2019-2020年高考化學(xué)第一輪復(fù)習(xí)講與練三十：化工生產(chǎn)中綜合經(jīng)濟效益的討論[舊人教].doc

2019-2020年高考化學(xué)第一輪復(fù)習(xí)講與練三十：化工生產(chǎn)中綜合經(jīng)濟效益的討論舊人教一、要點精講1、硫酸工業(yè)（1）硫酸的工業(yè)制法（接觸法）高溫 系統(tǒng)地學(xué)習(xí)掌握某一物質(zhì)的工業(yè)制法，一般要從所用原料、化學(xué)反應(yīng)、適宜條件、生產(chǎn)過程、主要設(shè)備、環(huán)境保護等角度去分析理解。按照上述要求，工業(yè)上接觸法制硫酸概括為“五個三”，即三種原料、三個反應(yīng)、適宜生產(chǎn)條件的三個問題、三個生產(chǎn)過程、三個主要設(shè)備等。二氧化硫的制取和凈化：4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 （沸騰爐） 催化劑D二氧化硫氧化成三氧化硫： 2SO2+O2 2SO3 （接觸室）三氧化硫的吸收和硫酸的生成：SO3+ H2O=H2SO4 （吸收塔）（2）二氧化硫接觸氧化反應(yīng)適宜條件的選擇催化劑：為了加快反應(yīng)速率，工業(yè)上常選用V2O5作SO2氧化的催化劑。溫度：從反應(yīng)速率要求看，反應(yīng)溫度必須較高，從化學(xué)平衡要求看，反應(yīng)溫度必須較低，結(jié)合催化劑的活性溫度考慮，選擇400 500 作為SO2氧化的溫度。壓強：從反應(yīng)速率要求看，理想壓強應(yīng)該較高，從化學(xué)平衡要求看，理想壓強也應(yīng)較高，所以SO2氧化可以在壓強很高的條件下進行。但常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，加壓增大投資和能量消耗，因此SO2的氧化選擇在常壓下進行。2、關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟效益的討論 （1）環(huán)境保護與原料的綜合利用?；どa(chǎn)必須保護環(huán)境，嚴(yán)格治理“三廢”，并盡可能把“三廢”變?yōu)橛杏玫母碑a(chǎn)品，實現(xiàn)原料的綜合利用。硫酸廠的“三廢”經(jīng)處理后，不僅消除了污染，而且也使SO2和黃鐵礦礦渣得到合理利用。 尾氣吸收：硫酸工業(yè)的尾氣中含SO2等氣體，直接排放會污染大氣，工業(yè)上常用氨水吸收有毒氣體：2NH3H2O + SO2= (NH4)2SO3+H2O，反應(yīng)后再向其中加入稀硫酸：(NH4)2SO3+H2SO4= (NH4)2SO4+SO2+H2O，這樣制得純度較高的SO2，返回車間制硫酸或作他用，另一產(chǎn)物(NH4)2SO4可用作氮肥。污水處理：硫酸生成過程中生成的污水中含有H2SO4等雜質(zhì)，可用石灰乳中和處理：Ca (OH)2 +H2SO4= CaSO4 + H2O，從而可制得石膏。廢渣的利用：沸騰爐中出來的爐渣可作為制水泥或磚的原料或煉鐵。（2）能量的充分利用。許多化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，化工生產(chǎn)中應(yīng)充分利用反應(yīng)熱，以降低生產(chǎn)成本。硫酸生產(chǎn)中的反應(yīng)熱得到充分利用后，不僅不需要由外界向硫酸廠供應(yīng)能量，而且還可以由硫酸廠向外界輸出大量能量。（3）合理選擇廠址，發(fā)展規(guī)模生產(chǎn)化工廠廠址的選擇是一個復(fù)雜的問題，它涉及到原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場需求、交通運輸、環(huán)境保護等因素，要綜合考慮，權(quán)衡得弊，作出合理的抉擇?，F(xiàn)代化工生產(chǎn)投資大，便于采用先進的技術(shù)以提高勞動生產(chǎn)率，同時有關(guān)“廢熱”利用、環(huán)境保護等輔助設(shè)施也便于處理。所以現(xiàn)代化工中規(guī)模越大，則單位產(chǎn)量的成本越低，經(jīng)濟效益越高。當(dāng)然規(guī)模的大小還要根據(jù)國情而定。 二、典例解析【例1】在硫酸的工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因都正確的是A硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能燃燒B從沸騰爐出來的爐氣需凈化和干燥，因為爐氣中SO2會與雜質(zhì)反應(yīng)CSO3用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，而影響SO3的吸收D熱交換器中冷、熱氣體流動方向相反的目的是為了使熱交換充分【例2】有A、B、C、D四個中等城市，它們水源、能源充足、交通便利。