化学与工农业生产.

第三单元化学与工农业生产考点一工业生产硫酸【核心知识通关】1.三种原料:三种原料分别是_______________、_____、___。硫黄(或黄铁矿)空气水2.三个反应阶段和三种设备：化学方程式设备造气或_______________________________催化氧化_________________________SO3的吸收______________________点燃====高温====S+O2SO24FeS2+11O22Fe2O3+8SO2沸腾炉2SO2+O22SO3接触室SO3+H2O====H2SO4吸收塔催化剂3.三废处理:(1)尾气吸收:硫酸生产的尾气中含有少量SO2,可用石灰水吸收,反应方程式为________________________;__________________________________。这样得到的SO2含量较高,可返回用作原料。Ca(OH)2+SO2====CaSO3+H2OCaSO3+H2SO4====CaSO4+SO2↑+H2O(2)废水的处理:硫酸生产的污水中含有酸性杂质,可用石灰中和法处理,方程式为Ca(OH)2+H2SO4====CaSO4+2H2O。(3)废渣的利用:用来制造水泥或砖,回收有色金属。【特别提醒】(1)黄铁矿(FeS2)中硫元素的化合价为-1价,铁元素的化合价为+2价,煅烧黄铁矿的反应中,被氧化的是铁元素和硫元素,每有1molFeS2完全反应,转移11mol电子。(2)吸收SO3不用水或稀硫酸,而是用98%的H2SO4,是因为用水或稀硫酸吸收SO3会产生酸雾,影响吸收。(3)煅烧黄铁矿制得的炉气需进行净化处理,主要是避免催化剂中毒、防止腐蚀设备等。(4)在硫酸的工业生产中,要综合考虑原料来源、动力、设备、环境污染等因素,控制适宜的反应条件,以取得最佳经济效益。【高考模拟精练】1.(2016·唐山模拟)火山喷发所产生的硫黄可用于生产重要的化工原料——硫酸。某企业用下图所示的工艺流程生产硫酸:请回答下列问题:(1)①为使硫黄充分燃烧,经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%。为提高SO2转化率,经流量计2的氧气量为转化器中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍,则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为__________。b管排出的尾气的处理方法是_____________________________________________________。②与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是________(填字母序号)。A.耗氧量减少B.二氧化硫的转化率提高C.产生的废气减少D.不需要使用催化剂(2)硫酸的用途非常广泛，其可应用于下列________方面(填字母序号)。A.橡胶的硫化B.表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成C.铅蓄电池的生产D.过磷酸钙的制备(3)矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时SO2的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式：_______________________________________________________________________________。【解析】(1)①燃烧室中的反应为S+O2SO2，假设SO2的体积为x，则流量计1中通入氧气的体积为1.5x，转化器中的反应为2SO2+O22SO3，则流量计2中通入氧气的体积为1.25x；故流经流量计1和流量计2的空气体积比应为6∶5；SO2为酸性氧化物，可以用碱液(如氨水)吸收；点燃====△催化剂②硫铁矿中铁的氧化需要消耗O2,A项正确;原料选择与SO2的转化率无关,B项错误;用硫铁矿为原料产生的废渣较多,但废气量相同,C项错误;用SO2制取SO3的过程中都需要使用催化剂,D项错误。(2)橡胶硫化所用到的为单质硫,A项错误;烷基苯磺酸钠中含有磺酸基,制取过程中需要发生磺化反应,B项正确;铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅,C项正确;过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石,D项正确。(3)CaCO3高温分解生成CO2和CaO,SO2为酸性氧化物,可以和碱性氧化物CaO反应生成CaSO3,而CaSO3易被氧化为CaSO4。