无机化学反应生产工三级(高级工)题库及答案

无机化学反应生产工三级(高级工)题库及答案一、化学反应基础与热力学1.单选题(1)在298K、标准压力下，下列反应中ΔrGθ值最小的是A.CaCO₃(s)→CaO(s)+CO₂(g)B.N₂(g)+3H₂(g)→2NH₃(g)C.2H₂(g)+O₂(g)→2H₂O(l)D.C(s)+O₂(g)→CO₂(g)答案：D解析：ΔrGθ=ΔrHθ−TΔrSθ。D为强放热且熵减极小，ΔrGθ负值最大，故最小。(2)对反应2SO₂(g)+O₂(g)⇌2SO₃(g)ΔH<0，工业上采用“冷激”措施的目的是A.提高平衡常数KθB.降低活化能C.抑制副反应D.使平衡右移同时控制热点答案：D解析：冷激即分段冷却，可移除放热反应热量，使温度沿床层下降，平衡右移且避免催化剂烧结。2.多选题(3)下列操作能提高合成氨反应N₂+3H₂⇌2NH₃平衡产率的是A.升高温度B.增大总压C.移走NH₃D.加入惰性气体Ar并保持总压不变答案：B、C解析：勒夏特列原理，高压、减产物有利；升温虽加快动力学但使平衡左移；恒压加惰气等效于稀释，不利。3.判断题(4)对于放热反应，升高温度一定降低平衡转化率。答案：正确解析：范特霍夫方程dlnK/dT=ΔH/RT²，ΔH<0则K随T升高而减小。4.计算题(5)已知反应CaO(s)+CO₂(g)⇌CaCO₃(s)在1000K时Kp=0.05atm⁻¹。若窑气含CO₂18%（体积分数），总压1.2atm，判断石灰石能否分解。答案：Jp=(pCO₂)⁻¹=(0.18×1.2)⁻¹=4.63atm⁻¹∵Jp>Kp，∴反应逆向进行，CaCO₃可分解。解析：比较反应商与平衡常数即可判断方向。二、无机反应动力学与催化1.单选题(6)硫酸工业中，V₂O₅催化SO₂氧化属A.均相酸催化B.非均相氧化还原催化C.酶催化D.光催化答案：B(7)某气固催化反应服从LangmuirHinshelwood机理，若反应物A吸附很弱，产物B吸附很强，则速率随A分压升高将A.线性上升B.趋于平台C.先升后降D.先降后升答案：C解析：强吸附产物占据活性位，高PA时抑制显著，出现极大值。2.实验设计题(8)设计实验测定钒催化剂上SO₂氧化反应的表观活化能，要求：①写出实验步骤；②给出数据处理式；③指出关键控制点。答案：①步骤：a.固定催化剂质量、粒度，装填于等温微反器；b.配制SO₂/O₂/N₂混合气，控制SO₂8%、O₂11%；c.在470–570K区间选5个温度点，每点测转化率x<15%；d.用微分反应器公式r=F·x/W计算速率。②数据处理：取lnr对1/T作图，斜率=−Ea/R，求Ea。③关键：消除外扩散（提高线速>临界值）、内扩散（dp<0.3mm）、确保恒温（±0.5K）。3.计算题(9)某反应A→B在300K时k₁=2.0×10⁻³s⁻¹，活化能Ea=50kJmol⁻¹。求320K时半衰期。答案：k₂=k₁exp[−Ea/R(1/T₂−1/T₁)]=2.0×10⁻³exp[−50000/8.314(1/320−1/300)]=1.18×10⁻²s⁻¹t½=ln2/k₂=58.7s解析：阿伦尼乌斯公式直接应用。三、典型无机化工单元反应1.接触法制硫酸(10)单选题转化器一段出口温度常控制在610–630℃，其主要原因是A.防止V₂O₅升华B.避免Fe₂O₃剥落C.抑制SO₃水解D.保持催化剂活性并兼顾平衡答案：D(11)计算题某硫酸厂进气组成SO₂10%、O₂11%、N₂79%，通过一转一吸流程，总转化率99.5%。若尾气SO₂≤400mgm⁻³（标准状态），求所需吸收塔吸收率。答案：设烟气流量1m³，含SO₂0.1m³=0.1/22.4=4.46mol出口SO₂=400×10⁻³g/64gmol⁻¹=6.25×10⁻³mol吸收率η=(4.46−6.25×10⁻³)/4.46=99.86%解析：先算初始摩尔数，再算允许排放摩尔数。2.氨碱法制纯碱(12)多选题氨碱法中提高NaCl利用率的措施有A.预热精盐水至70℃B.塔中部通CO₂浓度较低窑气C.回收母液中的NH₄ClD.采用逆料流程答案：A、C、D(13)简答题写出氨盐水碳酸化主反应与副反应，并说明如何抑制副反应。答案：主：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O→NaHCO₃↓+NH₄Cl副：2NH₄HCO₃→(NH₄)₂CO₃+CO₂↑+H₂O(NH₄)₂CO₃+2NaCl→2NH₄Cl+Na₂CO₃抑制：控制碳酸化温度38–40℃、CO₂分压≤0.35atm、缩短停留时间<30min，减少(NH₄)₂CO₃生成。3.