人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（巩固练习）：02化工生产过程中的基本问题(提高)
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（巩固练习）：02化工生产过程中的基本问题(提高) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 196.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2019-12-24 21:12:46 | ||
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文档简介
化工生产过程中的基本问题
【学习目标】
1、认识工业上生产硫酸的反应原理；
2、以硫酸生产为例，了解化工生产过程中的一些基本问题；
3、认识平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用。
【巩固练习】
一、选择题
1．（2019 北京海淀）在硫酸工业生产中，为了利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室（如右下图）。下列有关说法中错误的是（ ）。
A．上端进入的气体温度较高，下端出来的气体温度较低。
B．预热含有SO2的混合气体，有利于接触氧化
C．A处流出的气体为SO2和O2
D．预热SO3，有利于被浓硫酸吸收
2．（2019 南京检测）下列关于硫酸工业综合经济效益的讨论中，叙述错误的是（ ）。
A．充分利用三个反应放出的热能，降低生产成本
B．为了防止尾气的污染，用氨水吸收尾气
C．硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，远离硫酸消费中心
D．生产过程中含有少量硫酸的污水，可用石灰乳中和处理
3．工业制硫酸的尾气中成分是（ ）
A．SO2和SO3 B．O2、SO2、N2 C．O2、N2 D．SO3、O2
4．要除去SO2中含有的SO3杂质，可通过（ ）
A．H2O B．Ca(OH)2溶液 C．98.3%的硫酸 D．饱和NaHSO3溶液
5．欲制备50 t浓度为98%的硫酸，若产率为98%，需含FeS2 90%的硫铁矿（ ）
A．26.5 t B．27.6 t C．30 t D．34 t
6．反应2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)是在恒温条件下的密闭容器中进行的，能够充分说明此反应已达到平衡的标志是（ ）
A．有2 mol SO2消耗，同时就有2 mol SO3生成
B．有2 mol SO2消耗，同时有1 mol O2消耗
C．容器中SO2、O2、SO3的物质的量为2∶1∶2
D．容器中压强不随时间的改变而改变
7．反应2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)；ΔH=―196.6 kJ·mol―1，达到平衡时，在恒温时扩大容积，若用v来表示反应速率，则（ ）
A．v（正）、v（逆）均不变，平衡不移动
B．v（正）、v（逆）均减小，平衡向逆反应方向移动
C．v（正）减小、v（逆）增大，平衡向逆反应方向移动
D．v（逆）减小，v（正）增大，平衡向正反应方向移动
8．在密闭容器中发生反应2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)；ΔH=―196.6 kJ·mol―1，各组反应条件如下表，反应速率由快到慢的顺序是（ ）
①
②
③
④
温度／℃
400
400
300
300
c (SO2)／(mol·L―1)
10
20
5
10
c (O2)／(mol·L―1)
5
5
5
5
A．①②③④ B．④②③① C．②①④③ D．③④①②
9．接触法制硫酸工业中，将硫铁矿煅烧，当转移11 mol电子时，消耗O2的体积（标准状况）为（ ）
A．30.8 L B．123.2 L C．61.6 L D．92.4 L
10．工业制硫酸时，接触室中装有热交换器，以下叙述与热交换器作用有关的是（ ）
A．加快反应速率，提高原料利用率 B．充分利用热量，降低生产成本
C．升高温度，提高SO2的转化率 D．防止催化剂中毒
二、填空题
1．（1）硫铁矿因其外表像金，故又称愚人金，在无任何试剂的情况下，你如何用化学实验证明：一块硫铁矿不是真金。
（2）下图是几种进行热量交换或物质交换的装置，其中流向A→B的是________。
2．（2019 武汉检测）将一定量的SO2和含0.7 mol O2的空气（忽略CO2）放入一定体积的密闭容器中，450℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2+O2 2SO3（正反应放热）。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量的NaOH溶液，气体体积减小了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L（以上气体体积均为标准状况下的体积，计算结果保留一位小数）。
请回答下列问题：
（1）判断该反应达到平衡状态的标志是________（填字母）。
a．SO2和SO3的浓度相等
