2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第一單元走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題1化工生產(chǎn)過程中的基本問題課時(shí)演練含解析新人教版選修2

PAGE6-課題1化工生產(chǎn)過程中的基本問題1．有關(guān)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(chǎn)原料B．將礦石粉碎，是為了提高礦石的利用率C．反應(yīng)中通入過量的空氣是為了提高FeS2和SO2的轉(zhuǎn)化率D．從汲取塔出來的硫酸經(jīng)濃縮后可以變成發(fā)煙硫酸解析：A項(xiàng)，理論上，可轉(zhuǎn)化成SO2的任何含硫物質(zhì)均可作為硫酸的生產(chǎn)原料(如S、FeS、FeS2、H2S等)，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)選取那些儲(chǔ)量大、礦質(zhì)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(xiàng)，生產(chǎn)中對礦石進(jìn)行粉碎，既可增大原料之間的相對接觸面積(增大反應(yīng)速率)，又可提高原料的利用率(轉(zhuǎn)化率)，故B正確。C項(xiàng)，從硫酸生產(chǎn)的三個(gè)反應(yīng)看(FeS2eq\o(→,\s\up10(O2))SO2eq\o(→,\s\up10(O2))SO3eq\o(→,\s\up10(H2O))H2SO4)，有兩個(gè)反應(yīng)要耗用氧氣，故生產(chǎn)中可采納通入過量空氣的方法來提高FeS2和SO2的轉(zhuǎn)化率[炭爐爐氣中φ(SO2)＝7%，φ(O2)＝11%，O2明顯過量]，故C正確。D項(xiàng)，在汲取塔中，是用98.3%的濃硫酸汲取SO3，所得到的是“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錯(cuò)誤。答案：D2．下列關(guān)于試驗(yàn)室制取硫酸的說法中，錯(cuò)誤的是()A．試驗(yàn)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(shí)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．試驗(yàn)過程中所得尾氣用水干脆汲取后，滴入BaCl2溶液可檢驗(yàn)H2SO4的生成D．本試驗(yàn)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行解析：試驗(yàn)室制硫酸與化工廠制取硫酸的原料是不同的，工業(yè)制硫酸中運(yùn)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(cuò)誤的；B是接觸法制硫酸的定義，故正確；在試驗(yàn)過程中尾氣含有SO3和SO2，同時(shí)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(yàn)有H2SO4生成，C正確；本試驗(yàn)的尾氣中含有二氧化硫氣體，而二氧化硫有毒，所以試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，故D是正確的。答案：A3．工業(yè)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(chǎn)化肥，且氨水價(jià)格較低。答案：A4．工業(yè)上以硫鐵礦為原料制硫酸所產(chǎn)生的尾氣除了含有N2、O2外，還含有SO2等對環(huán)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(yīng)，而且可以用顏色變更來精確確定反應(yīng)終點(diǎn)。A項(xiàng)和D項(xiàng)雖然能反應(yīng)，但A在完全生成Na2SO3時(shí)溶液還是堿性，沒變色，而D在SO2還沒與氨水完全反應(yīng)時(shí)就起先變色了。C項(xiàng)石灰水中所含溶質(zhì)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(yīng)。下列敘述正確的是()A．催化劑V2O5不變更該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率B．增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，反應(yīng)速率肯定增大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t1～t2內(nèi)，SO3(g)生成的平均速率為v＝eq\f(c2－c1,t2－t1)解析：本題重點(diǎn)考查化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素，還有反應(yīng)速率的簡潔計(jì)算。V2O5作為催化劑，能同等程度的變更正、逆化學(xué)反應(yīng)速率，A不正確；壓強(qiáng)并不是影響反應(yīng)速率的唯一因素，只有當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率才增大，B不正確；不管反應(yīng)吸熱、放熱，降低溫度均減小反應(yīng)速率，達(dá)到平衡時(shí)間增多，C不正確，據(jù)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(shí)際生產(chǎn)中CO2可被循環(huán)運(yùn)用D．干脆蒸干濾液能得到純凈的(NH4)2SO4解析：該反應(yīng)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(huì)導(dǎo)致(NH4)2SO4分解。答案：D7．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、能源足夠，交通便利，是風(fēng)景秀麗的旅游勝地，雖然當(dāng)?shù)剡\(yùn)用硫酸的工業(yè)不多，但為提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)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(kuò)散稀釋，保證地面達(dá)到平安濃度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)U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)剡\(yùn)用硫酸的工業(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，危急性大，故A錯(cuò)誤。將SO2排放到高空，SO2的總量不會(huì)削減，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)，必需考慮環(huán)保問題，也就是要提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，故D錯(cuò)誤。答案：C8．(1)火山噴發(fā)所產(chǎn)生的硫磺可用于生產(chǎn)重要的化工原料硫酸。