1.1化工生产过程中的基本问题
试卷(含答案)
A组
一、选择题(每小题5分,共35分)
1.工业制硫酸用硫黄作为原料产生的污染较用硫铁矿小,主要方面是(
)
A.废气
B.废渣
C.废水
D.酸雨
1.B【解析】用硫铁矿制硫酸,废渣较多,而用硫黄作为原料,几乎没有废渣,但废气的量没有减少,也会产生废水。
2.环境污染已成为人类社会面临的重大威胁,各种污染数不胜数,下列名词与环境污染无关的是( )
①温室效应
②赤潮
③酸雨
④光化学污染
⑤臭氧层空洞
⑥水俣病
⑦潮汐
⑧大脖子病
A.①②
B.⑦⑧
C.⑥⑦⑧
D.②⑤⑦
2.B【解析】①③④⑤属于大气污染,②⑥属于水污染,潮汐是一种自然现象,大脖子病是因人体缺乏碘元素造成的,所以⑦⑧不属于环境污染。
3.工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外,还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是( )
A.NaOH溶液、酚酞试液
B.石灰水、石蕊试液
C.碘水、淀粉溶液
D.氨水、酚酞试液
3.C【解析】测定SO2含量必须要能跟SO2反应,而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应,但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性,没变色,而D在SO2还没与氨水完全反应时就开始变色了。C项石灰水中所含溶质较少,且石蕊试液的颜色变化不明显。
4.某制药厂尾气中含少量SO2气体,一般用NaOH溶液或氨水吸收,以防污染环境。分别用0.1
mol·L-1的NaOH溶液或同浓度的氨水处理相同量的尾气,两种方法所需吸收液的体积关系是( )
A.NaOH溶液的体积大于氨水
B.NaOH溶液的体积等于氨水
C.NaOH溶液的体积小于氨水
D.无法判断
4.B【解析】SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O,SO2+2NH3·H2O===(NH4)2SO3+H2O。
5.在硫酸工业生产中,SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的,吸收塔里还装入了大量瓷环。下列说法中不正确的是( )
A.从①处通入SO3,整个吸收操作采取逆流的形式
B.从②处喷下98%的硫酸,瓷环的作用是增大接触面积
C.从③处导出的气体只含有少量SO2,可直接排入大气
D.从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸
5.C【解析】三氧化硫的吸收通常使用98%的硫酸,不用水或稀硫酸,原因是水或稀硫酸吸收三氧化硫时容易形成酸雾,吸收速率慢,不利于三氧化硫的吸收;气体的吸收常采用逆流原理,这样有利于气、液的充分接触,吸收效果好;从吸收塔上部导出的气体是N2、没有起反应的O2和少量二氧化硫,直接排入大气会污染环境,所以应用吸收剂吸收或循环使用。
6.下图为硫酸工业生产中的某一设备,下列说法正确的是(
)
A.上图所示设备为吸收塔
B.在该设备中应该尽量增大压强,提高SO2的转化率
C.热交换的目的,一方面使即将参加反应的气体达到一定温度,另一方面降低体系温度有利于生成SO3
D.在A处流出的气体为SO2、SO3、O2
6.C【解析】本题考查工业制硫酸的设备分析。图中装置为接触室,A错误;在该设备中压强不宜过大,压强过大对设备和动力的要求比较高,不利于节省成本,B错误;在该设备中使用了热交换器,热交换的目的,一方面使即将参加反应的气体达到一定温度,另一方面降低体系温度有利于生成SO3,C正确;在A处流出的气体为SO2、O2,循环利用,D错误。
7.把含硫48%的硫铁矿先制成硫酸,再吸收氨气制成硫酸铵。1t这种硫铁矿在理论上能制得硫酸铵( )
A.1.06
t
B.1.98
t
C.2.14
t
D.2.26
t
7.B【解析】根据“S”―→H2SO4―→(NH4)2SO4关系式可得出m[(NH4)2SO4]=×132=1.98
t。21世纪教育网
二、填空题(共15分)
8.(7分)石膏也可用于工业生产二氧化硫,进而生产硫酸。天然石膏的化学式为CaSO4·2H2O。将天然石膏脱水后,第2步化学反应就可制得二氧化硫。
(1)写出第1步反应的化学方程式______________________________________。
(2)在第2步化学反应中,下列原料可以使用的是(用序号填空)________。写出有关化学反应的方程式______________________________________。
①空气 ②氧气 ③硫酸 ④焦炭
(3)在第2步化学反应中,可能会排入空气的气态污染物是________________。它(或它们)的主要危害是______________________________________。
8.(1)CaSO4·2H2OCaSO4+2H2O(2分)
(2)④(1分)2CaSO4+C2CaO+2SO2↑+CO2↑(2分)
(3)二氧化硫和一氧化碳(1分) 二氧化硫导致酸雨,一氧化碳使人中毒(2分)
【解析】在CaSO4→SO2的变化中硫元素被还原,所以要使用还原剂(焦炭)。焦炭的氧化产物中有可能含有一氧化碳。
9.(8分)工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2,O2外,还含有SO2、微量的SO3和酸雾。为了保护环境,同时提高硫酸工业的综合经济效益,应尽可能将尾气中的SO2转化为有用的副产品。请按要求回答下列问题:
(1)将尾气通入氨水中,能发生多个反应,写出其中可能发生的两个氧化还原反应的化学方程式________________________________________、________________________________。
(2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中,按一定比例加入氨水或碳酸氢铵,此时溶液的温度会自行降低,并析出晶体。
①导致溶液温度降低的原因可能是____________________________________________。
②析出的晶体可用于造纸工业,也可用于照相用显影液的生产。已知该结晶水合物的
相对分子质量为134,则其化学式为_____________________。
③生产中往往需要向溶液中加入适量的对苯二酚或对苯二胺等物质,其目的是___________
