第12讲6.3化工生产-寒假版高一化学教材知识点精讲练（沪科版2020）

第十二讲化工生产知识梳理考点一、工业制取硫酸的反应原理和生产过程沸腾炉接触室吸收塔工业制硫酸反应原理（1）主要原料：硫磺或硫铁矿，其中硫磺制酸具有生产流程短，“三废”治理量较少等优势，因而今后以硫磺制取酸为主要发展趋势。（2）根据工业制硫酸的反应原理，生产过程通常可以分为造气、转化、吸收三个主要阶段接触法制硫酸（1）接触法制硫酸：主要阶段造气硫铁矿煅烧制造SO2转化SO2接触氧化吸收SO3的吸收主要设备沸腾炉转化器吸收塔化学反应4FeS2+11O2高温=2Fe2O32SO2(g)+O2(g)催化剂⇌△2SOSO3+H2O=H2SO4A．转化器出来的气体主要包括：二氧化硫、氧气、氮气，原料气要通过除尘、干燥等净化处理，目的是___防止催化剂中毒________________________________________。B．使用98.3%的硫酸而不是直接用水来吸收三氧化硫的原因：_使用水吸收三氧化硫会导致大量酸雾妨碍吸收_________________。化学反应方程式压强温度催化剂SO2的氧化2SO2+O2催化剂⇌△0.1MPa（常压）400℃~500℃V2O5等工业合成氨（1）合成氨的适宜条件探究：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)+Q（Q>0）反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中NH3含量的影响化学反应速率与化学平衡综合考虑增大压强__加快_____（填“加快”或“减慢”）__有利_____提高NH3含量（填“有利”或“不利”）影响一致，应__增大____压强（填“增大”或“减小”）升高温度___加快____________不利___提高NH3含量（填“有利”或“不利”）影响____高温______温度控制要适宜使用催化剂___加快__________无___影响（填“有”或“没”）用合适催化剂有利于加快反应速率增加反应物浓度__加快_________平衡向_正__反应方向移动（填“正”或“逆”）影响一致应___增加_____反应物浓度∴合成氨的合理生产条件：①使用__铁触媒______为催化剂②一定程度的加压③温度控制在催化剂的活性温度（500℃）④及时分离___氨气_____（2）合成氨工业流程：1．已知含硫元素的几种物质间具有如图转化关系。NASA．反应①中3.2g S充分燃烧后生成2.24LB．反应②中若转移2NAC．NA个SO2分子与足量氧气经反应③可以制得ND．pH=3的二氧化硫水溶液中H+【答案】B【解析】A．没有给出标况，无法计算二氧化硫体积，A错误；B．反应②：SO2+2H2S=3S↓+2H2OC．二氧化硫与氧气的反应是可逆反应，NA个SO2分子与足量氧气经反应③生成SO3D．没有给出溶液体积，无法计算H+的物质的量，D故选B。2．工业制硫酸的一步重要反应是SO2在400~600℃下的催化氧化：2SO2(g)+O2(g)  2SO3(g)，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下述有关说法正确的是A．使用催化剂可加快反应速率，提高SO3产率B．其它条件保持不变，温度越高，速率越快，生产效益越好C．实际生产中选定400～600℃作为操作温度，其原因是在此温度下催化剂的活性最高，SO2能100%转化为SO3D．增大压强可以提高SO3产率，但高压对动力和设备要求太高，会增加生产成本【答案】D【解析】A．使用催化剂可加快反应速率，但催化剂不能影响平衡的移动，不能提高SO3的产率，A错误；B．温度超过400~600℃时，催化剂的活性降低；且该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO3产率的产率降低，故温度超过400~600℃时，升高温度，生产效益降低，B错误；C．实际生产中选定400～600℃作为操作温度，其原因是在此温度下催化剂的活性最高；但该反应是可逆反应，SO2的转化率小于100%，C错误；D．