高中化學(xué) 第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 課題1 化工生產(chǎn)過程中的基本問題教學(xué)案 新人教版選修2

1、課題1化工生產(chǎn)過程中的基本問題依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理確定生產(chǎn)過程自讀教材·夯基礎(chǔ)1關(guān)于工業(yè)制硫酸的反應(yīng)原理及過程需考慮的因素(1)分析產(chǎn)品的化學(xué)組成，確定生產(chǎn)該產(chǎn)品的主要原料。從h2so4的組成看，生產(chǎn)原料應(yīng)該是自然界中含硫的物質(zhì)，如硫黃、黃鐵礦(主要成分fes2)等。(2)分析產(chǎn)品與生產(chǎn)原料之間關(guān)鍵元素的性質(zhì)，確定反應(yīng)原理和主要生產(chǎn)步驟。h2so4中s的化合價(jià)是6價(jià)，生產(chǎn)過程中，要先使硫元素轉(zhuǎn)化為so2，再把so2轉(zhuǎn)化為so3，再與h2o反應(yīng)制得硫酸。2工業(yè)制硫酸的基本生產(chǎn)原理以s(或fes2)為原料制硫酸的反應(yīng)原理用化學(xué)方程式表示為：(1)so2so2(4fes211o22fe2o38

2、so2)(放熱反應(yīng))；(2)2so2o22so3(放熱反應(yīng))；(3)so3h2o=h2so4(放熱反應(yīng))。3工業(yè)制硫酸的過程工業(yè)制硫酸主要分為造氣、催化氧化和吸收三個(gè)階段。硫酸生產(chǎn)的工藝流程：跟隨名師·解疑難(1)s或fes2不能直接被氧化為h2so4，所以需要經(jīng)過中間步驟，先得到so3，再通過so3與h2o反應(yīng)得到h2so4。(2)煅燒黃鐵礦制得的爐氣中含有三種有害雜質(zhì)：礦塵，砷、硒等化合物，水蒸氣；對(duì)應(yīng)三個(gè)凈化過程：除塵、水洗和干燥，避免催化劑中毒。(3)工業(yè)上用98.3%的硫酸吸收so3，可以避免用水吸收so3產(chǎn)生的酸霧腐蝕設(shè)備，并且可以提高吸收率。(4)硫酸生產(chǎn)的三個(gè)主要設(shè)備

3、：沸騰爐、接觸室(催化反應(yīng)室)、吸收塔。剖析典例·探技法例1下列對(duì)硫酸生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)原理的分析正確的是()a硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)因原料的不同可能全部是氧化還原反應(yīng)b硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)c硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都需要使用催化劑d硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都需要在較高溫度下進(jìn)行名師解析三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)；三個(gè)反應(yīng)中只有so2so3需使用催化劑；so3h2so4在常溫下進(jìn)行，且是非氧化還原反應(yīng)。答案b生產(chǎn)中原料的選擇自讀教材·夯基礎(chǔ)工業(yè)生產(chǎn)某種化工產(chǎn)品，選擇原料時(shí)，要從多方面去考慮，如化學(xué)反應(yīng)原理、廠址選擇、原料、能源、工業(yè)用水的供應(yīng)能力

4、、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、預(yù)處理成本及環(huán)境保護(hù)等。(1)由于以黃鐵礦為原料制硫酸時(shí)產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高，故這一工藝正在逐步被淘汰。(2)依據(jù)反應(yīng)物之間的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快的原理，送進(jìn)沸騰爐的礦石要粉碎成細(xì)小的礦粒，增大礦石跟空氣的接觸面積，使之充分反應(yīng)。(3)依據(jù)增大廉價(jià)易得的反應(yīng)物的濃度，使較貴重的原料得以充分利用的原理，采用過量的空氣使黃鐵礦或硫黃充分反應(yīng)。剖析典例·探技法例2與以黃鐵礦為原料的生產(chǎn)工藝相比，以硫黃為原料的生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是()aso2的轉(zhuǎn)化率提高b產(chǎn)生的廢渣減少c耗氧量減少d不需要使用催化劑名師解析以s或fes2為原料來制取so2氣體不影響so2的轉(zhuǎn)化率，a不

