1、化工生產過程中的基本問題習題1在硫酸的工業制法中，下列生產操作與說明生產操作的主要原因都正確的是()A.硫鐵礦燃燒前要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能燃燒B.從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中的SO2會與雜質反應C.SO2氧化為SO3時需使用催化劑，這樣可以提高SO2的轉化率D.SO3用98.3%的濃H2SO4吸收，目的是防止形成酸霧，以便使SO3吸收完全2.接觸法制硫酸時，由沸騰爐導出的爐氣必須經除塵、洗滌、干燥、凈化，理由是()A.防止砷、硒等元素的化合物和礦塵使催化劑中毒 B.為了提高原料的利用率C.提高成品硫酸的質量和純度 D.避免水蒸氣對設備和生產有不良影響3.接觸法制硫酸時，進入接觸室

2、的氣體合理的是()A.體積組成：SO2 7%、O2 11%，其余為N2、CO2等B.質量組成：SO2 30%、O2 7%，其余為N2、CO2等C.體積組成：SO2 14%、O2 7%，其余為N2、CO2等D.體積組成：SO2 14%、O2 5%，其余為N2、CO2等4.在硫酸工業生產中，為了有利于SO2的轉化且能充分利用熱能，采用了中間有熱交換器的接觸室。按此密閉體系中氣體的流向，則在A處流出的氣體為 ()A.SO2 B.SO3，O2 C.SO2，O2 D.SO2，SO35.在接觸法生產硫酸中，對于SO2的接觸氧化反應有下面4個圖，其中正確的是 ()6接觸法生產H2SO4過程中，對廢氣、廢水、

3、廢渣、“廢熱”的處理正確的是()尾氣用氨水處理污水用石灰乳處理廢渣用來造水泥、煉鐵設置“廢熱”鍋爐產生蒸汽，供熱或發電A.只有 B.只有 C.只有 D.全部7.將三氧化硫溶解在濃硫酸中所得到的混合物稱為“發煙硫酸”，通常以三氧化硫的質量分數表示其組成。今將0.118 5 g發煙硫酸試樣溶于水，用0.125 mol·L-1的NaOH標準溶液滴定。用此標準溶液20 mL恰好中和，則試樣中SO3的質量分數為（ ）A.15% B.17% C.34% D.60%8.H2SO4是SO3的水合物，設某種（90%）濃硫酸只存在三種水合物形式H2SO4（SO3·H2O）、H2S2O7（2SO

4、3·H2O）、H2SO4·2H2O（SO3·3H2O），若SO3·3H2O的物質的量占一半，則H2SO4和H2S2O7物質的量之比約為（ ）A.11 B.98168 C.163191 D.1681919為方便某些計算，有人將98%的濃硫酸表示成下列形式，其中合理的是（ ）A.H2SO4·H2O B.H2SO4·H2O C.H2SO4·SO3 D.SO3·H2O10有A、B、C、D四個中等城市，它們水源、能源充足，交通便利。它們相對地理位置10如下圖所示。各城市各有其特點：A城是風光秀麗、人口稠密、土地供應緊張的旅游

5、城市，環保要求高，近郊有豐富的FeS2資源。B城是一個新興的工業城市，已建有大型磷肥廠，土地供應充足。C城近郊有豐富的磷灰石資源，工業發達，但使用H2SO4的工業不多，土地供應充足。D城是一個古老的城市，它的周圍是重要的農業區，是大量肥料的集散地。現擬建年產1×105 t的黃鐵礦制硫酸的工廠，廠址應選在()A.A城近郊 B.B城近郊 C.C城近郊 D.D城近郊11.觀察圖1-2，回答以下問題：圖1-1-2（1）設備的名稱是_，反應的化學方程式是_。（2）圖中標號處通入或放出的物質是：_；_；_；_。（3）在該設備里，礦石燃燒前要粉碎成細小礦粒的原因是_。（4）從設備里放出的氣體必須經

6、過、_處理后，才能進入下一個設備，其原因是_。12在硫酸工業中，通過下列反應使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)；H=-213.8kJ·mol-1(1)在生產中，常用過量空氣是為了_。(2)加熱到400500 可以_。(3)常用濃硫酸而不用水吸收SO3，是由于_。(4)尾氣中有SO2必須回收是為了_。13我國東部季風區某新建城市分布圖如下圖所示，城市的四周都有廣闊地帶，現要在該城市附近建一座比較大型的火力發電廠。（1）請在圖中A、B、C、D、E、F處選一最佳建廠處，說明理由。（2）請你預測此工廠將有哪些方面對環境造成污染。（3）請你用物理、化學、生物等方面

