2022年高中化學(xué) 第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 課題1 化學(xué)生產(chǎn)過程中的基本問題2作業(yè) 新人教版選修2

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1、2022年高中化學(xué) 第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 課題1 化學(xué)生產(chǎn)過程中的基本問題2作業(yè) 新人教版選修2 1.以下有關(guān)接觸法制硫酸的論述錯誤的是(  ) A.為提高反應(yīng)速率和原料利用率,硫鐵礦要在“沸騰”狀態(tài)下燃燒 B.為防止催化劑中毒,氣體在進(jìn)接觸室前要先凈化 C.接觸室中熱交換器的主要作用是預(yù)熱未反應(yīng)的氣體和冷卻反應(yīng)后的氣體 D.吸收塔中SO3從下往上升,水從上往下噴,剩余氣體從上部出來循環(huán)利用 2.下列關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論中,敘述錯誤的是(  ) A.充分利用三個反應(yīng)放出的熱能,來降低生產(chǎn)成本 B.為了防止尾氣的污染,可將尾氣用石灰水吸收生成CaSO3,再用硫酸處理得

2、到含量較高的SO2 C.硫酸工廠要遠(yuǎn)離人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū),遠(yuǎn)離硫酸消費中心 D.生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣可作為煉鐵的原料,也可作為制造水泥的原料 3.關(guān)于對SO2混合氣體凈化的目的敘述正確的是(  ) ①除塵(除去礦塵)防止催化劑中毒 ②洗滌(除去砷、硒等的化合物)防止催化劑中毒 ③干燥(除去水蒸氣)防止催化劑中毒?、芨稍?除去水蒸氣)防止對設(shè)備和生產(chǎn)的不良影響 A.①②③④ B.①②③ C.①② D.①②④ 4.接觸法制硫酸的接觸室里有一個熱交換器,有關(guān)它的下列說法正確的是(  ) A.其主要作用是給催化劑加熱 B.其作用是把生成的熱量傳遞給需要預(yù)熱的混合

3、氣體,并將反應(yīng)后生成的氣體冷卻 C.為了充分利用預(yù)熱,使冷水經(jīng)過熱交換器,從而得到熱水 D.進(jìn)行熱量傳遞時,冷、熱氣體流向相同 5.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、能源充足,交通便利,是風(fēng)景秀麗的旅游勝地,雖然當(dāng)?shù)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多,但為提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)效益宜建硫酸廠 B.為減少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)到安全濃度 C.硫酸生產(chǎn)過程排放的污染物主要是含SO2的尾氣、固體殘渣、廢酸和廢水等 D.選擇硫酸廠廠址時,當(dāng)經(jīng)濟(jì)利益與環(huán)保問題有沖突時,為提高人們的物質(zhì)生活水平,應(yīng)先考慮經(jīng)濟(jì)利

4、益的問題 6.硫酸制造業(yè)中采取以下幾種措施:①改進(jìn)煅燒硫鐵礦的技術(shù);②氧化二氧化硫時使用催化劑;③在氧化二氧化硫的設(shè)備中安裝熱交換器;④將二氧化硫進(jìn)行多次循環(huán)氧化;⑤回收利用尾氣中的二氧化硫。其中能減少酸雨產(chǎn)生的措施是(  ) A.①②④⑤ B.②③④⑤ C.①②③④⑤ D.④⑤ 7.接觸法生產(chǎn)硫酸的過程中,對廢氣、廢水、廢渣、廢熱的處理正確的是(  ) ①尾氣用氨水處理?、谖鬯檬胰樘幚怼、蹚U渣用來造水泥、煉鐵 ④設(shè)置廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽、供熱或發(fā)電 A.①② B.①③④ C.①②③ D.①②③④ 8.下列關(guān)于硫酸工業(yè)生產(chǎn)過程的敘述錯誤的是(  ) A.在接觸室中

