高中化学第一单元走进化学工业课题化学生产过程中的基本问题作业新人教版选修

第一单元 走进化学工业 课题1 化学生产过程中的基本问题1我夯基 我达标1.在硫铁矿煅烧生成二氧化硫的反应中，被氧化的元素是（ ）A.只有硫元素 B.只有铁元素C.硫元素和铁元素 D.氧元素思路解析:根据硫铁矿煅烧的化学方程式：4FeS2+11O2高温2Fe2O3+8SO2可知，FeS2中铁元素和硫元素的化合价均升高，因此铁元素和硫元素均被氧化。答案：C2.下列化工生产与其对应的化工设备不符合的是（ ）A.制硝酸接触室 B.制硫酸沸腾炉C.炼铁高炉 D.炼钢氧气顶吹转炉思路解析:工业制硝酸的设备是氧化炉和吸收塔。答案：A3.在用接触法制硫酸的过程中，若将接触室内混和气体突然冷却到15 ，有白色晶体析出，此晶体是（ ）A.硫酸酐 B.固态氮 C.亚硫酸酐 D.硫黄思路解析:接触室内的混合气体主要有SO2、O2、SO3、N2，其中只有SO3的熔点低于15 ，因此晶体是SO3，SO3又称为硫酸酐。答案：A4.煅烧硫铁矿产生SO2，为了提高生成SO2的速率，下列措施可行的是（ ）A.加入催化剂 B.把块状矿石碾成粉末C.向炉内喷入过量空气 D.降低温度并减少压强思路解析:提高反应速率的方法有两种，该题中可行的方法有将固体粉碎使用，增大反应物的浓度（可加入一种过量的廉价的反应物）。答案：BC5.在接触法制硫酸工业中，接触室中装有热交换器。采用热交换器的好处是（ ）充分利用热量，降低能耗 促使平衡向正反应方向移动，提高产率 减少热量及环境污染 提高最终产品的纯度A. B. C. D.思路解析:使用热交换器能充分利用热量，减少热量对环境的污染。SO2转化为SO3是放热反应，温度降低有利于平衡向正反应方向移动。答案：C6.接触法制硫酸中，进入接触室的气体组成（体积分数）为SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在一定条件下达到平衡时，SO2的转化率为77%，则平衡时气体总体积是反应前的（ ）A.38.5% B.77% C.6.4% D.97.3%思路解析:根据2SO2 + O2=2SO3 V 2 1 7%×77% 7%×77%÷2解得：（1-7%×77%÷2）/（1×100%）=97.3%答案：D我综合 我发展7.将0.44 g含硫的铁矿石在空气中煅烧，其中的硫全部转化成SO2，SO2全部氧化为SO3，SO3全部转化为H2SO4，这些硫酸恰好被20 mL 0.5 mol·L-1 NaOH溶液中和，则此铁矿石中硫的质量分数是_。思路解析:根据题意，每一步反应硫全部转化，由硫守恒可得关系式：2NaOHH2SO4SO3SO2S再代入数据计算。解：设铁矿石中硫的物质的量为x mol列关系式21=0.02 L×0.5 mol·L-1x则x=0.005 mol ，w（S）=×100%=36%若不能熟练使用关系式计算，过程比较复杂，也易出现计算错误。答案：36%8.用如图1-1-3所示装置可进行测定SO2转化为SO3的转化率的实验。图1-3图1-4（1）根据实验的需要，（）（）（）处应连接合适的装置，从图14的A、B、C、D、E中选择合适的装置，将其序号填入以下空格内。（）（）（）所处连接的装置分别为_，_，_。（2）实验时，浓硫酸能顺利地滴入烧瓶中，甲仪器起作用的原理是_。（3）从乙处均匀通入O2，为使SO2有较高的转化率，实验时，在加热与滴加浓硫酸过程中，应采用的操作是_。（4）用在火加热烧瓶时，SO2的转化率会_（填“提高”“不变”或“降低”）。（5）用a mol粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束后，继续通入O2一段时间后，称得装置（）增重b g，则本实验中SO2的转化率为_。思路解析:这是一道综合性的实验题，以工业制硫酸中最重要的步骤，即SO2转化为SO3为主线考查我们的实验基本知识，又加深了我们对提高工业制硫酸转化率问题的认识。对图中从左到右按顺序看：先制得SO2，甲中的仪器主要是使烧杯内的气压与外界大气压一致，便于液体能顺利流下。（）将生成的SO2进行干燥，然后通过V2O5作为催化剂加热后得到SO3，由于SO3的熔点为40.8 ，（）中通过冰水冷却可得到无色固体。