它們的相對地理位置如圖，各城市各有特點：A城是風(fēng)光秀麗、人口稠密、土地供應(yīng)緊張的旅游城市，環(huán)保要求高，近郊有豐富的FeS2資源。B城是一個新興工業(yè)城，已建有大型磷肥廠，土地供應(yīng)充足。C城近郊有豐富的磷灰石資源，工業(yè)發(fā)達，但使用H2SO4的工業(yè)不多，土地供應(yīng)充足。D城是一個古老城市，它的周圍是重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，是大量肥料的集散地?，F(xiàn)擬建年產(chǎn)10萬噸的黃鐵礦制硫酸的工廠，工廠廠址應(yīng)選在A.A城近郊 B.B城近郊C.C城近郊 D.D城近郊三、當(dāng)堂反饋1（xx年上海，15）在NH3、HNO3、H2SO4的工業(yè)生產(chǎn)中，具有的共同點是A使用吸收塔設(shè)備 B使用尾氣吸收裝置 C使用H2作原料 D 使用催化劑2 硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟效益問題。（1）若從下列四個城市中選擇一處新建一座硫酸廠，你認(rèn)為廠址宜選在_的郊區(qū)（填選項的標(biāo)號）。 A有豐富黃鐵礦資源的城市 B風(fēng)光秀麗的旅游城市C消耗硫酸甚多的工業(yè)城市 D人口稠密的文化、商業(yè)中心城市（2）據(jù)測算，接觸法制硫酸過程中，若反應(yīng)熱都未被利用，則每生產(chǎn)1t 98%硫酸需消耗3.6105kJ能量。請通過計算判斷，若反應(yīng)：SO2 (g) + 1/2O2 (g) SO3 (g) ；H= -98.3kJ/mol放出的熱量能在生產(chǎn)過程中得到充分利用，則每生產(chǎn)1t 98%硫酸只需外界提供（或可向外界輸出）多少kJ能量？（3）CuFeS2是黃鐵礦的另一成分，煅燒時，CuFeS2轉(zhuǎn)化為CuO、Fe2O3和SO2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。（4）由硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4（由CuO和SO3在沸騰爐中化合而成），其中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨沸騰爐溫度不同而變化（見下表）。沸騰爐溫度/600620640660礦渣中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%9.39.29.08.4已知CuSO4在低于660時不會分解，請簡要分析上表中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因。3近年來。工業(yè)上用Mg(NO3)2替代濃H2SO4作為制取濃HNO3的脫水劑（以下數(shù)據(jù)均為質(zhì)量百分比濃度）。65%HNO3（質(zhì)量為M1）中加72%Mg(NO3)2溶液（質(zhì)量為M2）后蒸餾。分別得到97.5%HNO3和60%Mg(NO3)2溶液（不含HNO3）。（1）若蒸餾過程中HNO3、Mg(NO3)2、H2O均無損耗，求蒸餾前的投料比M1/M2的值。第45講 化工生產(chǎn)中綜合經(jīng)濟效益的討論1、為籌建一個別大型化工生產(chǎn)基地，關(guān)于選址的意見中正確的是A擬建立在干旱山區(qū)，使之脫貧致富 B擬建立在長江邊，便于排放污水和廢水C不宜建立在居民區(qū)附近 D擬建立在水資源豐富且交通便利的城郊2、一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志是A石油的產(chǎn)量 B乙烯的產(chǎn)量 C硫酸的消費量 D合成纖維的產(chǎn)量3、下列物質(zhì)一般不能用作硫酸工業(yè)的原料的是A硫磺 B有色金屬冶煉廠含SO2的煙氣 C石油脫硫獲得的硫磺 D天然氣4、關(guān)于熱交換器，下列說法中錯誤的是A 熱交換器裝在接觸室中，位于兩層催化劑中間B 預(yù)熱含有SO2的混合氣體，有利于接觸氧化C 預(yù)熱SO3，有利于濃硫酸的吸收 D熱交換器可調(diào)節(jié)液體溫度，利用余熱5、關(guān)于能源開發(fā)和節(jié)約，以下哪些觀點是錯誤的 A根據(jù)能量守恒定律，擔(dān)心能源枯竭實在是一種杞人憂天的表現(xiàn) B能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源如石油之類，是一種短期的盲目行為 