魯科版主題4《化石燃料石油和煤的綜合利用》典題例析

主題4化石燃料石油和煤的綜合利用典型試題例析礦石資源和化石燃料對人們的生產(chǎn)生活起著十分重要的作用。下面我們通過例題從化學(xué)的角度分析關(guān)于它們在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。關(guān)于化工廠的設(shè)計(jì)是將實(shí)驗(yàn)室的研究成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化工生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)工作，需要考慮許多綜合問題,所以設(shè)計(jì)一座化工廠是非常復(fù)雜，那么根據(jù)已學(xué)的知識試分析“設(shè)計(jì)”一座硫酸廠應(yīng)在哪里選擇廠址。一座硫酸廠的轉(zhuǎn)化器中將SO2和O2以體積比為1/2混合后，通入接觸室發(fā)生反應(yīng)2SO2+O2≒2SO3（g）達(dá)平衡時(shí)，在同溫、同壓下測得反應(yīng)前與反應(yīng)后混合氣體的密度之比為13/15。求SO2的轉(zhuǎn)化率？又知工業(yè)上反應(yīng)前后混合氣體的密度比上述的密度比稍小，試回答SO2接觸氧化為SO3時(shí)不采取加壓措施的原因。【解析】化工廠廠址的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問題，它涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場需求、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)等諸多因素．應(yīng)對這些因素全面綜合地考慮，權(quán)衡利弊，才能做出正確的選擇．硫酸廠廠址的選擇，就應(yīng)考慮以上的各種因素外，還應(yīng)考慮到，硫酸是一種腐蝕性液體，不能像普通固體化工產(chǎn)品那樣可以較多的貯存，需要隨產(chǎn)隨銷．硫酸的運(yùn)輸成本較高，1tH2SO4的運(yùn)價(jià)約為1t黃鐵運(yùn)價(jià)的三倍，這就決定了硫酸廠應(yīng)靠近消費(fèi)中心，比靠近原料產(chǎn)地更有利．工廠規(guī)模的大小，主要由硫酸的用量的多少來決定．此外，硫酸廠選址應(yīng)避開人口稠密的居民區(qū)和環(huán)境保護(hù)要求高的地區(qū)．根據(jù)相同條件下氣體的密度之比等于同體積氣體的質(zhì)量之比，且反應(yīng)前后質(zhì)量守恒，可得出氣體的密度之比等于氣體體積的反比。設(shè)反應(yīng)前混合氣體中SO2的體積為1L，O2應(yīng)為2L達(dá)平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化的體積為x。在工業(yè)上不加壓，SO2的轉(zhuǎn)化率就達(dá)80%以上，已經(jīng)很高，若再加壓SO2的轉(zhuǎn)化率提高不大，但對設(shè)備的要求要提高許多，故沒有必要再加壓。磚瓦是用含鐵元素等雜質(zhì)的粘土隔絕空氣燒制成的,當(dāng)燒窯作業(yè)鄰近結(jié)束時(shí),若用淋灑水辦法來降低溫度,窯內(nèi)處于還原性氣氛,磚塊中的鐵以氧化亞鐵的形式存在,因而磚成青色。若用捅開的窯頂自然冷卻的辦法,磚就變成了紅色。⑴從化學(xué)角度看,磚瓦呈紅色的原因是。⑵現(xiàn)在一塊紅磚,實(shí)驗(yàn)臺上有濃硫酸、3mol/L的鹽酸、L的硫氰化鉀溶液、L的氯化鐵溶液、L的氫氧化鈉溶液、蒸餾水等試劑,請選用中學(xué)化學(xué)的常用儀器,設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),用最簡捷的方法驗(yàn)證紅磚中含有三價(jià)鐵。（簡述實(shí)驗(yàn)步驟,所用儀器、產(chǎn)生現(xiàn)象、所得結(jié)論）【解析】(1)Fe2+在空氣中不穩(wěn)定,所以捅開窯頂，空氣進(jìn)入窯內(nèi)，鐵元素被氧化成三價(jià)鐵，生成紅色的Fe2O3。(2)由(1)中知道紅磚中含的是Fe2O3，要檢驗(yàn)紅磚中是否含有Fe3+，就得將Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe3+。檢驗(yàn)Fe3+用KSCN溶液，因?yàn)镕e3+與SCN－形成紅色的絡(luò)合物。實(shí)驗(yàn)方法：將少許紅磚研成粉末，取少許粉末加過量鹽酸，振蕩，靜置，取上層清液加KSCN溶液，若呈血紅色溶液，證明含有Fe3+。