《课题1化工生产过程中的基本问题》习题

《课题1化工生产过程中的基本问题》习题1在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因都正确的是()A.硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧B.从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中的SO2会与杂质反应C.SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率D.SO3用98.3%的浓H2SO4吸收，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全2.接触法制硫酸时，由沸腾炉导出的炉气必须经除尘、洗涤、干燥、净化，理由是()A.防止砷、硒等元素的化合物和矿尘使催化剂中毒B.为了提高原料的利用率C.提高成品硫酸的质量和纯度D.避免水蒸气对设备和生产有不良影响3..接触法制硫酸时，进入接触室的气体合理的是()A.体积组成：SO27%、O211%，其余为N2、CO2等B.质量组成：SO230%、O27%，其余为N2、CO2等C.体积组成：SO214%、O27%，其余为N2、CO2等D.体积组成：SO214%、O25%，其余为N2、CO2等4.在硫酸工业生产中，为了有利于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。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为…()A.SO2B.SO3，O2C.SO2，O2D.SO2，SO35.在接触法生产硫酸中，对于SO2的接触氧化反应有下面4个图，其中正确的是…()6接触法生产H2SO4过程中，对废气、废水、废渣、“废热”的处理正确的是()①尾气用氨水处理②污水用石灰乳处理③废渣用来造水泥、炼铁④设置“废热”锅炉产生蒸汽，供热或发电A.只有①②B.只有①③④C.只有①②③D.全部7.将三氧化硫溶解在浓硫酸中所得到的混合物称为“发烟硫酸”，通常以三氧化硫的质量分数表示其组成。今将0.1185g发烟硫酸试样溶于水，用0.125mol·L-1的NaOH标准溶液滴定。用此标准溶液20mL恰好中和，则试样中SO3的质量分数为（）A.15%B.17%C.34%D.60%8.H2SO4是SO3的水合物，设某种（90%）浓硫酸只存在三种水合物形式H2SO4（SO3·H2O）、H2S2O7（2SO3·H2O）、H2SO4·2H2O（SO3·3H2O），若SO3·3H2O的物质的量占一半，则H2SO4和H2S2O7物质的量之比约为（）A.1∶1B.98∶168C.163∶191D.168∶1919为方便某些计算，有人将98%的浓硫酸表示成下列形式，其中合理的是（）A.H2SO4·91H2OB.H2SO4·H2OC.H2SO4·SO3D.SO3·910H2O10有A、B、C、D四个中等城市，它们水源、能源充足，交通便利。它们相对地理位置10如下图所示。各城市各有其特点：A城是风光秀丽、人口稠密、土地供应紧张的旅游城市，环保要求高，近郊有丰富的FeS2资源。B城是一个新兴的工业城市，已建有大型磷肥厂，土地供应充足。C城近郊有丰富的磷灰石资源，工业发达，但使用H2SO4的工业不多，土地供应充足。D城是一个古老的城市，它的周围是重要的农业区，是大量肥料的集散地。现拟建年产1×105t的黄铁矿制硫酸的工厂，厂址应选在()A.A城近郊B.B城近郊C.C城近郊D.D城近郊11.观察图1-2，回答以下问题：图1-1-2（1）设备的名称是______________，反应的化学方程式是____________________________。（2）图中标号处通入或放出的物质是：①____________________________；②____________________________；③____________________________；④____________________________。（3）在该设备里，矿石燃烧前要粉碎成细小矿粒的原因是____________________________。（4）从设备里放出的气体必须经过、______________处理后，才能进入下一个设备，其原因是__________________________________________________________________________。12在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；ΔH=-213.8kJ·mol-1(1)在生产中，常用过量空气是为了_________________________。(2)加热到400～500℃可以_________________________。(3)常用浓硫酸而不用水吸收SO3，是由于_________________________。(4)尾气中有SO2必须回收是为了_________________________。13我国东部季风区某新建城市分布图如下图所示，城市的四周都有广阔地带，现要在该城市附近建一座比较大型的火力发电厂。（1）请在图中A、B、C、D、E、F处选一最佳建厂处，说明理由。（2）请你预测此工厂将有哪些方面对环境造成污染。（3）请你用物理、化学、生物等方面的知识设计一个保护环境、控制污染的方案。14.固体A和B都是由两种相同元素组成，在A、B中两种原子的个数之比分别为1∶1和1∶2。将A和B在高温下煅烧，产物都是固体C和气体D，由D最终可制得酸E。E的稀溶液和A反应时，生成气体G和F溶液，G通入D的溶液中有浅黄色的沉淀产生，该沉淀加热时又可转化为D。根据以上事实回答下列问题。（1）A的化学式是___________；B的化学式是___________。（2）写出下列反应的化学方程式：①B煅烧生成C和D：_________________________________；②G通入D的溶液中：_________________________________；③在F中滴入溴水：_________________________________；④A和E反应：_________________________________。