5、正確；黃鐵礦被氧化時(shí)，s元素被氧化為so2的同時(shí)，fe元素也被氧化生成fe2o3(廢渣)，故以硫黃為原料時(shí)，耗氧量減少，且產(chǎn)生的廢渣減少，b、c正確。答案bc名師點(diǎn)睛環(huán)境保護(hù)已成為化工生產(chǎn)乃至原料選擇中優(yōu)先考慮的因素。生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制自讀教材·夯基礎(chǔ)1化學(xué)平衡(1)概念：如果外界條件不發(fā)生變化，可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度將不再發(fā)生變化，反應(yīng)體系處于化學(xué)平衡狀態(tài)。如硫酸工業(yè)中將so2氧化成so3是一個(gè)可逆反應(yīng)，一定條件下反應(yīng)可達(dá)到平衡狀態(tài)。(2)改變反應(yīng)條件濃度、溫度、壓強(qiáng)等可破壞原有的化學(xué)平衡。2平衡移動(dòng)原理(勒夏特列原理)(1)概

6、念：如果改變影響平衡的一個(gè)條件(如濃度、溫度、壓強(qiáng)等)，平衡就向能減弱這種改變的方向移動(dòng)。(2)催化劑對(duì)化學(xué)平衡沒有(填“有”或“沒有”)影響，但能改變到達(dá)平衡所需時(shí)間。3生產(chǎn)中反應(yīng)條件的選擇在化工生產(chǎn)中要通過反應(yīng)條件的控制使反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想，還要同時(shí)考慮控制某些反應(yīng)條件的成本和實(shí)際可能性。4so2催化氧化條件的選擇化學(xué)反應(yīng)二氧化硫的催化氧化化工條件溫度壓強(qiáng)催化劑400500_常壓v2o5采用該條件的原因反應(yīng)速率和so2轉(zhuǎn)化率都比較理想so2的轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)增大的并不多催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡所需的時(shí)間跟隨名師·解疑難1平衡移動(dòng)的重要結(jié)論(1)增大反應(yīng)物濃度

7、或減小生成物濃度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。(2)升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，化學(xué)平衡向放熱的反應(yīng)方向移動(dòng)。(3)增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)。2反應(yīng)2so2o22so3的適宜條件2so2(g)o2(g)2so3(g)h196.6 kj·mol1這是一個(gè)氣體分子總數(shù)減小的、放熱的可逆反應(yīng)。(1)溫度so2催化氧化是一個(gè)放熱的可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)理論判斷，溫度較低對(duì)提高so2的轉(zhuǎn)化率有利。但是，溫度較低時(shí)催化劑活性不高，反應(yīng)速率低。在實(shí)際生

8、產(chǎn)中，選定400500 作為操作溫度，這時(shí)反應(yīng)速率和so2的轉(zhuǎn)化率都比較理想。(2)壓強(qiáng)so2催化氧化是一個(gè)氣體分子總數(shù)減小的可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)理論判斷，增大壓強(qiáng)對(duì)提高so2的平衡轉(zhuǎn)化率有利。但是，在常壓、400500 時(shí)，so2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，因高壓條件對(duì)設(shè)備提出了苛刻的要求，增大壓強(qiáng)必須增大投資和能量消耗，故在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用常壓操作。(3)適當(dāng)過量的空氣目的是提高so2的轉(zhuǎn)化率。綜上所述，催化氧化的適宜條件是常壓、較高的溫度(400500 )和催化劑。剖析典例·探技法例3工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時(shí)，利用催化氧化反應(yīng)將so2轉(zhuǎn)化為so3是一個(gè)關(guān)鍵步驟。壓強(qiáng)及溫度對(duì)so2轉(zhuǎn)

9、化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分?jǐn)?shù)為：so27%，o211%，n282%)：壓強(qiáng)/mpa轉(zhuǎn)化率/%溫度/0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4(1)已知so2的氧化是放熱反應(yīng)，如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結(jié)論？_。(2)在400500 時(shí)，so2的催化氧化采用常壓而不是高壓，主要原因是：_。(3)選擇適宜的催化劑，是否可以提高so2的轉(zhuǎn)化率？_(填“是”或“否”)，是否可以增大該反應(yīng)所放出的熱量？_(填“是”或“否”)。(4)為提高so3吸收率，實(shí)際生產(chǎn)中用_吸收so3。名師解析(1)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)

10、可以看出，在相同壓強(qiáng)下(如在0.1 mpa下)，升高溫度(如由400 升高到500 )時(shí)，so2的轉(zhuǎn)化率降低(由99.2%降低為93.5%)，即升高溫度時(shí)，此化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，而升高溫度，化學(xué)平衡應(yīng)該向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，所以此反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以得知：在0.1 mpa時(shí)，so2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若增大壓強(qiáng)到10 mpa，so2的轉(zhuǎn)化率只增大了0.7%，變化不大。而壓強(qiáng)增大100倍，需要對(duì)設(shè)備的材料、動(dòng)力、能源等都作相應(yīng)的提高，即要增大成本投入。(3)使用催化劑只能改變反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，即對(duì)so2的轉(zhuǎn)化率不產(chǎn)生影響；而在一定條件下，

