20 mL恰好中和，則試樣中SO3的質(zhì)量分數(shù)為(　　) A．15

10、% B．17% C．34% D．60% 【解析】　找到關(guān)系：H2SO4·nSO3－2(n＋1)NaOH，n(NaOH)＝0.125 mol·L－1×0.02 L＝2.5×10－3mol，則n(H2SO4·nSO3)＝mol，則有：g·mol－1＝(98＋80n) g·mol－1，n＝0.216 2，則試樣中SO3的質(zhì)量分數(shù)為×100%＝15%。 【答案】　A 二、非選擇題 11．石膏也可用于工業(yè)生產(chǎn)二氧化硫，進而生產(chǎn)硫酸。天然石膏的化學(xué)式為CaSO4·2H2O。將天然石膏脫水后，第2步化學(xué)反應(yīng)就可制得二氧化硫。 (1)寫出第1步反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________

11、_______________________。 (2)在第2步化學(xué)反應(yīng)中，下列原料可以使用的是(用序號填空)________。寫出有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的方程式______________________________________。 ①空氣?、谘鯕狻、哿蛩帷、芙固? (3)在第2步化學(xué)反應(yīng)中，可能會排入空氣的氣態(tài)污染物是________。它(或它們)的主要危害是______________________________________。 【解析】　在CaSO4→SO2的變化中硫元素被還原，所以要使用還原劑(焦炭)。焦炭的氧化產(chǎn)物中有可能含有一氧化碳。 【答案】　(1)CaSO4·2H2

12、OCaSO4＋2H2O (2)④　2CaSO4＋C2CaO＋2SO2↑＋CO2↑ (3)二氧化硫和一氧化碳　二氧化硫?qū)е滤嵊辏谎趸际谷酥卸? 12．已知氫氧化鈣和碳酸鈣在水中存在下列溶解平衡：Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)，CaCO3(s)CO32－(aq)＋Ca2＋(aq)。在火力發(fā)電廠燃燒煤的廢氣中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。為了除去有害氣體SO2并變廢為寶，常常用粉末狀的碳酸鈣或熟石灰的懸濁液洗滌廢氣。 (1)寫出上述兩個反應(yīng)的化學(xué)方程式： ①SO2與CaCO3懸濁液反應(yīng)________________________________

13、______； ②SO2與Ca(OH)2懸濁液反應(yīng)______________________________________。 (2)試說明用熟石灰的懸濁液而不用澄清石灰水的理由___________________________。 (3)在英國進行的一項研究結(jié)果表明：高煙囪可以有效地降低地表面的SO2濃度。在上世紀的60～70年代的十年間，由發(fā)電廠排放的SO2增加了45%，但由于建造高煙囪的結(jié)果，地表面SO2濃度卻降低了30%之多。 請你從全球環(huán)境保護的角度，分析這種方法是否可取并簡述理由。 【解析】　本題以工業(yè)尾氣中SO2的處理為背景，考查了環(huán)保知識，解答問題的關(guān)鍵是從反應(yīng)的

14、實質(zhì)入手。 【答案】　(1)①CaCO3＋SO2===CaSO3＋CO2 ②SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O (2)由于Ca(OH)2的溶解度太小，澄清石灰水吸收SO2的效果不好 (3)不可取，這種方法雖然能減少地表面SO2的濃度，但SO2仍然存在，污染并未消除 13．黃鐵礦(主要成分為FeS2)是工業(yè)制取硫酸的重要原料，其煅燒產(chǎn)物為SO2和Fe3O4。 (1)將0.050 mol SO2(g)和0.030 mol O2(g)放入容積為1 L的密閉容器中，反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)在一定條件下達到平衡，測得c(SO3)＝0.040 mol·L－

15、1。計算該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K和SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(寫出計算過程)。 (2)已知上述反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時，在體積不變的條件下，下列措施中有利于提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率的有________(填字母)。 A．升高溫度 B．降低溫度 C．增大壓強 D．減小壓強 E．加入催化劑 F．移出氧氣 (3)SO2尾氣用飽和Na2SO3溶液吸收可得到重要化工原料，反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________。 (4)將黃鐵礦的煅燒產(chǎn)物Fe3O4溶于H2SO4后，加入鐵粉，可制備FeSO4。酸溶過程中需保持溶液足夠酸性，其原

16、因是______________________________________。 【解析】　(2)欲提高SO2轉(zhuǎn)化率，則平衡需正向移動，根據(jù)反應(yīng)方程式知，降低溫度、增大壓強都使平衡右移，B、C正確。(4)因Fe2＋、Fe3＋均能水解，為防止水解，故需加酸抑制；鐵粉除了能將Fe3＋還原為Fe2＋外，還可防止Fe2＋被氧化。 【答案】　(1) 　　 　 2SO2(g)　 ＋　 O2(g) 　　 2SO3(g) 0.050 0.030 0 0.050－0.040 0.030－0.040/2 0.040 所以，K

17、＝＝＝1.6×103 L·mol－1 α(SO2)＝×100%＝80% (2)BC (3)SO2＋H2O＋Na2SO3===2NaHSO3 (4)抑制Fe3＋、Fe2＋的水解，防止Fe2＋被氧化成Fe3＋ 14．如下圖所示的裝置是仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程設(shè)計出來的，用于探究工業(yè)上為何采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫。 試填寫下列空白： (1)寫出工業(yè)上用FeS2制取SO2的化學(xué)方程式：______________________________。 (2)寫出上圖中部分裝置的作用：①甲______________________________________； ②丙和

18、?。篲_____________________________________。 (3)若丁裝置在反應(yīng)過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能原因是：①丙中插入濃硫酸中的導(dǎo)管插入太深，使兩個吸收瓶內(nèi)的壓強差較大，導(dǎo)致SO3從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧：②________________________。 (4)上圖裝置中的甲和乙部分、丙和丁部分分別與工業(yè)制取硫酸的裝置相對應(yīng)，甲和乙相當于________；丙和丁相當于________。 (5)在硫酸工業(yè)制法中，下列對生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因的敘述都正確的是________(填下列選項的序

19、號)。 A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中燃燒 B．從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中二氧化碳會與雜質(zhì)反應(yīng) C．二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率 D．三氧化硫用98.3%的濃硫酸溶液吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率 【解析】　(2)甲裝置除干燥SO2和O2外，還有2個作用：使原料混合均勻；通過觀察氣泡的多少控制氣體的流量。 (3)濃H2SO4可以吸收大量SO3形成發(fā)煙硫酸。 【答案】　(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 (2)①干燥SO2和O2?、谖誗O3并做對照實驗 (3)②濃硫酸對SO3的吸收效果遠好于水的吸收效果，SO3被濃硫酸充分吸收 (4)接觸室　吸收塔 (5)D 6