2019-2020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.doc

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2019-2020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(cuò)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(cuò)誤的是(　　) A．充分利用三個(gè)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(fèi)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(duì)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?、谙礈?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(duì)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(gè)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(shí)，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(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?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(shí)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(duì)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?、茉O(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(cuò)誤的是(　　) A．在接觸室中使用鐵粉作催化劑 B．在接觸室中運(yùn)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?yàn)樵摐囟认麓呋瘎┗钚院? 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 kJmol－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__________(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?yàn)? _______________________________________________________________________________。 10．以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下： (1)將燃燒黃鐵礦的化學(xué)方程式補(bǔ)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(hào)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_________________________________________________________________ ______。 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(jì)了如圖所示的裝置，請(qǐng)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(duì)裝置有腐蝕外，還會(huì)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(qǐng)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(yàn)從接觸室出來的氣體成分，甲同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)： 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(qǐng)你判斷乙同學(xué)的方案______(填“可行”或“不可行”)，說明理由______________________。 ③C中盛放的試劑是______，其作用是______________________。 12．開發(fā)氫能是實(shí)現(xiàn)社會(huì)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(qǐng)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__________________________________________。 (3)用化學(xué)平衡移動(dòng)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(chǔ)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(shí)的總反應(yīng)為： NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M ①電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為___________________________________________。 ②充電完成時(shí)，Ni(OH)2全部轉(zhuǎn)化為NiO(OH)。若繼續(xù)充電將在一個(gè)電極產(chǎn)生O2，O2擴(kuò)散到另一個(gè)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(shí)，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(fèi)中心，勢必造成運(yùn)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(duì)設(shè)備和生產(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(dòng)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?yàn)榱蛩岬倪h(yuǎn)程運(yùn)輸成本高，危險(xiǎn)性大，故A錯(cuò)誤。將SO2排放到高空，SO2的總量不會(huì)減少，且SO2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(cuò)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(shí)使用催化劑和在氧化二氧化硫的設(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(gè)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(jià)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(dòng)，提高SO2的轉(zhuǎn)化率，使成本較高的SO2得到較充分的利用。 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(shí)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(shí)間。 壓強(qiáng)的選擇主要考慮平衡的移動(dòng)、設(shè)備及動(dòng)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(duì)設(shè)備、動(dòng)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(dòng)，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(shí)，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(shí)間，提高單位時(shí)間的產(chǎn)量 (3)常壓　常壓下SO3的體積分?jǐn)?shù)已達(dá)91%，而增大壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備、動(dòng)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(xiàng)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(xiàng)過量空氣使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高了SO2的轉(zhuǎn)化率；C項(xiàng)催化劑可加大反應(yīng)速率，但不影響化學(xué)平衡；D項(xiàng)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 kJmol－1 11. 解析：(1)根據(jù)圖示裝置確定是實(shí)驗(yàn)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(jì)算，可以用硫的守恒快速計(jì)算。(3)砷、硒雜質(zhì)會(huì)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(shí)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===4NaOH＋O2↑ (2)4FeS2＋11O2===2Fe2O3＋8SO2　82 (3)催化劑中毒 (4)400～500 ℃；常壓 (5)①BaCl2溶液?、诔齋O3　不可行　SO3與NaHSO3反應(yīng)生成SO2，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾 ③酸性KMnO4溶液或溴水　檢驗(yàn)并吸收SO2 12. 解析：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2，則4 mol FeS2燃燒放出的熱量為4 mol120 gmol－17.1 kJg－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SO2＋2H2O===H2SO4＋H2。 (3)對(duì)于2HIH2＋I(xiàn)2平衡體系，分離出H2，平衡正向移動(dòng)，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?yàn)殡娊赓|(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(shí)，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 kJmol－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(dòng)，提高HI的分解率 (4)①M(fèi)H＋OH－－e－===M＋H2O ②2H2O＋O2＋4e－===4OH－