某企業(yè)用下圖所示的工藝流程生產(chǎn)硫酸：①為充分利用反應(yīng)放出的熱量，接觸室中應(yīng)安裝________(填設(shè)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(jīng)流量計(jì)1通入燃燒室的氧氣過量50%。為提高SO2轉(zhuǎn)化率，經(jīng)流量計(jì)2的氧氣量為接觸室中二氧化硫完全氧化時(shí)理論需氧量的2.5倍，則生產(chǎn)過程中流經(jīng)流量計(jì)1和流量計(jì)2的空氣體積比應(yīng)為________。假設(shè)接觸室中SO2的轉(zhuǎn)化率為95%，b管排出的尾氣中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為________(空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)按0.2計(jì))，該尾氣的處理方法是________________。③與以硫鐵礦為原料的生產(chǎn)工藝相比，該工藝的特點(diǎn)是________(可多選)。A．耗氧量削減B．二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高C．產(chǎn)生的廢渣削減D．不須要運(yùn)用催化劑(2)硫酸的用途特別廣，可應(yīng)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(chǎn)D．過磷酸鈣的制備(3)礦物燃料的燃燒是產(chǎn)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(shí)SO2的排放，請寫出此脫硫過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)①反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)安裝熱交換器，用來移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體。塔內(nèi)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(jì)1通入氧氣的作用是與硫磺發(fā)生反應(yīng)生成SO2，流量計(jì)2通入氧氣的作用是與SO2反應(yīng)生成SO3。設(shè)有1mol的硫磺，則在燃燒室中消耗氧氣1mol，生成1molSO2，實(shí)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(jì)1與流量計(jì)2中的體積比為1.5∶1.25＝6∶5＝1.2。SO2的轉(zhuǎn)化率為95%，消耗0.475mol的O2，剩余0.05molSO2，則SO2的體積分?jǐn)?shù)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(yīng)：4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up10(△))2Fe2O3＋8SO2與硫鐵礦的反應(yīng)耗氧量增多，產(chǎn)生的廢物也多。(2)B項(xiàng)中有磺酸基的引入，與硫酸有關(guān)；C項(xiàng)中硫酸做蓄電池的電解質(zhì)溶液，D項(xiàng)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(yīng)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?、跘、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(gè)案例并回答有關(guān)問題。某城鎮(zhèn)生產(chǎn)、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(jié)果如表所示：地點(diǎn)項(xiàng)目WXYZ水溫/℃15182625pH6855溶解氧量/(mg·L－1)11973(1)導(dǎo)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(chǎn)生這種現(xiàn)象的緣由可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：從給出的數(shù)據(jù)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(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達(dá)標(biāo)就排放，造成Y處的河水pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會(huì)導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生，使Y處的河水pH降低)，化肥廠、農(nóng)田及生活污水使Z處河水富養(yǎng)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(dǎo)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(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達(dá)標(biāo)就排放，造成Y處的河水pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會(huì)導(dǎo)致酸雨，飄落后使Y處的河水pH降低)(2)化肥廠、農(nóng)田及生活污水使Z處河水富養(yǎng)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(dǎo)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?jǐn)?shù))。為了進(jìn)一步除去SO2，并將SO2轉(zhuǎn)變?yōu)?NH4)2SO4，有人設(shè)計(jì)了如下方案：在400℃時(shí)，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(shí)氣體溫度由400℃降至200℃，在熱的結(jié)晶裝置中得到(NH4)2SO4(1)按反應(yīng)中的理論值，SO2和O2的體積比為2∶1，但實(shí)際生產(chǎn)中這個(gè)比值是多少？為什么？(2)通過計(jì)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(jì)算)可得到(NH4)2SO4解析：(1)依據(jù)2SO2＋O22SO3，SO2和O2按2∶1(體積比)的理論值反應(yīng)，但事實(shí)上V(SO2)∶V(O2)＝0.2%∶10%＝1∶50。依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，增大廉價(jià)的氧氣的濃度，可使反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)向生成三氧化硫方向移動(dòng)，這樣可以增大較珍貴的二氧化硫的轉(zhuǎn)化率。(2)2NH3～SO221v(NH3)5L/h×103×0.2%v(NH3)＝20L/h(3)依據(jù)2SO2＋O22SO3，以及SO3＋H2O＋2NH3=(NH4)2SO4得關(guān)系式：SO2～2NH3～(NH4)2SO422.4L