【例3】石油分餾可以得到汽油，1，2-二溴乙烷可作汽油抗爆劑的添加劑，常溫下它是無色液體，密度2.18g·cm-3，沸點(diǎn)131.4℃，熔點(diǎn)9.79填寫下列空白：①寫出本題中制備1，2－二溴乙烷的兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式：，。安全瓶b可以防止倒吸，并可檢查實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)試管d是否發(fā)生堵塞，請寫出發(fā)生堵塞時(shí)瓶b中的現(xiàn)象_容器c中的NaOH溶液的作用是：_____。某學(xué)生在做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用一定量的液溴，當(dāng)溴全部褪色時(shí)，所消耗乙醇和濃硫酸混合液的量，比正常情況下超過許多，如果的氣密性沒有問題，試分析其可能的原因?！窘馕觥竣僖频?，2－二溴乙烷首先要得到乙烯,所以先制乙烯。實(shí)驗(yàn)室制乙烯的方法是用在濃硫酸的條件下加熱乙醇（溫度控制在170℃用乙烯在與溴加成就得到溴乙烷CH2==CH2+Br2→CH2BrCH2Br②b中水面下降，玻璃管中水柱上升，甚至溢出。③氫氧化鈉能與酸性氧化物反應(yīng),所以用以除去酸性氣體(或除CO2、SO2等)④可能的原因有兩種：A、乙烯發(fā)生過快B、溫度控制不當(dāng)【例4】為了防治酸雨，減少煤燃燒時(shí)向大氣排放的SO2，工業(yè)上通過生石灰和含硫的煤混合使用可以“固硫”（避免硫化合物進(jìn)入大氣），最后生成石膏。試回答：⑴整個(gè)“固硫”反應(yīng)所涉及的反應(yīng)類型包括：①化合②分解③置換④復(fù)分解⑤氧化還原反應(yīng)⑥非氧化還原反應(yīng)⑦離子反應(yīng)⑧非離子反應(yīng)（分子反應(yīng)）。其中正確的是（）A．①⑤⑥⑦B．①②③⑤⑧C．①⑤⑥⑧D．②④⑤⑦⑵第一步“固硫”反應(yīng)的化學(xué)方程式中所需氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和為()A．1B．2C．3D．4⑶比較此法與“石灰石粉末與含硫煤混合”法哪個(gè)更好些?為什么?⑷你認(rèn)為減少酸雨產(chǎn)生可采取的措施是()①少用煤作燃料②把工廠的煙囪造高③先將燃料煤脫硫④在土壤中加石灰防止酸化⑤開發(fā)新能源,避免含S、N的氧化物大量排放A．①②③B．②③④⑤C．①③⑤D．①③④⑤【解析】⑴在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反應(yīng)是CaO+SO2==CaSO3、2CaSO3+O2==2CaSO4,由以上化學(xué)方程式可知涉及到的反應(yīng)類型有化合、氧化還原反應(yīng)、非氧化還原反應(yīng)和非離子反應(yīng)。⑵易錯(cuò)選B。主要是區(qū)分哪一個(gè)反應(yīng)是第一步“固硫”反應(yīng)。⑶有的學(xué)生誤認(rèn)為是“石灰石粉末與含硫煤混合”法更好。忽略了實(shí)際生產(chǎn)中石灰石分解為CaO需消耗很高能量，浪費(fèi)煤，使生產(chǎn)成本提高。⑷把煙囪造高不能減少SO2的排放量；在土壤中施放石灰雖可中和酸雨造成的酸性，但由于生成CaSO4,長期使用會使土壤板結(jié)，影響土質(zhì)?！即鸢浮剑孩臗；⑵A；⑶在含硫煤中加入生石灰的方法更好，因?yàn)榇朔ü?jié)約煤，成本低；⑷C。一道與環(huán)保有關(guān)的典題解析有效地利用現(xiàn)有能源和開發(fā)新能源已受到各國的普遍重視。(1)可用改變汽油組成的辦法來改善汽油的燃燒性能。例如，加入CH3OC(CH3)3來生產(chǎn)“無鉛汽油”。CH3OC(CH3)3分子中必存在的原子間連接形式有。(填寫編號)(2)天然氣的燃燒產(chǎn)物無毒、熱值高、管道輸送方便，將成為我國西部開發(fā)的重點(diǎn)之一，天然氣常和石油伴生，其主要的成分是。能說明它是正四面體而非正方形平面結(jié)構(gòu)的理由是。(填寫編號)①其一氯取代物不存在同分異構(gòu)體②其二氯取代物不存在同分異構(gòu)體③它是非極性分子④它的鍵長和鍵角都相等(3)1980年我國首次制成一輛燃?xì)淦?，乘員12人，以50km·h-1行駛了40km。要有效發(fā)展民用氫能源，首先必須制得廉價(jià)的氫氣。下列可供開發(fā)又較經(jīng)濟(jì)的制氫方法是。(填寫編號)①電解水②鋅和稀硫酸反應(yīng)③光解海水其次，制得純氫氣后還需要解決的問題是。(例舉其一)解析：(1)只要寫出結(jié)構(gòu)簡式就可以看出答案；(2)天然氣的主要成分是甲烷，若為平面正方形結(jié)構(gòu)，則其二元取代物有兩種同分異構(gòu)體，而正四面體的二元取代物不存在同分異構(gòu)體；(3)電解水消耗大量的電能，鋅和稀硫酸的反應(yīng)也不