11、化學(xué)反應(yīng)放出的熱量與參加反應(yīng)的反應(yīng)物的量成正比，因so2的轉(zhuǎn)化率不變，所以反應(yīng)放出的熱量也不會(huì)增大。(4)在實(shí)際生產(chǎn)中是采用98%的濃硫酸作為吸收劑來吸收so3的。因?yàn)槿粲盟蛳×蛩徇M(jìn)行吸收會(huì)形成酸霧，將影響so3的吸收速率和生產(chǎn)效率。答案(1)壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度升高，so2轉(zhuǎn)化率下降，說明升溫有利于逆反應(yīng)進(jìn)行，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)(2)增大壓強(qiáng)對(duì)提高so2轉(zhuǎn)化率無(wú)顯著影響，反而會(huì)增加成本(3)否否(4)98%的硫酸名師點(diǎn)睛化工生產(chǎn)條件的選擇是理論在生產(chǎn)實(shí)際中的重要應(yīng)用，在選擇生產(chǎn)條件時(shí)既涉及外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，又要考慮生產(chǎn)實(shí)際問題。在學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)對(duì)二氧化硫催化氧化的生產(chǎn)條件(溫

12、度、壓強(qiáng)、充入空氣的量)的選擇充分理解、熟練掌握，并學(xué)會(huì)舉一反三。生產(chǎn)中三廢的處理自讀教材·夯基礎(chǔ)1尾氣吸收硫酸生產(chǎn)的尾氣中含有少量so2，可用石灰水吸收，使其生成caso3，再用h2so4處理，從而得到含量較高的so2，可返回用作原料?；瘜W(xué)方程式為：so2ca(oh)2=caso3h2o，caso3h2so4=caso4h2oso2。2污水處理硫酸生產(chǎn)過程中的污水，含有酸性雜質(zhì)，可用石灰乳進(jìn)行中和處理?；瘜W(xué)方程式為h2so4ca(oh)2=caso42h2o。3廢渣的利用(1)爐渣和礦灰可作為煉鐵的原料。(2)可以用來提煉貴重的有色金屬。(3)廢渣還可作為制造水泥的原料或用于制磚。

13、跟隨名師·解疑難(1)環(huán)境保護(hù)條件提升到首要考慮因素，所以預(yù)處理和生產(chǎn)過程中“三廢”情況及處理成本，往往成為是否采用該工藝的決定性因素。(2)在最終產(chǎn)生的“三廢”中，往往還含有未反應(yīng)的反應(yīng)物，為了充分利用原料，在收集產(chǎn)品或處理“三廢”時(shí)可將剩余反應(yīng)物重新并入原料中，使生產(chǎn)過程帶有局部循環(huán)的特點(diǎn)，這是化工生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)中常用的方法。剖析典例·探技法例4下列廢物處理方法中正確的是()a化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的二氧化硫廢氣可用濃硫酸吸收b化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的二氧化氮廢氣可用水吸收c用黃鐵礦做原料生產(chǎn)硫酸的過程中，產(chǎn)生的廢渣可用于提取燃料d用黃鐵礦做原料生產(chǎn)硫酸的過程中，產(chǎn)生的廢氣可用于提取漂白

14、劑名師解析二氧化硫在濃硫酸中的溶解度非常小，a項(xiàng)錯(cuò)誤；二氧化氮一般用燒堿溶液吸收，發(fā)生的反應(yīng)為：2no22naoh=nano2nano3h2o，b項(xiàng)錯(cuò)誤；黃鐵礦本來就是無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，又經(jīng)過高溫煅燒，廢渣的主要成分是氧化鐵、二氧化硅、氧化鋁等，從中提取燃料是不現(xiàn)實(shí)的，c項(xiàng)錯(cuò)誤；硫酸生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣中含有較高濃度的二氧化硫氣體，二氧化硫可用做漂白劑，d項(xiàng)正確。答案d名師點(diǎn)睛廠址選擇(1)化工廠廠址的選擇要考慮一些自然因素，如有無(wú)合適的建筑用地，有無(wú)近便、豐富而優(yōu)質(zhì)的水源，有無(wú)生產(chǎn)所必需的自然資源(如能源和原料)等。(2)化工廠廠址的選擇要考慮經(jīng)濟(jì)因素，如怎樣接近原料、燃料的產(chǎn)地，如何接近消費(fèi)市場(chǎng)以