C能源的開發(fā)利用，必須要同時考慮其對環(huán)境的影響 D通過核聚變和平利用核能是目前開發(fā)新能源的一項有效途徑6、下列對硫酸生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)原理的分析中正確的是 A硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學(xué)反應(yīng)因原料的不同可能全部是非氧化還原反應(yīng) B硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng) C硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學(xué)反應(yīng)都需要使用催化劑 D硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學(xué)反應(yīng)都需要在較高溫度條件下進行7、工業(yè)上用接觸法制硫酸時，從沸騰爐中導(dǎo)出的爐氣，要經(jīng)過凈化的理由是 A為了減少對大氣的污染 B防止催化劑中毒 C爐氣還含有一些其它有用的成分，以便綜合利用 D為了制得更純的硫酸8、接觸法制硫酸時，進入接觸室的氣體合理的是A體積組成：SO2 7% ， O2 11% ，其余為N2、CO2等B質(zhì)量組成：SO2 30% ， O2 7% ，其余為N2、CO2等C體積組成：SO2 14% ， O2 7% ，其余為N2、CO2等D體積組成：SO2 14% ， O2 5% ，其余為N2、CO2等 9、下列哪些措施不能提高硫酸工業(yè)的經(jīng)濟效益A在接觸室設(shè)置熱交換器利用反應(yīng)放出的熱量預(yù)熱反應(yīng)氣體B沸騰爐旁設(shè)置“廢熱”鍋爐發(fā)電C將尾氣中的二氧化硫回收利用 D將原料硫磺改用黃鐵礦催化劑D10、已知 2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3 (g) ；H<0，其實驗數(shù)據(jù)如下：原料氣成分（體積分?jǐn)?shù)）SO2 7% ， O2 11% ， N2 82%不同壓強下SO2的轉(zhuǎn)化率（%）1 atm5 atm10 atm50 atm100 atm45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3（1） 應(yīng)選用的溫度是_，其理由是_。（2） 應(yīng)采用的壓強是_，其理由是_。（3） 常用濃硫酸來吸收SO3而不是用水的原因是_。（4） 我國在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了防止污染，保護環(huán)境，尾氣可用_吸收，然后再用_處理，這樣不僅得到了SO2含量較高的氣體，可返回車間再用，又得到了一種化肥。寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式_。CO2Na2CO3X食鹽水循環(huán)II循環(huán)I母液(提取副產(chǎn)品)煅燒爐合成氨廠沉淀池NH3NH311、（xx年上海，26）我國化學(xué)侯德榜（右圖）改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下：(1) 上述生產(chǎn)純堿的方法稱，副產(chǎn)品的一種用途為。(2) 沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是。(3) 寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式。 (4) 使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計了（填上述流程中的編號）的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是。(5)為檢驗產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加 。(6) 向母液中通氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有。(a) 增大NH4+的濃度，使NH4Cl更多地析出(b) 使NaHCO3更多地析出(c) 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度12、（1997年上海，36）接觸法制硫酸排放的尾氣中含少量的SO2，為防止污染大氣，在排放前設(shè)法進行綜合利用。