b．SO2的百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变
d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e．容器中混合气体的种类保持不变
（2）欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是________（填字母）。
a．向装置中再充入N2
b．向装置中再充入O2
c．改变反应的催化剂
d．升高温度
（3）该反应达到平衡时SO2的转化率用百分数表示为________。
（4）若将平衡混合气体的5％通人过量的BaCl2溶液，生成沉淀________g。
3．硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题。 （1）若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂，你认为厂址宜选在___________的郊区（填标号）； A．有丰富黄铁矿资源的城市 B．风光秀丽的旅游城市 C．消耗硫酸甚多的工业城市 D．人口稠密的文化、商业中心城市 （2）CuFeS2?是黄铁矿的另一成分，煅烧时CuFeS2?转化为CuO、Fe2O3?和SO2，该反应的化学方程式为___________。 （3）在硫酸工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都是正确的是___________。 A．黄铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的黄铁矿不能在空气中燃烧 B．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中二氧化硫会与杂质反应? C．二氧化硫氧化为三氧化硫时需使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率 D．三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以提高三氧化硫的吸收效率 （4）由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4（由CuO与SO3?在沸腾炉中化合而成），其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化（见下表）
沸腾炉温度/℃
600
620
640
660
炉渣中CuSO4的质量分数/%
9.3
9.2
9.0
8.4
已知CuSO4?在低于660℃时不会分解，请简要分析上表中CuSO4?的质量分数随温度升高而降低的原因___________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．D
【解析】干燥的SO2与O2发生化学反应的有利条件是催化剂和约450℃的温度，在通常状况下基本不发生反应，即使在加热的条件下，若没有达到一定温度也基本上不发生反应。从热交换器（或接触室）左侧进入热交换器的SO2与O2的混合气体，在热交换器内只是被加热，温度升高，没有与催化剂接触，基本上没有SO3生成。从热交换器内出来的热的SO2与O2的混合气体，进入接触室内的催化剂区域后，发生可逆反应生成SO3，并放出大量的热，SO3温度过高不易被吸收，所以下端出来的气体温度较低。
2．C
【解析】硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，但远离硫酸消费中心，势必造成运输、销售等问题。
3．B
【解析】空气中的氮气不参加反应，O2和SO2均有多余
4．D
【解析】A、B选项都能吸收SO2和SO3，C是工业常用吸收SO3的方法，D的方法最好，既能除去SO3，还能多产生SO2
5．D
【解析】根据守恒法解题：
6．D
【解析】考虑达到平衡的标志有二：一为v（正）=v（逆），二为各物质百分含量不变，A、B项所示均为v（正）无法说明v（逆），则不行；C项达到平衡各物质的含量并不一定等于化学计量数之比
7．B
【解析】扩大容积即为减小压强
8．C
【解析】反应体系温度越高，反应速率越快；反应物的浓度越大，反应速率越快，故②＞①＞④＞③
9．C
【解析】4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，转移44 mol电子，消耗O2 11 mol
10．B
【解析】热交换器的主要目的是充分利用热能
二、填空题
1．（1）取一小块样品，在火上煅烧，若有刺激性气味气体产生，则不是真金。 （2）①
2．（1）b、c （2）b （3）94.7％ （4）10.5
【解析】本题考查化学平衡知识在硫酸工业中的应用。（1）当SO2和SO3浓度保持不变或各组分百分含量不变时，可逆反应达到平衡状态。SO3的生成速率与SO2的生成速率相等时，反应达到平衡状态，整个体系中混合气体的种类只要反应开始就保持不变。
（2）在恒容条件下，充入N2不改变平衡移动；而充入O2，则可提高SO2的转化率，升高温度平衡逆向移动，SO2的转化率降低。
（3）消耗O2的物质的量：；生成SO3的物质的量：0.45 mol×2=0.9 mol；SO2和SO3的物质的量之和为：，因此，SO2的转化率为。
（4）在给定的条件下，溶液是强酸性的，BaSO3不会沉淀，因此BaSO4的质量为：0.9 mol×5％×233 g／mol≈10.5 g。