15、盡可能節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用、降低生產(chǎn)成本等。(3)化工廠廠址的選擇既要考慮社會(huì)服務(wù)、生產(chǎn)協(xié)作、勞動(dòng)與技術(shù)等諸多因素，更要考慮生態(tài)效益和社會(huì)效益。如果環(huán)境嚴(yán)重受污染，生態(tài)平衡被破壞，經(jīng)濟(jì)效益最終也將失去。(4)硫酸廠廠址選擇考慮因素：有無(wú)市場(chǎng)需求；是否接近原料產(chǎn)地；土地供應(yīng)是否充足；水源是否充足；能源是否充足且廉價(jià)；交通運(yùn)輸是否方便；環(huán)保是否達(dá)標(biāo)。能量的充分利用自讀教材·夯基礎(chǔ)硫酸生產(chǎn)過程中的三個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，如果能充分利用這些熱量，不但可以由硫酸廠自行提供能量，而且還可以向外界輸出大量能量，可大大降低生產(chǎn)成本。(1)在沸騰爐旁設(shè)置蒸氣鍋爐進(jìn)行發(fā)電。(2)在接觸室中設(shè)置熱交換器，利用so2

16、氧化為so3時(shí)放出的熱量來預(yù)熱即將參加反應(yīng)的so2和o2等。剖析典例·探技法例5在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于so2的轉(zhuǎn)化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的催化反應(yīng)室(見下圖)，下列有關(guān)說法中錯(cuò)誤的是()a采用熱交換裝置，能充分利用“廢熱”，降低生產(chǎn)成本b預(yù)熱含有二氧化硫的混合氣體，有利于催化氧化ca處流出的氣體為so2和o2d預(yù)熱so3，有利于被濃硫酸吸收名師解析此題考查了工業(yè)生產(chǎn)h2so4的重要設(shè)備之一催化反應(yīng)室中氣體的流向。原料so2、o2從裝置左側(cè)中間進(jìn)入熱交換器，吸收熱量后由a處流出再進(jìn)入催化反應(yīng)室發(fā)生反應(yīng)，并放出大量的熱，而熱交換器的作用是把一部分熱量交換給剛進(jìn)入熱

17、交換器的原料氣，然后由下端流入下一個(gè)裝置，so3溫度過高不易被吸收，所以下端出來的氣體溫度較低，這也是熱交換器的作用之一。答案d名師點(diǎn)睛硫酸工業(yè)中的三個(gè)原理(1)化學(xué)平衡原理：增大反應(yīng)物濃度、增大反應(yīng)物間接觸面積，能提高反應(yīng)速率，同時(shí)使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，有利于增加生成物的量。(2)熱交換原理：在接觸室中產(chǎn)生的熱量經(jīng)過熱交換器，傳遞給進(jìn)入接觸室需要預(yù)熱的原料氣，為so2的接觸氧化和so3的吸收創(chuàng)造了有利條件。(3)逆流原理：用濃硫酸吸收so3氣體時(shí)，液體由上向下噴，氣體由下向上升，兩者在逆流過程中充分接觸。硫酸工業(yè)生產(chǎn)中的四個(gè)“三”硫酸工業(yè)中多步反應(yīng)的計(jì)算硫酸工業(yè)中涉及多步反應(yīng)，計(jì)算起來

18、比較煩瑣，對(duì)于多步反應(yīng)的計(jì)算，一般可采取以下方法。(1)關(guān)系式法先寫出多步反應(yīng)的化學(xué)方程式，然后找出反應(yīng)物和生成物之間物質(zhì)的量(或質(zhì)量)之比，列出關(guān)系式，即可一步計(jì)算。如：用黃鐵礦制硫酸，涉及的反應(yīng)有4fes211o22fe2o38so2，2so2o22so3，so3h2o=h2so4。原料fes2與產(chǎn)品h2so4之間的關(guān)系可以根據(jù)反應(yīng)找出4fes28so28so38h2so4，即fes22h2so4，若已知fes2的質(zhì)量，就可以根據(jù)上面得出的fes22h2so4關(guān)系，一步計(jì)算出h2so4的質(zhì)量。(2)元素守恒法找出主要原料和最終產(chǎn)物之間物質(zhì)的量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。尋找此關(guān)系的簡(jiǎn)便方法，就是分析原料與

19、產(chǎn)物之間所含關(guān)鍵元素原子個(gè)數(shù)關(guān)系，如fes22h2so4，sh2so4。若已知(欲求)fes2含量，用前面的關(guān)系式，若已知(欲求)s的含量，用后一關(guān)系式，且二氧化硫轉(zhuǎn)化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物fes2(或s)進(jìn)行計(jì)算。1下列有關(guān)黃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(jìn)入轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行催化氧化b焙燒黃鐵礦的反應(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(shí)，通常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.3%的硫酸做吸收劑，而不直接用水吸收解析：a項(xiàng)中，爐氣需要經(jīng)過凈化、干燥等處理，以避免催化劑中毒；b項(xiàng)中，煅燒fe