5、使用鐵粉作催化劑 B.在接觸室中運用熱交換技術(shù)可充分利用能源 C.把黃鐵礦磨成細(xì)粉末,可以提高原料的利用率 D.該反應(yīng)采用450~500 ℃主要是因為該溫度下催化劑活性好 9.硫酸工業(yè)生產(chǎn)中,通過下列反應(yīng)使SO2轉(zhuǎn)化為SO3:2SO2+O22SO3 ΔH=-196.6 kJ·mol-1。已知常壓下SO3的體積分?jǐn)?shù)為91%,試回答下列問題: (1)在生產(chǎn)中常用過量的空氣是為____________________________________________。 (2)加熱到450 ℃是由于: _________________________________。 (3)壓強(qiáng)應(yīng)采用

6、__________(填“加壓”“常壓”或“減壓”),原因是_______________ 。 (4)尾氣中的SO2常用氨水等堿溶液吸收,因為 _______________________________________________________________________________。 10.以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下: (1)將

7、燃燒黃鐵礦的化學(xué)方程式補充完整。 4______+11O22Fe2O3+8SO2 (2)接觸室中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________________。 (3)依據(jù)工藝流程圖判斷下列說法正確的是______(選填序號字母)。 A.為使黃鐵礦充分燃燒,需將其粉碎 B.過量空氣能提高SO2的轉(zhuǎn)化率 C.使用催化劑能提高SO2的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率 D.沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵 (4)每160 g SO3氣體與H2O化合放出260.6 kJ的熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是________________________________________________

8、_________________ ______。 11.某化學(xué)興趣小組的同學(xué)為模擬工業(yè)制造硫酸的生產(chǎn)過程,設(shè)計了如圖所示的裝置,請根據(jù)圖示回答問題。 (1)裝置A用來制取氧氣,寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式:______________________。 (2)燃燒爐內(nèi)放一定量黃鐵礦粉末,在高溫條件下和A裝置制出的氧氣充分反應(yīng),其化學(xué)方程式為______________________;現(xiàn)有含F(xiàn)eS2 60%的黃鐵礦100 t,如果在煅燒過程中,S損失了18%,則可生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸______噸。 (3)C裝置為凈化裝置,若無該裝置,將混合氣體直接通入D裝置,除對裝

9、置有腐蝕外,還會造成的后果是______________________。 (4)工業(yè)上利用2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)反應(yīng)制備SO3,下表是在一定條件下測定的SO2的轉(zhuǎn)化率,根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù),請選擇工業(yè)利用該反應(yīng)制備SO3的溫度與壓強(qiáng)______________。 (5)為檢驗從接觸室出來的氣體成分,甲同學(xué)設(shè)計如下實驗: ①A中盛放的試劑是______。 ②B中盛放98.3%濃硫酸的作用是______________________,乙同學(xué)提出可用飽和NaHSO3溶液代替98.3%的濃硫酸,請你判斷乙同學(xué)的方案______(填“可行”或“不可行”),說明理由

10、______________________。 ③C中盛放的試劑是______,其作用是______________________。 12.開發(fā)氫能是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的需要。硫鐵礦(FeS2)燃燒產(chǎn)生的SO2通過下列碘循環(huán)工藝過程既能制H2SO4,又能制H2。 請回答下列問題: (1)已知1 g FeS2完全燃燒放出7.1 kJ熱量,F(xiàn)eS2燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。 (2)該循環(huán)工藝過程的總反應(yīng)方程式為_______________

11、___________________________。 (3)用化學(xué)平衡移動的原理分析,在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H2的目的是________________________________________________________________________。 (4)用吸收H2后的稀土儲氫合金作為電池負(fù)極材料(用MH表示),NiO(OH)作為電池正極材料,KOH溶液作為電解質(zhì)溶液,可制得高容量,長壽命的鎳氫電池。電池充放電時的總反應(yīng)為: NiO(OH)+MHNi(OH)2+M ①電池放電時,負(fù)極的電極反應(yīng)式為____________________________