7、的知識設計一個保護環境、控制污染的方案。14.固體A和B都是由兩種相同元素組成，在A、B中兩種原子的個數之比分別為11和12。將A和B在高溫下煅燒，產物都是固體C和氣體D，由D最終可制得酸E。E的稀溶液和A反應時，生成氣體G和F溶液， G通入D的溶液中有淺黃色的沉淀產生，該沉淀加熱時又可轉化為D。根據以上事實回答下列問題。（1）A的化學式是_；B的化學式是_。（2）寫出下列反應的化學方程式：B煅燒生成C和D：_；G通入D的溶液中：_；在F中滴入溴水：_；A和E反應：_。15.利用黃鐵礦(含FeS284%)生產硫酸，黃鐵礦的利用率為96%，SO2的轉化率為95%，SO3的吸收率為98.5%，求1

8、 t黃鐵礦可生產98%的濃硫酸多少噸。16.接觸法制硫酸是先把SO2催化氧化為SO3，然后用水和濃硫酸吸收得到SO3。某工廠接觸室出口氣體中含N2、O2、少量SO2和10%（體積分數）的SO3。把出口氣體送進吸收塔，使SO3轉化成98%（質量分數）的H2SO4和發煙H2SO4H2SO4和SO3混合物，其中含20%（質量分數）的SO3。（1）設上述工廠只生產發煙H2SO4：算出1 000 m3 出口氣體所需要的水的質量；算出每1 000 m3出口氣體生產的發煙硫酸的質量。（2）設上述工廠只生產98%的H2SO4：算出每1 000 m3出口氣體所需要的水的質量；算出同時生產的98% H2SO4的質

9、量。注：上述氣體體積均轉化為標準狀況下的體積。（3）若該工廠同時生產發煙硫酸和98%硫酸（兩種產物的質量比x=m1/m2，m1和m2分別是發煙硫酸和98%硫酸的質量）。導出數學表達式，用來描述每1 000 m3出口氣體中所消耗水的質量同上述x間的關系。說明問題（1）和問題（2）中得到的有關數據是否符合你導出的數學表達式。17 在標準狀況下，SO2和O2混合氣體500 mL，通過灼熱V2O5層后，體積變為450 mL（恢復到原狀況），將此450 mL氣體通過NaOH溶液后，溶液增重0.985 g，問原混合氣體中有SO2多少克?18接觸法生產硫酸時，含FeS2 80%的黃鐵礦在沸騰爐中燃燒時有3%

10、的硫受到損失，得到的SO2在接觸室氧化為SO3時的轉化率為95%，求生產1 t 96%的硫酸，需黃鐵礦石的質量是多少？參考答案1.解析：將硫鐵礦粉碎使燃燒速率更快、反應更充分；凈化SO2的主要目的是防止催化劑中毒；催化劑只能提高反應速率，不能提高SO2的轉化率。 答案：D2.解析：爐氣中含有SO2、O2、N2、H2O以及一些其他雜質。砷、硒等的化合物和礦塵等會使催化劑中毒；水蒸氣對生產和設備有不良影響。因此，爐氣必須通過除塵、洗滌、干燥等凈化處理。 答案：AD3解析：由2SO2+O22SO3，理論上w（O2）=w（SO2），實際采用O2過量以提高SO2的轉化率。 答案：A4.解析：原料SO2、

11、O2從裝置左側中間進入熱交換器，吸收熱能后由A處流出再進入接觸室發生反應，并放出大量的熱，把一部分熱量交換給剛進入熱交換器的原料氣，然后由下端流入下一個裝置。 答案：C5解析：SO2氧化成SO3的反應是放熱反應，升溫則平衡左移，SO3的含量降低；升溫反應速率加快，到達平衡所需的時間縮短。 答案：A6.答案：D7答案：A8答案：A9答案：AD10解析：硫酸廠應建在靠近硫酸消費中心的地區，避開人口稠密的居民區和環境保護要求高的地區。答案：B11.答案：（1）沸騰爐，方程略 （2）硫鐵礦 空氣 爐氣（N2、SO2、O2、水蒸氣、雜質、如砷硒的化合物和礦塵） 礦渣 （3）增大礦石與O2的接觸面積燃燒充