20、s2時(shí)，鐵元素和硫元素均被氧化，產(chǎn)物不止一種；c項(xiàng)中，反應(yīng)正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，高溫不利于so3的生成。答案：d2在接觸法制硫酸工業(yè)中，接觸室中裝有熱交換器。采用熱交換器的好處是()充分利用熱量，降低能耗促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高產(chǎn)率減少熱量對(duì)環(huán)境的污染提高最終產(chǎn)品的純度a僅b僅c僅d解析：使用熱交換器能充分利用熱量，減少熱量對(duì)環(huán)境的污染。so2轉(zhuǎn)化為so3是放熱反應(yīng)，反應(yīng)室溫度降低有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。答案：c3在接觸法制硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，下列生產(chǎn)操作及其原因解釋二者都正確的是()a黃鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)閴K狀黃鐵礦不能燃燒bso2氧化為so3時(shí)需要高壓，這樣可以提高so2的轉(zhuǎn)化率cs

21、o2氧化為so3無(wú)需進(jìn)行加熱，因?yàn)榇朔磻?yīng)為放熱反應(yīng)d用98.3%的濃h2so4吸收so3，可以防止形成酸霧阻礙so3的吸收解析：將黃鐵礦石粉碎的目的是增大礦石跟空氣的接觸面積，使之充分反應(yīng)，a不正確；so2轉(zhuǎn)化為so3時(shí)，在常壓下的轉(zhuǎn)化率已很高，增大壓強(qiáng)對(duì)so2的轉(zhuǎn)化率提高不大，且加壓會(huì)增加生產(chǎn)成本和能量消耗，故b不正確；工業(yè)生產(chǎn)中so2轉(zhuǎn)化為so3需在催化劑和加熱條件下進(jìn)行，c不正確。答案：d4接觸法生產(chǎn)硫酸的過程中，對(duì)廢氣、廢水、廢渣、廢熱的處理正確的是()尾氣用氨水處理污水用石灰乳處理廢渣用來造水泥、煉鐵設(shè)置廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽、供熱或發(fā)電abcd解析：硫酸廠尾氣中含有so2，可用氨水吸收處

22、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(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，可以充分利用這些反應(yīng)放出的熱能來降低生產(chǎn)成本。答案：d5如圖所示裝置是仿照工業(yè)上制備硫酸的工藝流程設(shè)計(jì)出來的，用于探究工業(yè)上為何用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫。請(qǐng)回答下列問題：(1)寫出沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦的化學(xué)反應(yīng)方程式：_；(2)甲和乙相當(dāng)于工業(yè)上制取硫酸裝置中的_；(3)寫出在催化劑表面所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：_，在實(shí)驗(yàn)過程中不能持續(xù)加熱的理由是_；(4)在乙反應(yīng)器內(nèi)要求氧氣的量要比二氧化硫的量多一倍左右，你是如何控制和估計(jì)的？_。(5)若丁裝

23、置在反應(yīng)過程中先出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了霧，而丙裝置一直都沒有任何現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是()a濃硫酸對(duì)三氧化硫的吸收效率遠(yuǎn)大于水，三氧化硫被濃硫酸充分吸收b三氧化硫的通氣速率太快，三氧化硫未被水和濃硫酸充分吸收c丙中的導(dǎo)氣管插得太深，導(dǎo)致兩個(gè)吸收瓶?jī)?nèi)的氣壓差較大解析：裝置甲有多個(gè)作用，一是通過觀察氣泡產(chǎn)生的速率調(diào)節(jié)通入二氧化硫、氧氣的比例；二是使兩種原料氣體充分混合；三是直到干燥的作用。答案：(1)4fes211o22fe2o38so2(2)接觸室(3)2so2o22so3防止溫度過高，而降低so2的轉(zhuǎn)化率及催化劑活性(4)可以通過調(diào)節(jié)氣閥，控制氣體流量，觀察甲裝置的冒泡速率進(jìn)行估算(5

24、)ac高考感悟1(上海高考)下列關(guān)于硫酸工業(yè)生產(chǎn)過程的敘述錯(cuò)誤的是()a在接觸室中使用鐵粉作催化劑b在接觸室中運(yùn)用熱交換技術(shù)可充分利用能源c把硫鐵礦磨成細(xì)粉末，可以提高原料的利用率d該反應(yīng)采用450500 主要是因?yàn)樵摐囟认麓呋瘎┗钚院媒馕觯毫蛩峁I(yè)生產(chǎn)中，so2的催化氧化用v2o5做催化劑，a錯(cuò)誤；使用熱交換器可節(jié)約能源，b正確；把硫鐵礦磨碎可增大其與氧氣的接觸面積，使反應(yīng)更充分，速率更快，可提高原料利用率，c正確；d項(xiàng)中，該溫度下催化劑的活性高，d正確。答案：a2(山東高考)2so2(g)o2(g)2so3(g)是制備硫酸的重要反應(yīng)。下列敘述正確的是()a催化劑v2o5不改變?cè)摲磻?yīng)的逆反應(yīng)

