PAGE6-課題1化工生產過程中的基本問題1．有關接觸法制硫酸的敘述不正確的是()A．硫黃和硫鐵礦均可作為生產原料B．將礦石粉碎，是為了提高礦石的利用率C．反應中通入過量的空氣是為了提高FeS2和SO2的轉化率D．從汲取塔出來的硫酸經濃縮后可以變成發煙硫酸解析：A項，理論上，可轉化成SO2的任何含硫物質均可作為硫酸的生產原料(如S、FeS、FeS2、H2S等)，但在生產實踐中，應選取那些儲量大、礦質品位高、資源豐富、便于開采和加工的礦物作為化工原料。綜合分析，A正確。B項，生產中對礦石進行粉碎，既可增大原料之間的相對接觸面積(增大反應速率)，又可提高原料的利用率(轉化率)，故B正確。C項，從硫酸生產的三個反應看(FeS2eq\o(→,\s\up10(O2))SO2eq\o(→,\s\up10(O2))SO3eq\o(→,\s\up10(H2O))H2SO4)，有兩個反應要耗用氧氣，故生產中可采納通入過量空氣的方法來提高FeS2和SO2的轉化率[炭爐爐氣中φ(SO2)＝7%，φ(O2)＝11%，O2明顯過量]，故C正確。D項，在汲取塔中，是用98.3%的濃硫酸汲取SO3，所得到的是“發煙硫酸”，可用水或稀硫酸稀釋，制得各種濃度的硫酸，故D錯誤。答案：D2．下列關于試驗室制取硫酸的說法中，錯誤的是()A．試驗室制取硫酸和化工廠制取硫酸原料相同，只有接觸法反應中“設備”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生反應，所以這種制硫酸的方法稱為接觸法制硫酸C．試驗過程中所得尾氣用水干脆汲取后，滴入BaCl2溶液可檢驗H2SO4的生成D．本試驗在通風櫥中進行解析：試驗室制硫酸與化工廠制取硫酸的原料是不同的，工業制硫酸中運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；在試驗過程中尾氣含有SO3和SO2，同時被水汲取后，溶液中存在SOeq\o\al(2－,4)、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；本試驗的尾氣中含有二氧化硫氣體，而二氧化硫有毒，所以試驗應當在通風櫥中進行，故D是正確的。答案：A3．工業上制取硫酸，回收尾氣中的廢氣常選用的試劑是()A．氨水B．NaOHC．H2SO3D．H2SO4解析：用氨水汲取尾氣中的SO2，回收利用后還可生產化肥，且氨水價格較低。答案：A4．工業上以硫鐵礦為原料制硫酸所產生的尾氣除了含有N2、O2外，還含有SO2等對環境有較大影響的有害氣體。能用于測定硫酸尾氣中SO2含量的是()A．NaOH溶液、酚酞試液 B．石灰水、石蕊試液C．碘水、淀粉溶液 D．氨水、酚酞試液解析：測定SO2含量必須要能跟SO2反應，而且可以用顏色變更來精確確定反應終點。A項和D項雖然能反應，但A在完全生成Na2SO3時溶液還是堿性，沒變色，而D在SO2還沒與氨水完全反應時就起先變色了。C項石灰水中所含溶質較少，且石蕊試液的顏色變更不明顯。答案：C5．2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up10(V2O5),\s\do15(△))2SO3(g)是制備硫酸的重要反應。下列敘述正確的是()A．催化劑V2O5不變更該反應的逆反應速率B．增大反應體系的壓強，反應速率肯定增大C．該反應是放熱反應，降低溫度將縮短反應達到平衡的時間D．在t1、t2時刻，SO3(g)的濃度分別是c1、c2，則時間間隔t1～t2內，SO3(g)生成的平均速率為v＝eq\f(c2－c1,t2－t1)解析：本題重點考查化學反應速率的影響因素，還有反應速率的簡潔計算。V2O5作為催化劑，能同等程度的變更正、逆化學反應速率，A不正確；壓強并不是影響反應速率的唯一因素，只有當其他條件不變時，增大壓強，反應速率才增大，B不正確；不管反應吸熱、放熱，降低溫度均減小反應速率，達到平衡時間增多，C不正確，據v＝eq\f(Δc,Δt)，可知D正確。答案：D6．某工廠用CaSO4、H2O、NH3、CO2制備(NH4)2SO4。