该反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，SO3产率升高，但高压对动力和设备要求太高，会增加生产成本，D正确；故选D。3．硫酸工业中，转化器发生催化氧化(2SO2＋O2⇌SO3)的装置如图，下列说法正确的是A．a处进入的气体中SO2过量 B．沸腾炉中产生的气体直接从a处进入C．a、b、c三处气体成分相同 D．d处出来的气体只含SO3【答案】C【解析】A．为提高SO2的转化率，a处进入的气体应是氧气过量，故A项错误；B．沸腾炉中出来的炉气，除了含有SO2、O2外还有水蒸气及其他杂质，水蒸气和杂质对设备和下一步进行的反应有害，因此必须进行净化和干燥处理，故B项错误；C．a、b、c三处气体成分相同为二氧化硫和氧气，故C项正确；D．d处出来的气体不只含SO3，是平衡状态时的混合气体，故D项错误；答案选C。4．在硫酸的工业生产中，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。下列有关说法不正确的是A．SO3从①处进入，整个吸收操作采取逆流的形式B．从②处喷下98.3%的浓硫酸，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处流出的硫酸可用水稀释【答案】C【解析】A．首先明确吸收塔在吸收SO3过程中是根据逆流原理进行吸收的，即98.3%的硫酸是从吸收塔顶喷下的，而SOB．吸收塔里还装入了大量瓷环，瓷环的作用是增大接触面积,故B正确；C．从吸收塔上部导出的气体是N2、没有反应完的O2和少量，直接排入大气会污染环境，所以题图中③处导出的气体应用吸收剂吸收或循环使用。故CD．从④处流出的硫酸是浓硫酸，可用水稀释，故D正确。故答案为：C5．工业制硫酸，不可能作为原料的是A．硫黄 B．硫铁矿 C．冶炼烟气 D．大理石【答案】D【解析】工业生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等，其中硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料，因此该题中不可能作为原料的是大理石，故答案选D。6．用下图装置可以进行测定SO2转化成SO3的转化率的实验。已知SO3的熔点是16.8℃，沸点是44.8℃。已知发生装置中所涉及反应的化学方程式为：Na2SO3(s)+H2SO4(85%)→Na2SO4+H2O+SO2↑(1)根据实验需要，应该在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处连接合适的装置。请从下图A～E装置中选择最适合装置并将其序号填入下面的空格中。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处连接的装置分别是、、。(2)从乙处均匀通入O2，为使SO2有较高的转化率，实验中在：①加热催化剂；②滴加浓硫酸的顺序中，应采取的操作是先后(填编号)。在制取SO3的过程中，若温度过高，SO2的转化率会(填“升高”、“不变”或“降低”)。(3)有一小组在实验中发现，SO2气体产生缓慢，以致后续实验现象不明显，但又不存在气密性问题，请你根据以下推测的原因说明相应的验证方法。①Na2SO3已变质。验证方法。②甲中用稀H2SO4代替浓H2SO4。验证方法。(4)用amolNa2SO3粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，继续通入O2一段时间后，测得装置Ⅲ增重了bg，则实验中SO2的转化率为％(用含a、b的代数式填写)。【答案】(1)BAE(2)①②降低(3)验证方法：取待测试样于试管中，加适量蒸馏水配成溶液，先滴入足量稀盐酸，再滴入BaCl2溶液有白色沉淀生成，则证明该Na2SO3固体变质验证方法：用洁净玻璃棒蘸取待测试样，涂白纸不变黑，则证明该溶液不是浓硫酸(4)1600a-25b16a％(或者64a-b64a【分析】根据装置可知可以用浓硫酸来干燥二氧化硫和氧气的混合气体；SO3的熔点是16.8℃，较低，可以用冰水来获得三氧化硫，可以用氢氧化钠溶液进行尾气处理，据此解答。