高中化学第1单元走进化学工业课题1化工生产过程中的基本问题学业分层测评新人教版选修2(优选.)

化工生产过程中的基本问题
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．在以下条件下，宜于建工厂的城市是( )
A．城市郊区有丰富的黄铁矿资源，但水源、能源稍显不充足
B．城市是一座风光秀丽、空气清新的旅游城市
C．城市有丰富的磷灰石，拟建一座大型的磷肥厂
D．城市需使用硫酸的工业不多，却有丰富的黄铁矿资源
【解析】本题考查了从综合的角度分析建设工厂的一般条件。

【答案】 C
2．在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的催化反应室(见下图)，下列有关说法中错误的是( )
【导学号：64570002】
A．采用热交换装置，能充分利用“废热”，降低生产成本
B．预热含有二氧化硫的混合气体，有利于催化氧化
C．A处流出的气体为SO2和O2
D．预热SO3，有利于被浓硫酸吸收
【解析】此题考查了工业生产H2SO4的重要设备之一——催化反应室中气体的流向。

原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器，吸收热量后由A处流出再进入催化反应室发生反应，并放出大量的热，而热交换器的作用是把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气，然后由下端流入下一个装置，SO3温度过高不易被吸收，所以下端出来的气体温度较低，这也是热交换器的作用之一。

【答案】 D
3．下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是( )
A．在接触室中使用铁触媒作催化剂
B．在接触室中运用热交换技术可充分利用能源
C．把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率
D．该反应采用450～500 ℃主要是因为该温度下催化剂活性好
【解析】硫酸工业生产中，在接触室中用以V2O5为主的催化剂，使SO2氧化为SO3，A
项错误；使用热交换装置可节约能源，B项正确；把硫铁矿粉碎可增大其与氧气的接触面，使反应更充分，速率更快，可提高原料的利用率，C项正确；反应温度采用450～500 ℃是因为该温度下催化剂活性最高，D项正确。

【答案】 A
4．在接触法制硫酸工业中，接触室中装有热交换器。

采用热交换器的好处是( )
①充分利用热量，降低能耗②促使平衡向正反应方向移动，提高产率③减少热量对环境的污染④提高最终产品的纯度
A．①B．①②
C．①②③ D．①②③④
【解析】使用热交换器能充分利用热量，减少热量对环境的污染。

SO2转化为SO3是放热反应，温度降低有利于平衡向正反应方向移动。

【答案】 C
5．下列废物处理方法中正确的是( )
A．化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸收
B．化学实验中产生的二氧化氮废气可用水吸收
C．用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中，产生的废渣可用于提取燃料
D．用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中，产生的废气可用于提取漂白剂
【解析】二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小，A项错误；二氧化氮一般用烧碱溶液吸收，发生的反应为：2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O，B项错误；黄铁矿本来就是无机矿物质，又经过高温煅烧，废渣的主要成分是氧化铁、二氧化硅、氧化铝等，从中提取燃料是不现实的，C项错误；硫酸生产过程产生的废气中含有较高浓度的二氧化硫气体，二氧化硫可用作漂白剂，D项正确。

【答案】 D
6．城市的环境污染是当前突出的环境问题。

如图A所示，X河流经某工业城市Y，其中a处在上游，附近有丰富的黄铁矿资源；d处在下游，附近有多个企业以硫酸为原料。

根据某月Y市环保局监测站对X河水质检测的结果，绘制成简图如图B所示。

下列说法不正确的是( )
A．造成X河污染的主要污染源最可能分布在bc段
B．工业生活污水、固体废弃物等可能是造成X河污染的污染源
C．d处污染程度减小，可能是某些污染物的离子间发生反应生成沉淀所致
D．该城市建设硫酸厂时，综合考虑诸多因素选址在b处最合理
【解析】由于bc段污染程度呈上升趋势，则bc段是产生污染的地区，cd段逐渐下降，说明污染的物质之间发生化学反应，以气体或沉淀的形式析出，河水水质变为原始状态。

由于b处是市区用水的上游，则硫酸厂应选在河水的下游。

【答案】 D
7．下列关于硫酸工业综合经济效益的讨论中，叙述错误的是( )
A．充分利用三个反应放出的热能来降低生产成本
B．为了防止尾气的污染，用氨水吸收尾气
C．硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，远离硫酸消费中心
D．生产过程中含有少量硫酸的污水，可用石灰乳中和处理
【解析】硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，但是远离硫酸消费中心，势必造成运输成本高等问题。

【答案】 C
8．含硫48%的黄铁矿煅烧时FeS2损失2%，则下列说法不正确的是( )
A．该黄铁矿含FeS2也是48%
B．硫损失也是2%
C．铁损失也是2%
D．该黄铁矿含FeS2 90%
【解析】该黄铁矿含FeS2为120
64
×48%＝90%，故D项正确，而A项错误；煅烧时FeS2
损失2%，则其中的铁和硫也都损失2%。