25、速率b增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，反應(yīng)速率一定增大c該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度將縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間d在t1、t2時(shí)刻，so3(g)的濃度分別是c1、c2，則時(shí)間間隔t1t2內(nèi)，so3(g)生成的平均速率為v解析：解答本題需對(duì)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響及化學(xué)反應(yīng)速率的概念有深刻的理解。催化劑可以同等程度地增大正逆反應(yīng)的反應(yīng)速率，a錯(cuò)誤；如果是恒容下通入惰性氣體增大了體系壓強(qiáng)，反應(yīng)物濃度未變，反應(yīng)速率不變，b錯(cuò)誤；降溫反應(yīng)速率減慢，達(dá)到平衡的時(shí)間增長(zhǎng)，c錯(cuò)誤；d符合反應(yīng)速率的定義，正確。答案：d3(海南高考)以黃鐵礦為原料，采用接觸法生產(chǎn)硫酸的流程可簡(jiǎn)示如下：請(qǐng)回答下列問題：(1)在爐氣制造中，生成

26、so2反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)爐氣精制的作用是將含so2的爐氣_、_及干燥，如果爐氣不經(jīng)過精制，對(duì)so2催化氧化的影響是_。(3)精制爐氣(含so2體積分?jǐn)?shù)為7%、o2為11%、n2為82%)中so2平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)關(guān)系如下圖所示。在實(shí)際生產(chǎn)中，so2催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓、450 左右(對(duì)應(yīng)圖中a點(diǎn))，而沒有選擇so2轉(zhuǎn)化率更高的b或c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因分別是_、_。(4)在so2催化氧化設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的是_、_，從而充分利用能源。解析：(1)4fes211o22fe2o38so2(2)so2氣體中含有礦塵、水汽等，會(huì)對(duì)催化劑的活性和設(shè)備產(chǎn)生不良影響，所以進(jìn)入接觸

27、室之前，需對(duì)氣體進(jìn)行除塵、洗滌及干燥。(3)由圖可知，在450 、0.1 mpa時(shí)，轉(zhuǎn)化率已達(dá)95%以上，采用更高的壓強(qiáng)，對(duì)設(shè)備要求更高，轉(zhuǎn)化率影響較??；在0.1 mpa，溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率較慢、產(chǎn)量低。(4)將反應(yīng)產(chǎn)物的熱量及時(shí)交換給即將參加反應(yīng)的so2和o2，使能量循環(huán)利用節(jié)約能源。答案：(1)4fes211o22fe2o38so2(2)除塵洗滌使催化劑中毒(3)見解析(4)能量循環(huán)利用預(yù)熱so2和o2課時(shí)跟蹤訓(xùn)練一、選擇題(本題包括10小題，每小題5分，共50分)1有關(guān)接觸法制硫酸的敘述不正確的是()a硫黃和黃鐵礦均可作為生產(chǎn)原料bso2轉(zhuǎn)化為so3，需在催化劑加熱條件下進(jìn)行c熱交換器

28、可對(duì)生成氣體冷卻，對(duì)原料氣體加熱d從吸收塔出來的硫酸經(jīng)濃縮后可以變成發(fā)煙硫酸解析：在吸收塔中，用98.3%的硫酸吸收so3得到的就是“發(fā)煙硫酸”，可用水或稀硫酸稀釋，制得各種濃度的硫酸，故d項(xiàng)不正確。答案：d2下列說法正確的是()a合成硫酸的工業(yè)尾氣可以直接排入大氣b進(jìn)入接觸室的氣體，必須先經(jīng)凈化、干燥c從沸騰爐中排出的爐渣可以作為肥料d在高溫、高壓下由so2和o2合成so3解析：硫酸工業(yè)的尾氣中含有so2氣體，不能直接排入大氣，a錯(cuò)；沸騰爐中排出的爐渣中含有fe2o3、砷、硒化合物等，不能用作肥料，c錯(cuò)；d項(xiàng)中的反應(yīng)在常壓下經(jīng)濟(jì)效益較好。答案：b3在工業(yè)生產(chǎn)硫酸中，在吸收塔內(nèi)用來吸收三氧化硫