15.利用黄铁矿(含FeS284%)生产硫酸，黄铁矿的利用率为96%，SO2的转化率为95%，SO3的吸收率为98.5%，求1t黄铁矿可生产98%的浓硫酸多少吨。16.接触法制硫酸是先把SO2催化氧化为SO3，然后用水和浓硫酸吸收得到SO3。某工厂接触室出口气体中含N2、O2、少量SO2和10%（体积分数）的SO3。把出口气体送进吸收塔，使SO3转化成98%（质量分数）的H2SO4和发烟H2SO4〔H2SO4和SO3混合物，其中含20%（质量分数）的SO3〕。（1）设上述工厂只生产发烟H2SO4：①算出1000m3出口气体所需要的水的质量；②算出每1000m3出口气体生产的发烟硫酸的质量。（2）设上述工厂只生产98%的H2SO4：①算出每1000m3出口气体所需要的水的质量；②算出同时生产的98%H2SO4的质量。注：上述气体体积均转化为标准状况下的体积。（3）若该工厂同时生产发烟硫酸和98%硫酸（两种产物的质量比x=m1/m2，m1和m2分别是发烟硫酸和98%硫酸的质量）。导出数学表达式，用来描述每1000m3出口气体中所消耗水的质量同上述x间的关系。说明问题（1）和问题（2）中得到的有关数据是否符合你导出的数学表达式。17在标准状况下，SO2和O2混合气体500mL，通过灼热V2O5层后，体积变为450mL（恢复到原状况），将此450mL气体通过NaOH溶液后，溶液增重0.985g，问原混合气体中有SO2多少克?18接触法生产硫酸时，含FeS280%的黄铁矿在沸腾炉中燃烧时有3%的硫受到损失，得到的SO2在接触室氧化为SO3时的转化率为95%，求生产1t96%的硫酸，需黄铁矿石的质量是多少？参考答案1.解析：将硫铁矿粉碎使燃烧速率更快、反应更充分；净化SO2的主要目的是防止催化剂中毒；催化剂只能提高反应速率，不能提高SO2的转化率。答案：D2.解析：炉气中含有SO2、O2、N2、H2O以及一些其他杂质。砷、硒等的化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响。因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。答案：AD3解析：由2SO2+O22SO3，理论上w（O2）=21w（SO2），实际采用O2过量以提高SO2的转化率。答案：A4.解析：原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器，吸收热能后由A处流出再进入接触室发生反应，并放出大量的热，把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气，然后由下端流入下一个装置。答案：C5解析：SO2氧化成SO3的反应是放热反应，升温则平衡左移，SO3的含量降低；升温反应速率加快，到达平衡所需的时间缩短。答案：A6.答案：D7答案：A8答案：A9答案：AD10解析：硫酸厂应建在靠近硫酸消费中心的地区，避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区。答案：B11.答案：（1）沸腾炉，方程略（2）①硫铁矿②空气③炉气（N2、SO2、O2、水蒸气、杂质、如砷硒的化合物和矿尘）④矿渣（3）增大矿石与O2的接触面积燃烧充分。（4）净化、干燥。除去水和有害杂质防止催化剂中毒12解析：SO2转化为SO3为可逆反应，要从化学反应速率和化学平衡的角度来分析回答。答案：(1)增大O2的浓度，使成本较高的SO2充分利用(2)提高反应速率，缩短反应达到平衡所需时间，同时此温度下催化剂活性最好。(3)用水吸收会形成酸雾，吸收速度慢(4)减少对环境的污染13解析：（1）应选在D处建厂。原因：①在季风区工厂应建在位于垂直于盛行风向的郊外，可尽量减少粉尘、有毒气体对居民区的污染；②在河的下游，水源充足；③紧靠铁路和公路，交通便利。（2）有废气、废渣和废水。（3）①利用该厂的废渣可在附近建一个矿渣水泥厂或砖厂，变废为宝；②根据产生废水的情况，在建厂的同时，建一个利用化学分解和生物降解的废水处理设备；③根据该厂将产生粉尘和有毒气体较严重的情况，在厂区里多栽一些如美人蕉、月季、丁香、菊花等能吸收有毒气体的植物，搞好厂区绿化保护。答案：（1）D处。①减少粉尘、有害气体对居民区的污染；②水源充足；③交通便利。（2）有废气、废渣、废水。（3）①在该厂附近建一个水泥厂或砖厂，变废为宝；②在建厂的同时，建一个利用化学分解和生物降解的废水处理设备；③在厂区多栽一些能吸收有毒气体的植物，搞好厂区绿化保护。14答案：（1）FeSFeS2（2）①4FeS2+11O2====8SO2+2Fe2O3②2H2S+SO2====3S+2H2O③6FeSO4+3Br2====2Fe2（SO4）3+2FeBr3④FeS+H2SO4====FeSO4+H2S15.解析：SO2的转化率、SO3的吸收率（即利用率）均可累积到FeS2上，设可生产浓硫酸的质量为x，则有：FeS2～2H2SO41201961t×84%×96%×95%×98.5%x×98%%98x196%5.98%95%96%84t1120＝x=1.26t答案：1.26t16.思路解析：由题目所给数据可先求出1000m3出口气体中SO3的物质的量。发烟硫酸可表示为H2SO4·xSO3，即（1+x）SO3·H2O，已知SO3的质量分数是20%，求出x，进而得出结论。第二问与第一问采取的解题步骤相似。第三问可利用第一问和第二问的数据，而且可用前面所得的数据验证关系式是否正确。解：（1）1000m3中含n（SO3）=4.22%101010003≈4464mol，设此发烟硫酸为H2SO4·xSO3，其中含20%的SO3，列式计算：xx809880×100=20%x=0.306相应的化学方程式：1.306SO3+H2O====H2SO4·0.306SO3设需用水M1，生成H2SO4·0.306SO3M2由SO3—306.11H2O—306.11H2SO4·0.306SO34464mol306.11×4464mol306.11×4464molM1=306.11×4464mol×18g·mol-1=6.15×104gM2=306.11×4464mol×（98+0.306×80）g·mol-1=4.19×105g（