【答案】 A
9．你认为减少酸雨产生的途径可以采取的措施是( )
①少用煤做燃料②把工厂烟囱造高③燃料脱硫④在已酸化的土壤中加石灰⑤开发新能源
A．①②③B．②③④⑤
C．①③⑤ D．①③④⑤
【解析】形成酸雨的主要气体污染物是SO2及NO x等，SO2主要来源于燃烧含硫的煤和石油，所以少用煤做燃料可减少酸雨的产生；燃料脱硫也可以减少酸雨的产生；开发新能源是减少SO2产生的新途径。

则①③⑤都可减少SO2的产生，从而减少酸雨的产生。

把工厂烟囱造高既不能使SO2转化，也不能减少SO2的产生，不符合题意。

在酸化的土壤中加入石灰，只能改良土壤，而不能减少酸雨，不是正确方法。

【答案】 C
10．有关硫酸工业综合经济效益的说法中，正确的是( )
A．甲地有丰富的黄铁矿资源，水源、能源充足，交通便利，是风景秀丽的旅游胜地，虽然当地使用硫酸的工业不多，但为提高当地经济效益宜建硫酸厂
B．为减少SO2对空气的污染，可以建筑高烟囱，使含SO2的尾气在高空扩散稀释，保证地面达到安全浓度
C．硫酸生产过程排放的污染物主要是含SO2的尾气、固体残渣、废酸和废水等
D．选择硫酸厂厂址时，当经济利益与环保问题有冲突时，为提高人们的物质生活水平，应先考虑经济利益的问题
【解析】硫酸厂是污染性的企业，不应建在风景区；当地使用硫酸的工业不多，也不宜建硫酸厂，因为硫酸的远程运输成本高，危险性大，故A错误。

将SO2排放到高空，SO2的总量不会减少，且会形成酸雨危害环境，故B错误。

选择硫酸厂厂址在考虑经济利益的同时，必须考虑环保问题，也就是要提高综合经济利益，故D错误。

【答案】 C
[能力提升]
11．以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：
(1)沸腾炉中发生的反应方程式为__________________________。

(2)接触室中发生反应的化学方程式是
____________________________________________________、
____________________________________________________。

(3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是________(填字母)。

a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
b．过量空气能提高SO2的转化率
c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率
d．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
(4)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐。

SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2。

SO2吸收Br2的离子方程式是
____________________________________________________
____________________________________________________。

【解析】本题主要考查硫酸工业、化学方程式的书写等。

(1)根据原子守恒即可写出方程式。

(2)SO 2和O 2在接触室发生反应生成SO 3：2SO 2＋O 2
催化剂
加热
2SO 3。

(3)选项a ，将黄铁矿粉碎能增加反应接触面积而加快反应速率。

选项b ，增加空气(O 2)浓度能提高SO 2的转化率。

选项c ，催化剂对转化率无影响。

选项d ，矿渣中含有Fe 2O 3，可用于冶炼铁。

【答案】 (1)4FeS 2＋11O 2=====高温
2Fe 2O 3＋8SO 2
(2)2SO 2＋O 2
催化剂
加热
2SO 3
(3)abd
(4)SO 2＋Br 2＋2H 2O===4H ＋＋2Br －＋SO 2－4
12．(1)为防酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的SO 2，工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。

请写出燃烧时，有关“固硫”(不使含硫化合物进入大气)反应的化学方程式：______________________________________。

(2)某有色金属冶炼厂排放的废气中含有SO 2，先用石灰浆吸收SO 2，然后利用空气中的氧气将产物继续氧化成石膏(CaSO 4·2H 2O)。

写出反应的两个化学方程式：____________________________________________________、
____________________________________________________。

(3)硫酸厂排放的尾气中SO 2与硝酸厂排放的尾气中NO 和NO 2在催化剂作用下能发生氧化还原反应，释放出一种无色、无味、无毒的大气中含有的气体和一种常温(20 °C)、常压(101 kPa)下的无色液体，试分别写出它们发生反应的化学方程式：
____________________________________________________、
____________________________________________________。

【解析】 (1)注意“固硫”的含义；不使含硫的化合物进入大气。

因而不包括下列反
应：S ＋O 2=====点燃
SO 2。

含硫煤中的硫元素大多数是以化合态存在的，游离态的单质硫很少，上述反应也不能准确表示含硫煤中硫变为SO 2的反应。

(2)所提供的石灰浆应该是过量的，所以不会生成Ca(HSO 3)2，否则得不到CaSO 4·2H 2O 。

(3)SO 2与NO x 发生反应，生成大气中含有的气体应是N 2，NO x 变为N 2失去了O 原子，SO 2得到O 原子变成了SO 3，SO 3在常温常压下是无色液体。