其工藝流程如下：eq\x(CaSO4溶液)eq\o(→,\s\up10(足量NH3))eq\x(甲)eq\o(→,\s\up10(適量CO2))eq\x(乙)eq\o(→,\s\up10(過濾))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(濾液\o(→,\s\up10(提純))NH42SO4,CaCO3\o(→,\s\up10(煅燒))生石灰))下列推斷不合理的是()A．往甲中通CO2有利于(NH4)2SO4生成B．生成1mol(NH4)2SO4至少消耗2molNH3C．在實際生產中CO2可被循環運用D．干脆蒸干濾液能得到純凈的(NH4)2SO4解析：該反應原理為2NH3＋CO2＋H2O=(NH4)2CO3，CaSO4＋(NH4)2CO3=CaCO3↓＋(NH4)2SO4，CaCO3eq\o(=,\s\up10(煅燒))CaO＋CO2↑。干脆蒸干會導致(NH4)2SO4分解。答案：D7．有關硫酸工業綜合經濟效益的說法中，正確的是()A．甲地有豐富的硫鐵礦資源，水源、能源足夠，交通便利，是風景秀麗的旅游勝地，雖然當地運用硫酸的工業不多，但為提高當地經濟效益宜建硫酸廠B．為削減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，保證地面達到平安濃度C．硫酸生產過程排放的污染物主要是含SO2的尾氣、固體殘渣、廢酸和廢水等D．選擇硫酸廠廠址時，當經濟利益與環保問題有沖突時，為提高人們的物質生活水平，應先考慮經濟利益的問題解析：硫酸廠是污染性的企業，不應建在風景區；當地運用硫酸的工業不多，也不宜建硫酸廠，因為硫酸的遠程運輸成本高，危急性大，故A錯誤。將SO2排放到高空，SO2的總量不會削減，且會形成酸雨危害環境，故B錯誤。選擇硫酸廠廠址在考慮經濟利益的同時，必需考慮環保問題，也就是要提高綜合經濟效益，故D錯誤。答案：C8．(1)火山噴發所產生的硫磺可用于生產重要的化工原料硫酸。某企業用下圖所示的工藝流程生產硫酸：①為充分利用反應放出的熱量，接觸室中應安裝________(填設備名稱)。汲取塔中填充有很多瓷管，其作用是______________________________________。②為使硫磺充分燃燒，經流量計1通入燃燒室的氧氣過量50%。為提高SO2轉化率，經流量計2的氧氣量為接觸室中二氧化硫完全氧化時理論需氧量的2.5倍，則生產過程中流經流量計1和流量計2的空氣體積比應為________。假設接觸室中SO2的轉化率為95%，b管排出的尾氣中二氧化硫的體積分數為________(空氣中氧氣的體積分數按0.2計)，該尾氣的處理方法是________________。③與以硫鐵礦為原料的生產工藝相比，該工藝的特點是________(可多選)。A．耗氧量削減B．二氧化硫的轉化率提高C．產生的廢渣削減D．不須要運用催化劑(2)硫酸的用途特別廣，可應用于下列哪些方面________(可多選)。A．橡膠的硫化B．表面活性劑“烷基苯磺酸鈉”的合成C．鉛蓄電池的生產D．過磷酸鈣的制備(3)礦物燃料的燃燒是產生大氣中SO2的主要緣由之一。在燃煤中加入適量的石灰石，可有效削減煤燃燒時SO2的排放，請寫出此脫硫過程中反應的化學方程式_____________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)①反應設備中應安裝熱交換器，用來移去反應中放出的熱量，使反應后的氣體降溫并預熱未反應的氣體。塔內裝有瓷管，從塔的下部通入的三氧化硫與塔上淋灑下來的濃硫酸在瓷管表面接觸而被汲取。②流量計1通入氧氣的作用是與硫磺發生反應生成SO2，流量計2通入氧氣的作用是與SO2反應生成SO3。設有1mol的硫磺，則在燃燒室中消耗氧氣1mol，生成1molSO2，實際通入氧氣為1.5mol，則空氣為7.5mol；在接觸室中1molSO2理論消耗0.5molO2，則需通入接觸室中的O2為1.25mol，空氣為6.25mol，故流量計1與流量計2中的體積比為1.5∶1.25＝6∶5＝1.2。SO2的轉化率為95%，消耗0.475mol的O2，剩余0.05molSO2，則SO2的體積分數為：[0.05/(7.5＋6.25－1－0.475＋0.05)]×100%＝0.4%＝0.004。