12、_______________。 ②充電完成時,Ni(OH)2全部轉(zhuǎn)化為NiO(OH)。若繼續(xù)充電將在一個電極產(chǎn)生O2,O2擴(kuò)散到另一個電極發(fā)生電極反應(yīng)被消耗,從而避免產(chǎn)生的氣體引起電池爆炸,此時,陰極的電極反應(yīng)式為____________________________________。 參考答案 1. 解析:為防止形成酸霧及加快吸收速率,三氧化硫是用濃硫酸吸收,而不是被水吸收。 答案:D 2. 解析:硫酸工廠要遠(yuǎn)離人口稠密的居民區(qū)和環(huán)保要求高的地區(qū)。而遠(yuǎn)離硫酸消費中心,勢必造成運輸、環(huán)境污染等問題。 答案:C 3. 解析:除去水蒸氣的目的不是防止催化劑中毒,而是防止其對設(shè)備和

13、生產(chǎn)的不良影響。 答案:D 4. 解析:接觸室中的熱交換器是在每兩層催化劑的中間,因此起不到給催化劑加熱的作用,熱交換器管內(nèi)和管外流動的均是氣體,且采用的是逆流(即氣體流向相反)形式。 答案:B 5. 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)厥褂昧蛩岬墓I(yè)不多,也不宜建硫酸廠,因為硫酸的遠(yuǎn)程運輸成本高,危險性大,故A錯誤。將SO2排放到高空,SO2的總量不會減少,且SO2會形成酸雨危害環(huán)境,故B錯誤。選擇硫酸廠廠址在考慮經(jīng)濟(jì)利益的同時,必須考慮環(huán)保問題,也就是要提高綜合經(jīng)濟(jì)效益,故D錯誤。 答案:C 6. 解析:改進(jìn)煅燒硫鐵礦的技術(shù)、氧化二氧化硫時使用催化劑和在氧化二氧化硫

14、的設(shè)備中安裝熱交換器,都不涉及二氧化硫排放的問題。 答案:D 7. 解析:硫酸廠尾氣中含有SO2,可用氨水吸收處理;硫酸廠廢水中含有硫酸可用石灰乳中和;硫酸廠廢渣中含有SiO2、Fe2O3等,可用于制造水泥、煉鐵;由于硫酸生產(chǎn)過程中三個化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng),可以充分利用這些反應(yīng)放出的熱能來降低生產(chǎn)成本。 答案:D 8. 解析:接觸室中發(fā)生反應(yīng):2SO2+O22SO3,催化劑用V2O5。 答案:A 9. 解析:工業(yè)生產(chǎn)中常增加某一廉價反應(yīng)物的濃度,以提高另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。硫酸工業(yè)生產(chǎn)中通入過量空氣同樣是為了使平衡向正反應(yīng)方向移動,提高SO2的轉(zhuǎn)化率,使成本較高的SO2得到較充分的利

15、用。 溫度的選擇不僅要從反應(yīng)的程度考慮,更要考慮反應(yīng)的速率和催化劑的活性。450 ℃時催化劑的活性較高,選擇此溫度可提高反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時間。 壓強(qiáng)的選擇主要考慮平衡的移動、設(shè)備及動力系統(tǒng)等方面的因素。雖然增大壓強(qiáng)可提高該反應(yīng)中SO2的轉(zhuǎn)化率,但在常壓下SO3的體積分?jǐn)?shù)已達(dá)91%,而增大壓強(qiáng)對設(shè)備、動力系統(tǒng)要求高。成本增大,不合算,故工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓。 答案:(1)使平衡向正反應(yīng)方向移動,提高SO2的轉(zhuǎn)化率,使成本較高的SO2得到較充分的利用 (2)450 ℃時,催化劑的活性較高,選擇此溫度可提高反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時間,提高單位時間的產(chǎn)量 (3)常壓 