29、的是()ah2ob稀硫酸c濃硫酸 d氨水解析：用水吸收so3會(huì)產(chǎn)生酸霧，腐蝕設(shè)備，所以用濃硫酸來吸收so3。答案：c4工業(yè)上生產(chǎn)硫酸，回收尾氣中so2氣體，最好選用的是()a氨水 bnaohcca(oh)2d濃硫酸解析：工業(yè)上用廉價(jià)的ca(oh)2吸收尾氣中的so2，使其生成caso3，然后再用h2so4處理，從而得到含量較高的so2，可返回用作原料，故選c。答案：c5接觸法制硫酸的沸騰爐出來的爐氣必須經(jīng)過凈化處理，其正確過程是()a洗滌、干燥、除塵 b干燥、除塵、洗滌c除塵、洗滌、干燥 d除去硒和砷的化合物解析：沸騰爐出來的氣體中含有礦塵以及砷、硒化合物等，這些物質(zhì)能使催化劑中毒，可通過除塵

30、、洗滌除去；水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響，必須干燥。答案：c6為了提高硫酸工業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，下列做法正確的是()對(duì)硫酸工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢液進(jìn)行綜合利用充分利用硫酸工業(yè)生產(chǎn)中的“廢熱”不把硫酸廠建在人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū)abcd解析：建立處理“三廢”措施，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)；變“三廢”為寶，實(shí)行綜合利用。盡可能地利用“廢氣、廢渣、廢液、廢熱”，既可以提高原料的利用率，降低成本，又能減少對(duì)環(huán)境的污染。硫酸廠對(duì)環(huán)境的污染是比較嚴(yán)重的，不能建立在人口稠密的地區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū)。答案：d7.在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了有利于so2的轉(zhuǎn)化，且能充分利用熱能，采用了中間有熱交

31、換器的接觸室(如右圖)，圖中在a、b、c處流入或流出的氣體正確的是()aa處so2、n2bb處so2、o2、n2ca處so3、o2dc處so3、n2解析：a處通入的是溫度較低的原料氣(so2、o2和n2)，經(jīng)過熱交換器的預(yù)熱，b處得到的是溫度較高的混合氣體(so2、o2、n2)，然后該氣體經(jīng)過接觸室的上端進(jìn)入接觸室反應(yīng)生成so3，由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以c處流出的氣體中，既有so3和n2，同時(shí)還含有so2、o2。答案：b8硫酸制造業(yè)中采取以下幾種措施：改進(jìn)煅燒黃鐵礦的技術(shù)；氧化二氧化硫時(shí)使用催化劑；在氧化二氧化硫的設(shè)備中安裝熱交換器；將二氧化硫進(jìn)行多次循環(huán)氧化；回收利用尾氣中的二氧化硫。其中

32、能減少酸雨產(chǎn)生的措施是()abcd解析：減少酸雨產(chǎn)生，即減少向環(huán)境中排放so2，和能達(dá)此目的。答案：d9在制硫酸的工業(yè)中有以下反應(yīng)：2so2(g)o2(g)2so3(g)h<0，下列說法錯(cuò)誤的是()a生產(chǎn)中通入過量的空氣，可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率b生產(chǎn)中選擇400500 ，不僅能增大反應(yīng)速率，而且催化劑的活性好c根據(jù)實(shí)際情況在生產(chǎn)中選擇常壓，可以提高綜合經(jīng)濟(jì)效益d在催化反應(yīng)室被氧化生成的三氧化硫，進(jìn)入吸收塔被水吸收制成硫酸解析：用水吸收三氧化硫容易形成酸霧，應(yīng)用98%硫酸吸收三氧化硫。答案：d10有關(guān)硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)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

33、便利，是風(fēng)景秀麗的旅游勝地，雖然當(dāng)?shù)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多，但為提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)效益宜建硫酸廠b為減少so2對(duì)空氣的污染，可以建筑高煙囪，使含so2的尾氣在高空擴(kuò)散稀釋，保證地面達(dá)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、固體殘?jiān)?、廢酸和廢水等d選擇硫酸廠廠址時(shí)，當(dāng)經(jīng)濟(jì)利益與環(huán)保問題有沖突時(shí)，為提高人們的物質(zhì)生活水平，應(yīng)先考慮經(jīng)濟(jì)利益的問題解析：硫酸廠是污染性的企業(yè)，不應(yīng)建在風(fēng)景區(qū)；當(dāng)?shù)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多，也不宜建硫酸廠，因?yàn)榱蛩岬倪h(yuǎn)程運(yùn)輸成本高，危險(xiǎn)性大，故a錯(cuò)誤；將so2排放到高空，so2的總量不會(huì)減少，且會(huì)形成酸雨危害環(huán)境，故b錯(cuò)誤；選擇硫酸廠廠址在考慮經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)，必須考慮環(huán)