用氨水汲取尾氣中低濃度的SO2生成亞硫酸氫銨，最終用做化肥。③兩種方法的不同在于第一步反應：4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up10(△))2Fe2O3＋8SO2與硫鐵礦的反應耗氧量增多，產生的廢物也多。(2)B項中有磺酸基的引入，與硫酸有關；C項中硫酸做蓄電池的電解質溶液，D項中過磷酸鈣可由硫酸分解磷礦干脆制得。(3)SO2可用石灰石除去，反應為2CaCO3＋2SO2＋O2eq\o(=,\s\up10(△))2CaSO4＋2CO2(或2SO2＋2CaO＋O2eq\o(=,\s\up10(△))2CaSO4)。答案：(1)①熱交換器增加SO3與濃硫酸的接觸面積，有利于SO3的汲取②1.20.004用氨水汲取③A、C(2)B、C、D(3)CaCO3eq\o(=,\s\up10(高溫))CaO＋CO2↑、2SO2＋2CaO＋O2eq\o(=,\s\up10(△))2CaSO4(或2SO2＋2CaCO3＋O2eq\o(=,\s\up10(△))2CaSO4＋2CO2)9．分析下面兩個案例并回答有關問題。某城鎮生產、生活的分布狀況如圖所示，河流中W、X、Y、Z處某次水樣抽測結果如表所示：地點項目WXYZ水溫/℃15182625pH6855溶解氧量/(mg·L－1)11973(1)導致X、Y處水樣pH變更的緣由可能是_______________________；(2)Z處魚類大量削減，產生這種現象的緣由可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：從給出的數據看，X處水樣呈堿性，Y處水樣呈酸性，Z處水樣缺氧。造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH上升，火力發電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達標就排放，造成Y處的河水pH降低(或火力發電廠燃燒產生的SO2會導致酸雨的產生，使Y處的河水pH降低)，化肥廠、農田及生活污水使Z處河水富養分化，水溫較高，適于藻類等水生植物生長，河水中溶解的氧被大量消耗，導致魚類死亡。答案：(1)造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH上升，火力發電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達標就排放，造成Y處的河水pH降低(或火力發電廠燃燒產生的SO2會導致酸雨，飄落后使Y處的河水pH降低)(2)化肥廠、農田及生活污水使Z處河水富養分化，水溫較高，適于藻類等水生植物生長，河水中溶解的氧被大量消耗，導致魚類死亡10．某硫酸廠初步處理后的尾氣中含0.2%的SO2和10%的O2(均為體積分數)。為了進一步除去SO2，并將SO2轉變為(NH4)2SO4，有人設計了如下方案：在400℃時，尾氣以5m3/h的速率通過V2O5的催化劑層后，與20L/h速率的氨氣混合噴水。此時氣體溫度由400℃降至200℃，在熱的結晶裝置中得到(NH4)2SO4(1)按反應中的理論值，SO2和O2的體積比為2∶1，但實際生產中這個比值是多少？為什么？(2)通過計算說明為什么尾氣以5m3/h的速率與20L(3)若該廠每天排放10000m3尾氣，求該廠每月(按30天計算)可得到(NH4)2SO4解析：(1)依據2SO2＋O22SO3，SO2和O2按2∶1(體積比)的理論值反應，但事實上V(SO2)∶V(O2)＝0.2%∶10%＝1∶50。依據化學平衡移動原理，增大廉價的氧氣的濃度，可使反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)向生成三氧化硫方向移動，這樣可以增大較珍貴的二氧化硫的轉化率。(2)2NH3～SO221v(NH3)5L/h×103×0.2%v(NH3)＝20L/h(3)依據2SO2＋O22SO3，以及SO3＋H2O＋2NH3=(NH4)2SO4得關系式：SO2～2NH3～(NH4)2SO422.4L