【解析】（1）Ⅰ装置必须要对二氧化硫进行干燥，可以用浓硫酸来干燥二氧化硫气体；SO3的熔点是16.8℃，可以用冰水冷却来获得三氧化硫；未反应掉的二氧化硫对空气会产生污染，可以用氢氧化钠溶液来进行尾气处理，故答案为：B；A；E；（2）为保证产生的二氧化硫尽可能多的转化为三氧化硫，应先加热催化剂再滴入浓硫酸；SO2转化成SO3的过程为放热，升高温度平衡向逆向移动，转化率SO2的转化率会降低，故答案为：①；②；降低；（3）①Na2SO3变质变成Na2SO4，所以取待测试样于试管中，加适量蒸馏水配成溶液，先滴入足量稀盐酸，再滴入BaCl2溶液有白色沉淀生成，则证明该Na2SO3固体变质，故答案为：取待测试样于试管中，加适量蒸馏水配成溶液，先滴入足量稀盐酸，再滴入BaCl2溶液有白色沉淀生成，则证明该Na2SO3固体变质；②浓硫酸具有脱水性，可用洁净玻璃棒蘸取待测试样，涂白纸不变黑，则证明该溶液不是浓硫酸，故答案为：用洁净玻璃棒蘸取待测试样，涂白纸不变黑，则证明该溶液不是浓硫酸；（4）根据硫原子守恒，Na2SO3～SO2～SO3，amolNa2SO3粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，应产生二氧化硫的质量为64ag，测得装置Ⅲ增重了bg，即为剩余二氧化硫的质量，所以参加反应的二氧化硫的质量为：64agbg，转化率α=64a-b64a×100%=1600a-25b16a％(或者64a-b64a×100％)，故答案为：1600a-25b16a％7．某同学设计如图所示装置探究工业制硫酸转化器中的反应，并测定此条件下二氧化硫的转化率。实验时，装置D锥形瓶中溶液产生白色沉淀，装置E中溶液褪色。回答下列问题：(1)装置B的三个作用是①；②；③通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例。(2)实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热，其原因是。(3)D中锥形瓶盛放的溶液可以是(选填序号)。①足量澄清石灰水

②足量小苏打溶液③足量氯化钡溶液

④足量稀硫酸反应停止后，要通过测定装置D锥形瓶中产生的白色沉淀的量，得出已被氧化的二氧化硫的量，在滤出沉淀前必须进行的一步实验操作是(简述过程)。(4)若从锥形瓶溶液中得到的沉淀质量为mg，要测定该条件下二氧化硫的转化率，实验时还需要测定的数据是(选填序号)，二氧化硫的转化率是(用含有m、a、b

c、d中的一种或几种字母的代数式表示)。①装置F增加的质量ag②装置A中亚硫酸钠减少的质量bg③装置B增加的质量cg④装置E增加的质量dg【答案】(1)干燥氧气和二氧化硫使氧气和二氧化硫混合均匀(2)该反应的正反应放热，温度过高平衡逆向移动，不利于三氧化硫的生成；且影响催化剂的活性(3)③继续通氧气，使装置中的三氧化硫和二氧化硫被D、E、F吸收(4)①④m【分析】装置A制备二氧化硫，装置B干燥氧气和二氧化硫，同时混合二者，装置C中二氧化硫被氧气氧化为三氧化硫，装置D吸收三氧化硫，装置E检验二氧化硫的性质，装置F吸收尾气，据此解答。【解析】（1）通过观察A装置可判断其作用除了冒气泡的速率来控制气体流量，还可以干燥氧气和二氧化硫，氧气和二氧化硫混合均匀；（2）由于该反应的正反应放热，温度过高平衡逆向移动，不利于三氧化硫的生成，且影响催化剂的活性，所以实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热；（3）由于进入装置D的气体有二氧化硫、三氧化硫和氧气，实验时，装置D锥形瓶中溶液产生白色沉淀，所以盛放的溶液是足量氯化钡溶液，答案选③；由于装置中有残留的气体，所以在滤出沉淀前必须进行的一步实验操作是继续通氧气，使装置中的三氧化硫和二氧化硫被D、E、F吸收；（