【答案】 (1)CaO ＋SO 2=====高温
CaSO 3
2CaSO 3＋O 2=====高温
2CaSO 4
(2)Ca(OH)2＋SO 2===CaSO 3＋H 2O
2CaSO 3＋O 2＋4H 2O===2(CaSO 4·2H 2O)
(3)2SO 2＋2NO =====催化剂
2SO 3＋N 2
4SO 2＋2NO 2=====催化剂
4SO 3＋N 2
13．下图装置可以进行测定SO 2转化成SO 3的转化率的实验。

已知SO 3的熔点是16.8 ℃，沸点是44.8 ℃。

已知发生装置中所涉及反应的化学方程式为：
Na 2SO 3(s)＋H 2SO 4(85%)===Na 2SO 4＋H 2O ＋SO 2↑。

(1)根据实验需要，应该在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处连接合适的装置。

请从下图A ～E 装置中选择最适合装置并将其序号填入下面的空格中。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处连接的装置分别是________、________、________。

(2)实验时，浓硫酸顺利地滴入烧瓶中，甲仪器所起作用的原理是
____________________________________________________
____________________________________________________。

(3)从乙处均匀通入O 2，为使SO 2有较高的转化率，实验时，在加热与滴加浓硫酸过程中应采取的操作是
____________________________________________________
____________________________________________________。

(4)用大火加热烧瓶时，SO 2的转化率会________(填“增大”、“不变”或“降低”)。

(5)用a mol Na 2SO 3粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，继续通入O 2一段时
间后，称得Ⅲ装置质量增加b g ，则本实验中SO 2的转化率为________。

【解析】 明确实验目的：测定SO 2的转化率。

反应原理：2SO 2＋O 2
催化剂
△
2SO 3
可测量催化反应后剩余SO 2的质量。

(1)选择实验仪器、药品：经发生器出来的气体是O 2、SO 2及少量水蒸气，应干燥，Ⅰ处应为装置B ；反应后气体成分为O 2、SO 2、SO 3，从提供选择的装置来看，可用NaOH 溶液吸收SO 2来测量SO 2的体积。

但有SO 3干扰，应先除去SO 3，考虑到SO 3很容易液化，故在Ⅱ处选装置A ，Ⅲ处选装置E 。

(4)用大火加热烧瓶时，产生SO 2的速率太快，来不及转化，故转化率会降低。

(5)由Na 2SO 3→SO 2可知产生的SO 2也为a mol,64a g SO 2的转化率为64a －b 64a
×100%。

【答案】 (1)B A E
(2)维持烧瓶与分液漏斗内的压强相等
(3)先加热V 2O 5，然后缓慢滴加浓硫酸
(4)降低 (5)64a －b 64a
×100% 14．(2016·西安高二检测)工业制硫酸生产流程如图：
(1)在催化反应室，下列措施中有利于提高SO 2平衡转化率的有________(填字母)。

A ．升高温度
B ．减小压强
C ．不断补充空气
D ．及时分离出SO 3
(2)在生产中，为提高催化剂效率采取的措施是________(填字母)。

A ．净化气体
B ．控制温度在400～500℃
C ．增大催化剂与反应气体的接触面积
D ．不断补充空气
(3)已知2SO 2(g)＋O 2(g)催化剂
2SO 3(g)
ΔH ＝－196 kJ/mol 。

在450℃、常压和钒催化条件下向一密闭容器中充入 2 mol SO 2
和1 mol O2，充分反应后，放出的热量________(填“＜”、“＞”或“＝”)196 kJ，理由是_________________________。

(4)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2 7%、O2 11%、N2 82%。

在500 ℃，0.1 MPa条件下达到平衡时，各种气体的体积比为V(SO2)∶V(SO3)∶V(O2)∶V(N2)＝
0.46∶6.5∶7.7∶82，则SO2的利用率为_____。

(5)生产硫酸过程中的尾气通常用氨水吸收，请写出该反应的化学方程式：
____________________________________________________
____________________________________________________。

【解析】(1)SO2转化为SO3是气体体积减小的放热反应，选择低温高压可提高转化率，同时可鼓入空气或分离出SO3，使平衡向右移动。

C、D正确。

(2)净化气体，防止催化剂中毒，A正确。

在400～500 ℃ 时催化剂活性最高，B正确。

增大与反应气体接触面积可提高催化效果，C正确。

补充空气对催化效果无影响，D错。

(3)2 mol SO2和1 mol O2完全反应时，放热196 kJ，但可逆反应不能进行彻底，加入的2 mol SO2和1 mol O2不能全部反应，所以生成的三氧化硫小于2 mol，故放热小于196 kJ。

(4)6.5/(6.5＋0.46)×100%≈93.4%。

(5)尾气中含有SO2、SO3酸性气体，与氨水反应生成(NH4)2SO4和(NH4)2SO3。

【答案】(1)CD (2)ABC
(3)＜ 2 mol SO2和1 mol O2完全反应生成2 mol SO3，放出196 kJ的热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，所以放出的热量小于196 kJ
(4)93.4%
(5)2NH3·H2O＋SO3===(NH4)2SO4＋H2O，
2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O
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