34、保問題，也就是要提高綜合社會(huì)效益，故d錯(cuò)誤。答案：c二、非選擇題(本題包括4小題，共50分)11(12分)在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使so2轉(zhuǎn)化為so3：2so2o22so3(放熱反應(yīng))。已知常壓下平衡混合氣體中so3的體積分?jǐn)?shù)為91%。試回答：(1)在生產(chǎn)中常用過量的空氣是為了_。(2)加熱到400500 是由于_。(3)壓強(qiáng)采用_，原因是_。(4)常用濃h2so4來吸收so3，而不用水，因?yàn)開。解析：此題考查了在硫酸工業(yè)中運(yùn)用化學(xué)平衡原理選擇適宜生產(chǎn)條件的能力。選擇適宜的反應(yīng)條件，要從濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等條件中考慮該反應(yīng)的速率、轉(zhuǎn)化率，同時(shí)還要考慮工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況。如第(2)(4)

35、兩問是考慮速率問題，第(1)(3)兩問則是考慮化學(xué)平衡問題，且第(3)問還要考慮生產(chǎn)的實(shí)際情況。答案：(1)增大氧氣的濃度，提高成本較高的so2的轉(zhuǎn)化率(2)在此溫度下，催化劑活性最好，反應(yīng)速率快，可縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，提高單位時(shí)間內(nèi)so3的產(chǎn)率(3)常壓因常壓下平衡混合氣體中so3的體積分?jǐn)?shù)已達(dá)很高，若再加壓，對(duì)設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)要求高，成本高，加壓已無(wú)實(shí)際意義(4)用水吸收易形成酸霧，降低吸收速率，同時(shí)腐蝕設(shè)備12(13分)工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如下圖所示：(1)我國(guó)黃鐵礦資源比較豐富，但很多工廠仍以硫黃為原料生產(chǎn)硫酸，理由是_。(2)在催化反應(yīng)室，下列措施中有利于提高so2平衡轉(zhuǎn)化率的是_。a升高

36、溫度 b減小壓強(qiáng)c不斷補(bǔ)充空氣 d及時(shí)分離出so3(3)在生產(chǎn)中為提高催化劑催化效率采取了哪些措施？_(至少答出兩點(diǎn)措施)。(4)經(jīng)檢測(cè)生產(chǎn)硫酸的原料氣成分(體積分?jǐn)?shù))為so2 7%、o2 11%、n2 82%。在500，0.1 mpa條件下達(dá)到平衡時(shí)，各種氣體的體積比為v(so2) v(so3)v(o2)v(n2)0.466.547.7382，則so2的轉(zhuǎn)用率為_。解析：二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的反應(yīng)為正反應(yīng)氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以低溫高壓有利于提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，增加反應(yīng)物o2的濃度和減少生成物so3的濃度，可使化學(xué)平衡向正方向移動(dòng)，提高so2的轉(zhuǎn)化率。在生產(chǎn)過程中，氮?dú)鉀]有參加反應(yīng)，

37、所以其體積不變，則可看成反應(yīng)前氣體的體積so2、o2、n2分別為7 l、11 l、82 l，反應(yīng)后so2的體積為0.46 l，所以so2的轉(zhuǎn)化率為×100%93.4%。答案：(1)黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物多，處理成本高(2)cd(3)凈化氣體；控制溫度在400500；增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積(4)93.4%13(12分)硫酸工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。(1)硫酸的最大消費(fèi)渠道是化肥工業(yè)，用硫酸制造的常見化肥有_(任寫一種)。(2)硫酸生產(chǎn)中，根據(jù)化學(xué)平衡原理來確定的條件或措施有_(填寫序號(hào))。a礦石加入沸騰焙燒爐之前先粉碎b使用v2o5作催化劑c催化反應(yīng)室中使用適宜的溫度d凈化后的爐氣中要有過量的空氣e催化氧化在常壓下進(jìn)行f吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收so3(3)在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫：2so2(g)o2(g)2so3(g)(放熱反應(yīng))在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，常采用“二轉(zhuǎn)二吸法”，即將第一次轉(zhuǎn)化生成的so3分離后，將未轉(zhuǎn)化的so2進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，假若兩次so2的轉(zhuǎn)化率均為95%，則最終so2的轉(zhuǎn)化率為_。(4)硫酸的工業(yè)制法過程涉及三個(gè)主要的化學(xué)反應(yīng)及相應(yīng)的設(shè)備(沸騰爐、接觸室、吸收塔)。三個(gè)設(shè)備分別使反應(yīng)物之間或冷熱氣體間進(jìn)行了“對(duì)流”。請(qǐng)簡(jiǎn)單描述吸收塔中反應(yīng)物之間是怎樣