（1） 某硫酸廠每天排放的10,000m3尾氣中含0.2%（體積分?jǐn)?shù)）的SO2，問用NaOH溶液、石灰及O2處理后，假設(shè)硫元素不損失，理論上可得到多少千克石膏（CaSO42H2O）？（2） 如果將一定體積的尾氣通入100mL 2mol/L的NaOH溶液中使其完全反應(yīng)，經(jīng)測定所得溶液含16.7 g溶質(zhì)。試分析該溶液的成分，并計算確定各成分的物質(zhì)的量。（3） 工廠在尾氣處理制石膏的過程中，中間產(chǎn)物是NaHSO3 。調(diào)節(jié)尾氣排放的流量，以取得SO2與NaOH間物質(zhì)的量的最佳比值，從而提高NaHSO3的產(chǎn)量?，F(xiàn)設(shè)n(SO2)、n(NaOH)、n(NaHSO3)分別表示SO2、NaOH、NaHSO3的物質(zhì)的量，且n(SO2) / n(NaOH)=x ，試寫出x在不同取值范圍時，n(NaHSO3)的值或n(NaHSO3)與n(SO2)、n(NaOH)間的關(guān)系式。第45講 典例解析【例1】礦石不粉碎只是燃燒速率慢且不充分；凈化爐氣是為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑中毒，以及水蒸氣對設(shè)備的腐蝕；因SO3極易與水反應(yīng)，用水或稀硫酸吸收SO3時會形成大量的酸霧，影響吸收，而98.3%的濃硫酸的液面上基本沒有水蒸氣，故用它來吸收 SO3；熱交換器中冷、熱氣體逆流，始終保持一定的溫度差，使熱的傳遞有較大的動力，熱交換充分。本題答案選CD?！纠?】B當(dāng)堂反饋：1D 2（1）C （2）由關(guān)系式和熱化學(xué)方程式可知，生產(chǎn)1t 98%硫酸能放出熱量9.83105kJ，則9.83105kJ -3.6105kJ=6.23105kJ，即可向外界輸出高溫6.23105kJ能量。（3）4CuFeS2+13O2 4CuO+2Fe2O3+8SO2 （4）SO2 轉(zhuǎn)化為SO3是正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)，隨溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動，SO3物質(zhì)的量減少，所以CuSO4的量減少（或溫度升高，SO3物質(zhì)的量減少，所以CuSO4的量減少）。3（1）M1+M2=（說明：其它合理解法也可以）（2）增大課后練習(xí)：1CD 2C 3D 4C 5A 6B 7B 8A 9D 10（1）450 在450時SO2的轉(zhuǎn)化率明顯高于550，且在該溫度條件下催化劑的催化活性最大。（2）1 atm 該條件下SO2的轉(zhuǎn)化率已高達97.5%，與加壓時SO2的轉(zhuǎn)化率相比相差無幾，常壓可節(jié)省動力，簡化設(shè)備。（3）用水吸收SO3易形成酸霧，吸收速率慢，效率低。（4）氨水 硫酸 2NH3+H2O + SO2= (NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2SO4= (NH4)2SO4+SO2+H2O 11（1）聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法 化肥或電解液或焊藥等（其他合理答案均給分）（2）NH3 + CO2 + H2O + NaCl NH4Cl + NaHCO3或 NH3 + CO2 + H2O NH4HCO3 NH4HCO3 + NaCl NaHCO3 + NH4Cl（3）CO2 （4）I 過濾 （5）稀硝酸和硝酸銀溶液 （6）a、c12（1）由硫原子守恒可行關(guān)系式： SO2 CaSO42H2O 22.4L 172 g 11041030.2%L m(CaSO42H2O)103 可解得m(CaSO42H2O)153.6 kg （2）應(yīng)用極端法進行推斷可知，16.7g是Na2SO3 與NaHSO3的混合物。 設(shè)混合物中NaHSO3的物質(zhì)的量為a , Na2SO3的物質(zhì)的量 為b ，則 （質(zhì)量守恒）及 a+ 2b = 0.2 mol （Na+守恒） 聯(lián)解得a=0.1mol ,b=0.05mol （3）可借用數(shù)軸進行分析討論：由反應(yīng)式可知兩個界點，n(SO2) / n(NaOH)=1/2和 n(SO2) / n(NaOH)=1 。反應(yīng) （） （）和（） （）產(chǎn)物 Na2SO3 Na2SO3 與NaHSO3 NaHSO3 1/2 1 討論結(jié)果為xn(NaHSO3)0<x1/201/2<x<1n(NaHSO3)=2 n(SO2)-n(NaOH)x1n(NaHSO3)=n(NaOH)