SO2转化为SO3是一个可逆反应，转化率不可能是100%，对尾气不能直接排空，应用E中的碱液吸收。SO2氧化成SO3的反应特点是一个气体总体积缩小的放热反应，温度升高化学平衡向反应物的方向移动，不利于SO3的生成。若（）装置增重b g，这部分增加的质量即为未反应的SO2的质量，而a mol粉末所生成的SO2的总质量为64a，用转化率的计算公式（转化率=×100%）得出结果。 对于SO2转化为SO3可逆反应的特点和整个反应的过程有个大体的了解，要熟悉影响化学平衡移动的几个重要因素。同时特别注意有很多对空气产生污染的气体，如Cl2、SO2、CO等气体，必须有尾气吸收装置。答案：（1）B A E （2）维持烧瓶内压强与分液漏斗内压强相等 （3）先加热V2O5，后慢慢滴加浓硫酸 （4）降低 （5）（64a-b）/64a×100%9.充分燃烧50 g硫铁矿粉末，将生成的SO2与24 g O2混合，并使其在一定条件下反应，将反应后的气体先用冰水冷却，得到40 g无色晶体，再跟足量的H2S溶液充分混合，生成44 g黄色沉淀。试计算：（1）SO2转化为SO3的转化率。（2）硫铁矿中硫的质量分数。思路解析:SO2与O2反应生成SO3是个可逆反应，多余的SO2、O2与H2S反应生成硫。在解题时首先要搞清无色晶体的成分是什么，SO2与O2常温下都是气体，SO3的熔点是16.8 ，沸点是44.8 ，在常温下是无色固体。解题时可根据以下步骤进行：由40 g SO3求出参加反应的SO2和O2多余的O2与H2S反应生成的硫求出与H2S反应的SO2求转化率及硫铁矿中硫的质量分数。解：写出反应式2SO2+O22SO3O2+2H2S=2S+2H2O2H2S+SO2=2H2O+3S由式计算生成40 g SO3，参加反应的SO2与O2分别是32 g和8 g，多余的O2是（24-8） g=16 g由式O2 2S 16 g 32 g由式SO2 3S 8 g 44 g-32 g=12 gSO2的总质量为32 g+8 g=40 g，SO2转化为SO3的转化率为32 g/40 g×100%=80%,40 g SO2中的S的质量20 g，根据S守恒，硫铁矿中硫的质量分数=20/50×100%=40%.答案：（1）80%；（2）40%。我创新 我超越10.硫酸是许多化学工业的原料，其消费量可作为一个国家工业发展水平的一个标志。硫酸工厂厂址的选择是一个复杂的问题，图1-5是影响化工厂选址的部分因素。又已知硫酸是一种腐蚀性的液体，不便较多储存，需随产随销。另外，硫酸的运输价格也比较贵，据估算，1 t H2SO4的运价约为同质量硫铁矿的三倍。图1-5据以上信息，分析下列条件：条件（1）A城市郊区有丰富的硫铁矿资源，水源、能源充足，交通方便。A城市需要使用硫酸的工业不多，而离它远的B城市却是一个消耗硫酸甚多的工业城市。A城市是一个风光秀丽的城市，对环境保护的要求甚高，而且土地价格较贵，土地供应紧张。条件（2）C地是重要的农业区，需消耗大量肥料。C地有丰富的磷灰石矿藏，水源、能源充足，土地价格较低，土地供应充足，交通方便。磷肥是由磷灰石有效成分是Ca3（PO4）2与H2SO4作用制得的，制造磷肥需消耗大量硫酸。C地无磷肥厂和硫酸厂，在相邻的D在有丰富的硫铁矿资源。从不同的角度考虑在A、B、C、D四城市中，你认为应该建设硫酸厂的城市是哪一个？应该建造磷肥厂的城市是哪一个？为什么？思路解析:对题目所给的条件必须一一对照比较，如题图所列，硫酸厂选择牵涉到的问题。（1）A城市虽然接近原料供应地，但需求量不多，对环保的要求高，土地价格贵，如果在该地建污染较严重的硫酸厂，必然会破坏旅游资源，得不偿失。因此不适合建立硫酸厂。 B城市对硫酸的需求量多，且是一个工业城市，可以考虑建立硫酸厂。再运送少量硫酸到A城市供应生产的需求，这样资源配置比较合理。 （2）题设有四个条件，C地有磷灰石矿藏，水源、能源充足，土地价格较低，土地供应充足，交通方便，适合建立磷肥厂。但制磷肥要消耗大量硫酸，且C地无硫酸厂和磷肥厂，而邻近的D地有丰富的硫铁矿资源，暗示可以通过运送硫铁矿的方法在C地建硫酸厂是可行的。因此在C地建大型的磷肥厂，并配套建大型的硫酸厂是正确的。 注意：对实际中存在的问题必须统筹兼顾，不能以偏代全。答案：B城市和C城市应该建硫酸厂；C城市应该建磷肥厂。4