3．（1）C （2）4CuFeS2+13O2?4CuO+2Fe2O3+8SO2? （3）D （4）SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡左移，SO3物质的量减少，所以CuSO4的量减少（或温度升高，SO3物质的量减少，故CuSO4的量减少）
【学习目标】
1、认识工业上生产硫酸的反应原理；
2、以硫酸生产为例，了解化工生产过程中的一些基本问题；
3、认识平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用。
【巩固练习】
一、选择题
1．（2019 北京海淀）在硫酸工业生产中，为了利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室（如右下图）。下列有关说法中错误的是（ ）。
A．上端进入的气体温度较高，下端出来的气体温度较低。
B．预热含有SO2的混合气体，有利于接触氧化
C．A处流出的气体为SO2和O2
D．预热SO3，有利于被浓硫酸吸收
2．（2019 南京检测）下列关于硫酸工业综合经济效益的讨论中，叙述错误的是（ ）。
A．充分利用三个反应放出的热能，降低生产成本
B．为了防止尾气的污染，用氨水吸收尾气
C．硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，远离硫酸消费中心
D．生产过程中含有少量硫酸的污水，可用石灰乳中和处理
3．工业制硫酸的尾气中成分是（ ）
A．SO2和SO3 B．O2、SO2、N2 C．O2、N2 D．SO3、O2
4．要除去SO2中含有的SO3杂质，可通过（ ）
A．H2O B．Ca(OH)2溶液 C．98.3%的硫酸 D．饱和NaHSO3溶液
5．欲制备50 t浓度为98%的硫酸，若产率为98%，需含FeS2 90%的硫铁矿（ ）
A．26.5 t B．27.6 t C．30 t D．34 t
6．反应2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)是在恒温条件下的密闭容器中进行的，能够充分说明此反应已达到平衡的标志是（ ）
A．有2 mol SO2消耗，同时就有2 mol SO3生成
B．有2 mol SO2消耗，同时有1 mol O2消耗
C．容器中SO2、O2、SO3的物质的量为2∶1∶2
D．容器中压强不随时间的改变而改变
7．反应2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)；ΔH=―196.6 kJ·mol―1，达到平衡时，在恒温时扩大容积，若用v来表示反应速率，则（ ）
A．v（正）、v（逆）均不变，平衡不移动
B．v（正）、v（逆）均减小，平衡向逆反应方向移动
C．v（正）减小、v（逆）增大，平衡向逆反应方向移动
D．v（逆）减小，v（正）增大，平衡向正反应方向移动
8．在密闭容器中发生反应2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)；ΔH=―196.6 kJ·mol―1，各组反应条件如下表，反应速率由快到慢的顺序是（ ）
①
②
③
④
温度／℃
400
400
300
300
c (SO2)／(mol·L―1)
10
20
5
10
c (O2)／(mol·L―1)
5
5
5
5
A．①②③④ B．④②③① C．②①④③ D．③④①②
9．接触法制硫酸工业中，将硫铁矿煅烧，当转移11 mol电子时，消耗O2的体积（标准状况）为（ ）
A．30.8 L B．123.2 L C．61.6 L D．92.4 L
10．工业制硫酸时，接触室中装有热交换器，以下叙述与热交换器作用有关的是（ ）
A．加快反应速率，提高原料利用率 B．充分利用热量，降低生产成本
C．升高温度，提高SO2的转化率 D．防止催化剂中毒
二、填空题
1．（1）硫铁矿因其外表像金，故又称愚人金，在无任何试剂的情况下，你如何用化学实验证明：一块硫铁矿不是真金。
（2）下图是几种进行热量交换或物质交换的装置，其中流向A→B的是________。
2．（2019 武汉检测）将一定量的SO2和含0.7 mol O2的空气（忽略CO2）放入一定体积的密闭容器中，450℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2+O2 2SO3（正反应放热）。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量的NaOH溶液，气体体积减小了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L（以上气体体积均为标准状况下的体积，计算结果保留一位小数）。
请回答下列问题：
（1）判断该反应达到平衡状态的标志是________（填字母）。
a．SO2和SO3的浓度相等
b．SO2的百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变
d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e．容器中混合气体的种类保持不变
（2）欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是________（填字母）。