16、常壓下SO3的體積分?jǐn)?shù)已達(dá)91%,而增大壓強(qiáng)對設(shè)備、動力系統(tǒng)要求高,成本增大,綜合經(jīng)濟(jì)效益降低 (4)NH3+H2O+SO2===NH4HSO3,即氨水吸收SO2生成NH4HSO3,避免污染環(huán)境 10. 解析:(1)根據(jù)元素守恒可知答案為FeS2。 (2)接觸室發(fā)生SO2的催化氧化反應(yīng)。 (3)A項增大了反應(yīng)物的接觸面積,加大了反應(yīng)速率,使原料充分燃燒;B項過量空氣使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動,提高了SO2的轉(zhuǎn)化率;C項催化劑可加大反應(yīng)速率,但不影響化學(xué)平衡;D項礦渣中含有Fe2O3,可用于煉鐵。 (4)1 mol SO3氣體與H2O化合放出的熱量為 kJ=130.3 kJ,從而可寫出

17、熱化學(xué)方程式。 答案:(1)FeS2 (2)2SO2+O22SO3 (3)ABD (4)SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(l) ΔH=-130.3 kJ·mol-1 11. 解析:(1)根據(jù)圖示裝置確定是實驗室快速制氧氣,所以可以用雙氧水與二氧化錳或過氧化鈉與水反應(yīng)制備。(2)涉及的是多步計算,可以用硫的守恒快速計算。(3)砷、硒雜質(zhì)會使催化劑中毒。(4)分析表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在常壓,400~500 ℃時轉(zhuǎn)化率已經(jīng)比較高了。(5)關(guān)鍵是要明確尾氣成分主要是考慮SO3、SO2和O2,結(jié)合尾氣的性質(zhì)進(jìn)行分析解答。 答案:(1)2H2O22H2O+O2↑或2Na2O2+2H2O==

18、=4NaOH+O2↑ (2)4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2 82 (3)催化劑中毒 (4)400~500 ℃;常壓 (5)①BaCl2溶液 ②除SO3 不可行 SO3與NaHSO3反應(yīng)生成SO2,對實驗結(jié)果造成干擾 ③酸性KMnO4溶液或溴水 檢驗并吸收SO2 12. 解析:(1)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,則4 mol FeS2燃燒放出的熱量為4 mol×120 g·mol-1×7.1 kJ·g-1=3 408 kJ。 (2)書寫該過程中的化學(xué)方程式:SO2+I(xiàn)2+2H2O===2HI+H2SO4,2HIH2+I(xiàn)2。整理可得總反應(yīng)方程式為S

19、O2+2H2O===H2SO4+H2。 (3)對于2HIH2+I(xiàn)2平衡體系,分離出H2,平衡正向移動,有利于提高HI的分解率。 (4)①電池放電發(fā)生原電池反應(yīng),負(fù)極上MH發(fā)生氧化反應(yīng),其電極反應(yīng)式為MH+OH--e-===M+H2O,因為電解質(zhì)溶液呈堿性。所以MH放電后生成的H+以H2O的形式出現(xiàn); ②充電完成時,該電解池的陽極材料為NiO(OH),陰極材料為MH,電解質(zhì)溶液為KOH溶液,根據(jù)電解池工作原理,陰極上的電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑,但是題中信息為O2與陰極產(chǎn)物可發(fā)生化學(xué)反應(yīng),則H2被O2氧化,在堿性條件下以O(shè)H-形式存在。 答案:(1)4FeS2(s)+11O2(g)===2Fe2O3(s)+8SO2(g) ΔH=-3 408 kJ·mol-1 (2)SO2+2H2O===H2SO4+H2 (3)分離出H2,促使反應(yīng)2HIH2+I(xiàn)2正向移動,提高HI的分解率 (4)①MH+OH--e-===M+H2O ②2H2O+O2+4e-===4OH-

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