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(guò)程中的基本問(wèn)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(guò)程中的基本問(wèn)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(guò)量的空氣是為了提高FeS2和SO2的轉(zhuǎn)化率D．從汲取塔出來(lái)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(duì)礦石進(jìn)行粉碎，既可增大原料之間的相對(duì)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(guò)量空氣的方法來(lái)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(guò)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(shuō)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(guò)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(guò)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(duì)環(huán)境有較大影響的有害氣體。能用于測(cè)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(cè)定SO2含量必須要能跟SO2反應(yīng)，而且可以用顏色變更來(lái)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(jiǎn)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(guò)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(shuō)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(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)到平安濃度C．硫酸生產(chǎn)過(guò)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(qǐng)寫出此脫硫過(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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?、?.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(gè)案例并回答有關(guān)問(wèn)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(cè)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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(guò)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(guò)計(jì)算說(shuō)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