12、分。（4）凈化、干燥。除去水和有害雜質防止催化劑中毒12解析：SO2轉化為SO3為可逆反應，要從化學反應速率和化學平衡的角度來分析回答。 答案：(1)增大O2的濃度，使成本較高的SO2充分利用 (2)提高反應速率，縮短反應達到平衡所需時間，同時此溫度下催化劑活性最好。 (3)用水吸收會形成酸霧，吸收速度慢 (4)減少對環境的污染13解析：（1）應選在D處建廠。原因：在季風區工廠應建在位于垂直于盛行風向的郊外，可盡量減少粉塵、有毒氣體對居民區的污染；在河的下游，水源充足；緊靠鐵路和公路，交通便利。（2）有廢氣、廢渣和廢水。（3）利用該廠的廢渣可在附近建一個礦渣水泥廠或磚廠，變廢為寶；根據產生廢水

13、的情況，在建廠的同時，建一個利用化學分解和生物降解的廢水處理設備；根據該廠將產生粉塵和有毒氣體較嚴重的情況，在廠區里多栽一些如美人蕉、月季、丁香、菊花等能吸收有毒氣體的植物，搞好廠區綠化保護。答案：（1）D處。減少粉塵、有害氣體對居民區的污染；水源充足；交通便利。（2）有廢氣、廢渣、廢水。（3）在該廠附近建一個水泥廠或磚廠，變廢為寶；在建廠的同時，建一個利用化學分解和生物降解的廢水處理設備；在廠區多栽一些能吸收有毒氣體的植物，搞好廠區綠化保護。14答案：（1）FeS FeS2 （2）4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3 2H2S+SO2=3S+2H2O 6FeSO4+3Br2=2Fe2

14、（SO4）3+2FeBr3 FeS+H2SO4=FeSO4+H2S 15.解析：SO2的轉化率、SO3的吸收率（即利用率）均可累積到FeS2上，設可生產濃硫酸的質量為x，則有：FeS22H2SO4120 1961 t×84%×96%×95%×98.5%x×98%x=1.26 t答案：1.26 t16.思路解析：由題目所給數據可先求出1 000 m3出口氣體中SO3的物質的量。發煙硫酸可表示為H2SO4·xSO3，即（1+x）SO3·H2O，已知SO3的質量分數是20%，求出x，進而得出結論。第二問與第一問采取的解題步驟相似。

15、第三問可利用第一問和第二問的數據，而且可用前面所得的數據驗證關系式是否正確。解：（1）1 000 m3中含n（SO3）=4 464 mol，設此發煙硫酸為H2SO4·xSO3，其中含20%的SO3，列式計算：×100=20% x=0.306相應的化學方程式：1.306 SO3+H2O=H2SO4·0.306SO3設需用水M1，生成H2SO4·0.306SO3 M2由SO3H2OH2SO4·0.306SO34 464 mol ×4 464 mol ×4 464 molM1=×4 464 mol×18 g&#

16、183;mol-1=6.15×104 gM2=×4 464 mol×（98+0.306×80） g·mol-1=4.19×105 g（2）98%的H2SO4中的H2SO4與H2O的物質的量之比為=1，因而98% H2SO4可寫成：H2SO4·2OSO3+H2O=H2SO4·H2O設1 000 m3出口氣體需水m1，生成98%的H2SO4 m2，則m1=4 464 mol××18 g·mol-1=8.93×104 gm2=4 464×（98+×18）g

17、83;mol-1=4.46×105 g（3）6.15×104×g+8.93×104×g=6.15×104×g+8.93×104×g若全部生成發煙硫酸，x，上式=6.15×104 g；若全部生成98%的硫酸，x=0，上式=8.93×104 g。答案：（1）6.15×104 g，4.19×105 g。（2）8.93×104 g，4.46×105 g。（3）符合。17解析：SO2與O2的反應是可逆的，其中SO2的轉化率不可能達到100。因此，溶液增重的

18、質量是生成的SO3和剩余的SO2的總質量。從0.985 g中減去參加反應的O2的質量，即混合氣體中SO2的質量。解：設有x mLSO2參加了反應，生成了y mLSO32SO2+O22SO3 V 2 1 2 1 x y 500 - 450=50（ mL）解得：x =100 mL y=100 mL原混合氣體中的SO2總質量為0.985-（×80 g-×64 g)=0.914 g。即,原混合氣體中SO2的質量為0.914 g。答：0.914 g。18.解析：若設生產1 t硫酸需黃鐵礦的質量為x，則其中含FeS2為x×80%；制氣中硫損失3%，相當于97%有效，即參加反應的FeS2為x×80%