4）从锥形瓶溶液中得到的沉淀质量为mg，则mg为硫酸钡沉淀，n（BaSO4）=n（SO3）=m233mol，已经知道转化了的二氧化硫，只要再告诉反应前的二氧化硫的物质的量或者反应后的二氧化硫的物质的量，就可以计算出二氧化硫的转化率，所以实验时还需要测定的数据为①装置F增加的质量ag、④装置E增加的质量dg，答案选①④；总的二氧化硫的物质的量是m233mol+考点二、硫酸工业中热能的合理利用及三废处理硫酸生产过程中的三个反应都是放热反应，为了充分利用这些热量，在生产过程中，沸腾炉外设置废热锅炉回收高温废热，把热交换器和转化器合为一体，将二氧化硫转化为三氧化硫时放出的热量及时导出用来预热进入转化器的原料气。废气：硫酸工业的尾气中含有的有毒气体是SO2，用氨酸法处理尾气的化学方程式分别为：________________________________、________________________________、________________________________。①NH3+H2O=NH3•H2O②SO2+2NH3•H2O=（NH4）2SO3+H2O③（NH4）2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3（2）废水：没有被污染的冷却水可以被循环利用；若排出的是酸性废水，一般使用石灰乳等中和处理，反应的离子方程式为2H++Ca(OH)2==Ca2++2H2O。（3）废渣：以硫铁矿为原料生产硫酸，废渣的主要成分是氧化铁、硫化亚铁及少量有害物质。用废渣可以炼制的金属是铁。8．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【答案】B【解析】用硫铁矿制硫酸，硫铁矿在沸腾炉中焙烧成二氧化硫气体时，会产生大量的固体残渣氧化铁，而用硫黄作为原料，废渣较少，但废气的量没有减少，也会产生废水，故答案选B。18．在接触法产生H2SO4的过程中,对“废气、废水、废渣、废热”的处理正确的是()①废气用氨水处理②污水用石灰乳处理③废渣用来造水泥或炼铁④设置“废热”锅炉产生蒸气来供热或发电A．只有①② B．只有①③④ C．只有①②③ D．全部【答案】D【解析】①SO2等废气可以用氨水吸收制得化肥硫酸铵等，①正确；②污水显酸性，可以用石灰乳处理，②正确；③炉渣和矿灰可作为炼铁的原料，③正确；④硫酸工业的反应都是放热反应，不但可以自行提供能量，还可以向外界提供能量，以降低成本，④正确；综上所述，正确的是①②③④，故选D。9．硫酸是十分重要的化工原料。工业上用黄铁矿又称为二硫化亚铁FeS(1)FeS2中硫元素的化合价是。(2)写出过程Ⅱ发生反应的化学方程式。(3)过程Ⅲ用98.3%的浓硫酸吸收SO3后再稀释为各种浓度的稀硫酸，写出浓硫酸稀释为稀硫酸的操作过程：。下图是模拟工业过程Ⅱ来探究SO2的催化氧化过程。(4)装置甲的作用是。(5)装置丙中盛放的是18.4mol/L的浓硫酸，目的是。反应结束后取1.0mL丙中的流液稀释为10.0mL的稀硫酸，滴加几滴酚酞试剂、缓慢加入1.0mol/L的NaOH溶液，当混合溶液变红时，认为硫酸恰好完全反应，此时所用NaOH溶液体积大于mL，说明SO2催化氧化时有SO3生成。(6)装置丁的作用是吸收并检验SO2已除净，现象时酸性高锰酸钾红色变浅，写出反应的离子方程式。(7)装置戊中的现象是，说明SO2催化氧化时有O2剩余。【答案】(1)1(2)2SO2+O2⇌催化剂Δ(3)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌(4)干燥气体、混合气体、调节气体比例(5)吸收SO336.8(6)5SO2+2MnO4-+2H2O=5SO(7)出现浅黄色沉淀或变浑浊【分析】黄铁矿与空气在高温下煅烧，反应产生Fe2O3、SO2；在催化剂、加热的条件下，SO2与O2发生反应产生SO3；SO3被98.3%的浓硫酸吸收得到硫酸。在模拟工业过程Ⅱ来探究SO2的催化氧化过程时，装置甲的浓硫酸的作用是干燥气体、混合气体，并通过观察气泡来判断两种气