_____________________________________________________________。
9.(1)2H2SO3+O2===2H2SO4(2分)
2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4或2NH4HSO3+O2===2NH4HSO4 (2分)
(2)①反应吸热(1分) ②(NH4)2SO3·H2O(2分) ③防止亚硫酸铵被氧化 (1分)
【解析】(1)尾气中的SO2与NH3·H2O的反应:SO2+2NH3·H2O===(NH4)SO3,当SO2继续通入则发生:(NH4)2SO3+SO2+H2O===2NH4HSO3。发生的氧化还原反应应是SO32-、HSO3-被氧气氧化为SO42-;(2)在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中主要含NH4HSO3,加入的氨水或碳酸氢铵与NH4HSO3反应生成(NH4)2SO3。①导致溶液温度降低的原因应是反应吸热。②Mr[(NH4)2SO3]=116,结合结晶水合物的相对分子质量134,可知结晶水合物含1分子H2O,化学式为(NH4)2SO3·H2O。③(NH4)2SO3易被氧气氧化,且对苯二酚或对苯二胺具有还原性,所以加入适量的对苯二酚或对苯二胺等物质,其目的是防止亚硫酸铵被氧化。
B组
1.已知氢氧化钙和碳酸钙在水中存在下列溶解平衡:Ca(OH)2(s)
Ca2+(aq)+2OH-(aq),CaCO3(s)CO32-(aq)+Ca2+(aq)。在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。为了除去有害气体SO2并变废为宝,常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气。
(1)写出上述两个反应的化学方程式:
①SO2与CaCO3悬浊液反应______________________________________;
②SO2与Ca(OH)2悬浊液反应______________________________________。
(2)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的理由___________________________。
(3)在英国进行的一项研究结果表明:高烟囱可以有效地降低地表面的SO2浓度。在上世纪的60~70年代的十年间,由发电厂排放的SO2增加了45%,但由于建造高烟囱的结果,地表面SO2浓度却降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度,分析这种方法是否可取并简述理由:
。
1.(1)①CaCO3+SO2===CaSO3+CO2
②SO2+Ca(OH)2===CaSO3+H2O
(2)由于Ca(OH)2的溶解度太小,澄清石灰水吸收SO2的效果不好
(3)不可取,这种方法虽然能减少地表面SO2的浓度,但SO2仍然存在,污染并未消除
【解析】本题以工业尾气中SO2的处理为背景,考查了环保知识,解答问题的关键是从反应的实质入手。21世纪教育网
2.黄铁矿(主要成分为FeS2)是工业制取硫酸的重要原料,其煅烧产物为SO2和Fe3O4。
(1)将0.050
mol
SO2(g)和0.030
mol
O2(g)放入容积为1
L的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)在一定条件下达到平衡,测得c(SO3)=0.040
mol·L-1。计算该条件下反应的平衡常数K和SO2的平衡转化率(写出计算过程)。
(2)已知上述反应是放热反应,当该反应处于平衡状态时,在体积不变的条件下,下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有________(填字母)。
A.升高温度
B.降低温度
C.增大压强
D.减小压强
E.加入催化剂
F.移出氧气
(3)SO2尾气用饱和Na2SO3溶液吸收可得到重要化工原料,反应的化学方程式为_________
_____________________________。
(4)将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后,加入铁粉,可制备FeSO4。酸溶过程中需保持溶液足够酸性,其原因是______________________________________。
2.(1)
2SO2(g)
+
O2(g)
2SO3(g)
0.050
0.030
0
0.050-0.040
0.030-0.040/2
0.040
所以,K===1.6×103
L·mol-1
α(SO2)=×100%=80%
(2)BC
(3)SO2+H2O+Na2SO3===2NaHSO3
(4)抑制Fe3+、Fe2+的水解,防止Fe2+被氧化成Fe3+
【解析】(2)欲提高SO2转化率,则平衡需正向移动,根据反应方程式知,降低温度、增大压强都使平衡右移,B、C正确。(4)因Fe2+、Fe3+均能水解,为防止水解,故需加酸抑制;铁粉除了能将Fe3+还原为Fe2+外,还可防止Fe2+被氧化。
3.某化工厂每小时生产a
吨98%(质量分数)硫酸。为使硫充分燃烧,且在下一步催化氧化时不再补充空气,要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为b%。若空气中氧气的体积分数为21%,且不考虑各生产阶段的物料损失,则
(1)该厂每小时消耗标准状况下空气的体积为
m3。
(2)为满足题设要求,b%的下限等于
。
3.(1)22400a/(21-b);(2)7%
【解析】根据S+O2=SO2反应前后气体体积不变,求出燃烧后O2的体积。(1)每小时生产的纯硫酸为(a×106g×98%)÷98g/mol=a×104mol。生产过程中生成的SO2和SO3也都是a×104mol。设每小时消耗空气的体积为V,则由S+O2=SO2消耗O2的体积等于生成的SO2体积,即燃烧前空气的体积等于燃烧后混合气体的体积,据此可得以下关系:空气中O2的体积=反应中消耗的O2的体积+燃烧后混合气体中O2的体积,即V×21%=a×104
mol×22.4L/mol×10-3
m3/L+V×b%,V=22400a/(21-b)。
(2)“b的下限”,其含义是指燃烧后剩余的O2在第二步催化氧化时恰好完全反应,也就是说,燃烧前空气中的氧(空气体积的21%)恰好满足两步反应。因S+O2=SO2和O2+2SO2=2SO3两步反应耗O2之比为2:1,故燃烧后(第一步反应后)混合气体中O2的体积分数的下限是b%=(1/3)×21%=7%。