氯碱工业(14)判断题离子膜法电解食盐水时，阳极液pH低于阴极液。答案：正确解析：阳极生成Cl₂溶于水生成HCl，阴极生成OH⁻。(15)计算题某离子膜电解槽电流效率96%，电流100kA，日产NaOH3.36t。求理论产量并验证电流效率。答案：理论m=ItM/(nF)=100000×24×3600×40/(1×96485)=3.57t效率=3.36/3.57=94.1%≈96%（误差源于四舍五入）解析：法拉第定律直接计算。四、反应器类型与工业放大1.单选题(16)对气固放热反应，工业上优先选用A.绝热固定床B.列管式固定床C.流化床D.鼓泡塔答案：B(17)多选题与固定床相比，流化床反应器的优点有A.温度均匀B.催化剂可在线再生C.压降低D.返混小答案：A、B2.设计题(18)某厂拟将年产5万吨SO₃的实验室固定床反应器放大，要求：①给出放大准则；②列出需校核的相似数群；③指出最易失效的环节。答案：①保持相同接触时间τ=εL/u、相同催化剂粒径dp、相同T与P；②Re=ρudp/μ，Da=τk，Pe=uL/Dax，Pr=Cpμ/λ；③最易失效：热点温度失控，因管径放大后λeff下降，径向传热变差。3.计算题(19)某一级不可逆反应A→B，在实验室管径2cm、L=50cm、u=0.2ms⁻¹时转化率达90%。若工业管径20cm、保持同一催化剂与温度，求所需床高。答案：k=−ln(1−x)/τ=−ln0.1/(0.5/0.2)=0.921s⁻¹工业τ=−ln0.1/k=2.5sL=uτ=0.2×2.5=0.5m解析：一级反应转化率仅与kτ有关，与管径无关，故床高不变。五、分离与纯化技术1.单选题(20)浓硫酸吸收SO₃采用98.5%H₂SO₄而非100%，原因是A.降低黏度B.避免SO₃自聚合C.提高SO₃分压D.抑制酸雾生成答案：D(21)多选题氨盐水碳酸化后分离NaHCO₃晶体的操作参数有A.降温至28℃B.停留时间>2hC.搅拌强度3Wkg⁻¹D.添加0.5%晶种答案：A、C、D2.计算题(22)用30%（wt）Na₂CO₃溶液蒸发浓缩至50%，进料1000kgh⁻¹，求水分蒸发量。答案：干盐守恒：0.3×1000=0.5×(1000−W)W=400kgh⁻¹解析：物料衡算即可。3.简答题(23)简述离子膜法淡盐水脱氯的两种工业方法并比较能耗。答案：①真空脱氯：在60℃、−0.07MPa下闪蒸，脱氯率90%，电耗≈5kWht⁻¹NaOH；②空气吹脱：80℃、气液比30，脱氯率95%，电耗≈2kWht⁻¹，但需后续化学脱氯（Na₂SO₃）达标。比较：空气法能耗低但流程长，真空法设备少但电耗高。六、安全、环保与节能1.单选题(24)硫酸装置尾气SO₂超标，最先应检查A.催化剂层是否塌陷B.吸收塔酸温C.干燥塔酸浓度D.锅炉汽包液位答案：A(25)判断题氯碱厂设置正压通风是为了防止氯气泄漏到配电室。答案：错误解析：应为负压通风，使氯气不向电气区域扩散。2.案例分析题(26)某厂氨罐区发生轻微泄漏，氨浓度达25ppm，给出应急处理四步法。答案：①隔离：立即关闭最近两道阀门，启动喷淋水幕；②稀释：开启防爆风机，形成负压，防止扩散；③中和：用稀磷酸雾喷淋，降低pH<7；④监测：便携仪跟踪下风向100m，浓度<5ppm方可撤警。3.计算题(27)若硫酸厂采用低温余热发电，把280℃、流量50th⁻¹的SO₂炉气降温至180℃，求可回收热量及发电功率（效率18%）。答案：Q=mCpΔT=50000×1.05×(280−180)=5.25×10⁹kJh⁻¹=1.46×10⁹WP=0.18×1.46×10⁹=2.63×10⁸W=263MW解析：取SO₂气Cp≈1.05kJkg⁻¹K⁻¹。七、综合应用与故障诊断1.论述题(28)某流化床合成氨装置运行两年后，催化剂粒径由0.45mm降至0.25mm，床层压降由12kPa升至22kPa，塔顶带出细粉增加，给出三条根本原因及对应解决措施。答案：原因1：旋风分离器效率下降，催化剂被气流夹带磨损；措施：更换耐磨衬里，提高入口速度至18ms⁻¹。原因2：原料气含硫超标，生成(NH₄)₂S使颗粒脆化；措施：精脱硫槽后增加ZnO精脱硫剂，控制总硫<0.1ppm。原因3：流化速度过高，超过终端速度；措施：降低表观气速至0.35ms⁻¹，增设二次风喷嘴。2.故障诊断题(29)某氯碱装置阴极液NaOH浓度突然由32%降至29%，电流、流量稳定，分析可能原因并给出验证方法。答案：可能原因：离子膜出现针孔，阳极液Na⁺泄漏到阴极，稀释NaOH。验证：①测阴极液NaCl含量，若>50ppm则确认；②用氦质谱仪对膜做泄漏点扫描；③停机后做膜片染料渗透试验。3.综合计算题(30)某厂用石膏湿法脱硫，入