a．向装置中再充入N2
b．向装置中再充入O2
c．改变反应的催化剂
d．升高温度
（3）该反应达到平衡时SO2的转化率用百分数表示为________。
（4）若将平衡混合气体的5％通人过量的BaCl2溶液，生成沉淀________g。
3．硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题。 （1）若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂，你认为厂址宜选在___________的郊区（填标号）； A．有丰富黄铁矿资源的城市 B．风光秀丽的旅游城市 C．消耗硫酸甚多的工业城市 D．人口稠密的文化、商业中心城市 （2）CuFeS2?是黄铁矿的另一成分，煅烧时CuFeS2?转化为CuO、Fe2O3?和SO2，该反应的化学方程式为___________。 （3）在硫酸工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都是正确的是___________。 A．黄铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的黄铁矿不能在空气中燃烧 B．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中二氧化硫会与杂质反应? C．二氧化硫氧化为三氧化硫时需使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率 D．三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以提高三氧化硫的吸收效率 （4）由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4（由CuO与SO3?在沸腾炉中化合而成），其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化（见下表）
沸腾炉温度/℃
600
620
640
660
炉渣中CuSO4的质量分数/%
9.3
9.2
9.0
8.4
已知CuSO4?在低于660℃时不会分解，请简要分析上表中CuSO4?的质量分数随温度升高而降低的原因___________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．D
【解析】干燥的SO2与O2发生化学反应的有利条件是催化剂和约450℃的温度，在通常状况下基本不发生反应，即使在加热的条件下，若没有达到一定温度也基本上不发生反应。从热交换器（或接触室）左侧进入热交换器的SO2与O2的混合气体，在热交换器内只是被加热，温度升高，没有与催化剂接触，基本上没有SO3生成。从热交换器内出来的热的SO2与O2的混合气体，进入接触室内的催化剂区域后，发生可逆反应生成SO3，并放出大量的热，SO3温度过高不易被吸收，所以下端出来的气体温度较低。
2．C
【解析】硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，但远离硫酸消费中心，势必造成运输、销售等问题。
3．B
【解析】空气中的氮气不参加反应，O2和SO2均有多余
4．D
【解析】A、B选项都能吸收SO2和SO3，C是工业常用吸收SO3的方法，D的方法最好，既能除去SO3，还能多产生SO2
5．D
【解析】根据守恒法解题：
6．D
【解析】考虑达到平衡的标志有二：一为v（正）=v（逆），二为各物质百分含量不变，A、B项所示均为v（正）无法说明v（逆），则不行；C项达到平衡各物质的含量并不一定等于化学计量数之比
7．B
【解析】扩大容积即为减小压强
8．C
【解析】反应体系温度越高，反应速率越快；反应物的浓度越大，反应速率越快，故②＞①＞④＞③
9．C
【解析】4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，转移44 mol电子，消耗O2 11 mol
10．B
【解析】热交换器的主要目的是充分利用热能
二、填空题
1．（1）取一小块样品，在火上煅烧，若有刺激性气味气体产生，则不是真金。 （2）①
2．（1）b、c （2）b （3）94.7％ （4）10.5
【解析】本题考查化学平衡知识在硫酸工业中的应用。（1）当SO2和SO3浓度保持不变或各组分百分含量不变时，可逆反应达到平衡状态。SO3的生成速率与SO2的生成速率相等时，反应达到平衡状态，整个体系中混合气体的种类只要反应开始就保持不变。
（2）在恒容条件下，充入N2不改变平衡移动；而充入O2，则可提高SO2的转化率，升高温度平衡逆向移动，SO2的转化率降低。
（3）消耗O2的物质的量：；生成SO3的物质的量：0.45 mol×2=0.9 mol；SO2和SO3的物质的量之和为：，因此，SO2的转化率为。
（4）在给定的条件下，溶液是强酸性的，BaSO3不会沉淀，因此BaSO4的质量为：0.9 mol×5％×233 g／mol≈10.5 g。
3．（1）C （2）4CuFeS2+13O2?4CuO+2Fe2O3+8SO2? （3）D （4）SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡左移，SO3物质的量减少，所以CuSO4的量减少（或温度升高，SO3物质的量减少，故CuSO4的量减少）