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第1课时作业新人教版选修

生产硫酸的基本流程

一、依据化学反应原理确定生产过程

1.下列对硫酸生产中化学反应原理的分析正确的是( )

A.硫酸生产中涉及的三个化学反应因原料的不同可能全部是氧化还原反应

B.硫酸生产中涉及的三个化学反应都是放热反应

C.硫酸生产中涉及的三个化学反应都需要使用催化剂

D.硫酸生产中涉及的三个化学反应都需要在较高温度条件下进行

解析:三个化学反应都是放热反应;三个反应中只有SO2SO3需使用催化剂;SO3H2SO4在

常温下进行,且是非氧化还原反应。

答案:B

2.关于工业制硫酸的叙述中,不正确的是( )

A.造气阶段排出的炉气必须净化,主要目的是防止催化剂中毒

B.SO2被氧化成SO3时反应是在催化剂表面进行的

C.黄铁矿粉碎成细小矿粒,燃烧快、反应完全,提高了原料的利用率

D.SO3用稀硫酸吸收而不用水吸收,可防止形成酸雾并使SO3吸收完全

解析:生产中对矿石进行粉碎,增大了原料之间的接触面积,增大了反应速率,可提高原料的

利用率(转化率);SO3用98%的硫酸吸收而不用稀硫酸或水吸收,可防止形成酸雾,使SO3吸收

完全。

答案:D

二、生产中原料的选择

3.工业制硫酸中,进入催化反应室的气体必须预先净化、干燥,其主要原因是( )

A.防止催化剂中毒

B.提高反应速率

C.提高SO2转化率

D.防止环境污染

解析:因为炉气中的砷、硒化合物和矿尘使催化剂中毒,影响产率,所以必须预先净化、干燥,

选项A正确。

答案:A

4.有关工业制硫酸,下列说法中不正确的是( )

A.硫黄或黄铁矿均可作原料

B.SO2转化为SO3,需在催化剂和加热条件下进行

C.SO3可用水直接吸收

D.热交换装置可使生成的气体冷却,并对原料气体加热

解析:SO3用水吸收易形成酸雾,不利于SO3的吸收,工业上常用98%的硫酸吸收SO3。

答案:C

三、生产中反应条件的控制

5.在硫酸的工业制法中,下列生产操作与说明生产操作的原因都正确的是( )

A.黄铁矿燃烧前需将矿粒粉碎,这样易于投料

B.炉气进入催化反应室之前需要净化、干燥,因为炉气中的杂质易与SO2反应

C.SO2氧化为SO3时需使用催化剂,这样可提高SO2的转化率

D.催化反应室的反应温度控制在400~500 ℃,因为在这个温度范围内,反应速率和SO2的转

化率都比较理想,且催化剂的活性也较高

解析:题中所提到的对工业制硫酸采取的生产操作都是正确的。但黄铁矿需粉碎的原因是为

了增大矿粒与空气的接触面积,使其燃烧得更快、更充分,从而提高黄铁矿的利用率;进入催化反应室前炉气必须净化、干燥,是因为炉气中的一些杂质会使催化剂中毒,使催化剂丧失活性,同时防止炉气中的水蒸气和SO2生成酸而腐蚀管道;SO2转化为SO3时使用催化剂是为了缩短到达平衡的时间,但它不能影响化学平衡的移动,不影响SO2的转化率大小;催化反应室控制反应的温度在400~500 ℃,这是综合考虑了催化剂的活性、反应速率及SO2的转化率等因素而确定的,故D项正确。

答案:D

6.下列说法中正确的是( )

A.合成硫酸的工业尾气可以直接排入大气

B.进入催化反应室的气体,必须先经净化、干燥

C.造气流程排出的炉渣可以作为肥料

D.在高温、高压下由SO2和O2合成SO3

解析:尾气中含有大量SO2、SO3有害气体,直接排入大气易形成酸雨,故A项错误;炉渣可以作炼铁原料及制水泥、制砖原料,不能用作肥料,故C项错误;SO2与O2反应的条件应该是高温、常压,故D项错误;为了防止催化剂中毒,进入催化反应室的气体必须先经净化、干燥,故B 项正确。

答案:B

7.工业制硫酸采用逆流的主要目的是( )

①矿石充分燃烧②催化反应室中预热反应气体和冷却生成气体③吸收SO3时形成酸雾少

④提高原料的利用率和产品的产率

A.①②

B.②④

C.③④

D.④

解析:由于2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,其正反应为放热反应,逆流操作后,可使温度下降,提高SO2的转化率,同时预热反应物,提高催化剂的催化活性。

答案:B

8.在硫酸的工业制法中,下列生产操作与生产操作的主要原因两者都正确的是( )

A.黄铁矿燃烧前要粉碎,因为大块的黄铁矿不能燃烧

B.SO3用98%的硫酸吸收,目的是防止形成酸雾,以便SO3吸收完全

C.SO2氧化为SO3时需使用催化剂,这样可以提高SO2的转化率

D.造气阶段产生的炉气需净化,因为炉气中SO2会与杂质反应

解析:黄铁矿粉碎的目的是使矿石燃烧充分,提高原料利用率;使用催化剂不能使化学平衡移动,不能提高SO2的转化率;对造气阶段产生的炉气进行净化的目的是防止杂质使催化剂中毒。

答案:B

9.以黄铁矿为原料,生产硫酸的流程可简示如下:

请回答下列问题:

(1)在炉气制造中,生成SO2的化学方程式为

;

(2)炉气精制的作用是将含SO2的炉气、及干燥,如果炉气不经过精制,对SO2催化氧化的影响是

;

(3)精制炉气(含SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%)中SO2平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示。在实际生产中,SO2催化氧化反应的条件选择常压、450 ℃左右(对应图中A点),而没有选择SO2转化率更高的B点或C点对应的反应条件,其原因分别是

;

(4)在SO2催化氧化设备中设置热交换器的目的是、

, 从而充分利用能源。

解析:(2)煅烧黄铁矿制得的炉气中含有矿尘、砷和硒等的化合物、水蒸气;应对炉气进行除尘、水洗和干燥,避免催化剂中毒。

(3)从图可知,在低温下进行时SO2的平衡转化率较高,但低温时催化剂的活性不高,反应速率慢,实际生产中采用400~500 ℃的温度。由图可知,在高压下进行时SO2的平衡转化率较高,但增大压强时SO2的转化率提高不大,且加压会增大成本和能量消耗,而常压下的转化率已很高,故实际生产中采用常压操作。

(4)SO2和O2的反应为放热反应,而经净化后的炉气需要加热,故可通过热交换器,对冷的SO2、O2加热,达到充分利用能源的目的。

答案:(1)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

(2)除尘水洗矿尘、砷、硒等化合物会使催化剂中毒,水蒸气对设备和生产有不良影响

(3)不选B点,因为压强越大对设备的投资越大,消耗的能量越大;450 ℃时,SO2原料的转化率在0.1 MPa下的转化率已达到97%左右,再提高压强,SO2的转化率提高得很小,所以采用0.1 MPa