答案:(1)①6∶5用氨水吸收②A(2)B、C、D(3)CaCO3CaO+CO2↑,SO2+CaO====CaSO3,2CaSO3+O2====2CaSO4△====2.(2016·湛江模拟)硫酸工业污染物排放标准中二氧化硫在尾气中的含量不得超过0.05mg·m-3,可见硫酸工业生产既要考虑经济效益,也要考虑社会效益。(1)在用黄铁矿生产硫酸的过程中,与之无关的设备是________。a.吸收塔b.接触室c.沸腾炉d.氧化炉(2)为了提高SO2转化为SO3的质量分数,工业上常使用适当过量的空气,这样从接触室导出的气体的成分是________。(3)在硫酸工业中,常用浓硫酸而不用水吸收SO3是因为___________________________________________________________________________________________;为了消除硫酸厂尾气排放对环境污染,常用氨水吸收SO2,化学方程式为_____________________________________________________________________________。(4)催化氧化的原料气成分(体积分数)为SO28%,O211%,N281%。压强及温度对SO2转化率的影响如下:工业上,二氧化硫催化氧化过程采用的是常压而不是高压,主要原因是_____________________________。分析上表数据可知,二氧化硫的催化氧化是放热反应,理由是____________________________________。(5)接触法制硫酸的过程中,已知进入接触室的气体体积组成是:SO2占8%、N2占81%、O2占11%,在一定温度下,反应达到平衡后总体积变为原来的96.5%,则SO2转化为SO3的百分率为________。【解析】(1)工业制硫酸的过程是黄铁矿石在沸腾炉中燃烧生成二氧化硫,二氧化硫在接触室中氧化为三氧化硫,三氧化硫在吸收塔中被浓硫酸吸收生成硫酸,所用设备中没有氧化炉。(2)二氧化硫被空气氧化为三氧化硫是可逆反应,反应过程中使用的是空气,因此从接触室中导出的气体是SO3、O2、SO2、N2的混合气体。(3)SO3与水反应为放热反应,直接用水吸收SO3,会形成酸雾,吸收速率慢,吸收不充分,因此用浓硫酸吸收SO3。(4)观察表中数据,在温度400℃,常压下(0.1MPa),SO2的转化率已经达到99.2%,增大压强,虽然可提高SO2的转化率,但增大程度很有限,而增大压强会增加动力成本和设备成本,因此二氧化硫催化氧化过程采用常压进行。(5)假定反应前气体的体积为100,则SO2的体积为8、N2的体积为81、O2的体积为11,经过催化氧化反应掉氧气的体积为x,由反应2SO2+O22SO3,知反应平衡后混合气体的体积为8-2x+11-x+2x+81=96.5,解得x=3.5。SO2转化为SO3的百分率为×100%=87.5%。催化剂78答案:(1)d(2)SO3、O2、SO2、N2(3)用水吸收易形成酸雾,阻碍SO3再吸收SO2+2NH3+H2O====(NH4)2SO3(4)常压时SO2的转化率已经很大,增大压强会增加动力成本和设备成本压强一定时,温度升高,SO2转化率下降(5)87.5%【加固训练】1.硫酸制造业中采取以下几种措施:①改进煅烧黄铁矿的技术②氧化二氧化硫时使用催化剂③在氧化二氧化硫的设备中安装热交换器④将二氧化硫进行多次循环氧化⑤回收利用尾气中的二氧化硫。其中能减少酸雨产生的措施是()A.①②④⑤B.②③④⑤C.①②③④⑤D.④⑤【解析】选D。要减少酸雨就必须控制SO2的排放量,改进煅烧黄铁矿的技术,只能使燃烧充分,不能使SO2的量减少,①错;使用催化剂只能加快反应速率,不会使SO2的量减少,②错;在氧化二氧化硫的设备中安装热交换器,只能使热量充分利用,也不能减少SO2的排放量,③错。2.在硫酸的工业制法中,下列生产操作与解释该生产操作的主要原因二者都正确的是()A.黄铁矿燃烧前要粉碎,因为大块的黄铁矿不能燃烧B.SO3用98%的浓硫酸吸收,目的是防止形成酸雾,以便SO3吸收完全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.从沸腾炉出来的炉气需净化,因为炉气中SO2会与杂质反应【解析】选B。本题考查化工生产中的技术处理问题。可从化学反应速率、化学平衡移动及实际生产三个方面考虑各种操作条件的原因。矿石粉碎是为了提高反应速率,并不是因为大块的黄铁矿不能燃烧;用浓硫酸吸收SO3是为了防止水与其形成酸雾;使用催化剂可以提高反应速率,但不能提高SO2的转化率;从沸腾炉出来的炉气需净化,因为炉气中的杂质会导致催化剂中毒。3.工业上制硫酸的设备分为三大部分,一是沸腾炉、二是接触室、三是吸收塔。在沸腾炉内煅烧黄铁矿生成二氧化硫;在接触室内有催化剂存在下,二氧化硫进一步与氧气结合,生成三氧化硫;三氧化硫流经吸收塔时,采用98%的浓硫酸吸收,使三氧化硫最终与水化合形成硫酸。下面的装置是仿照工业上制备硫酸的工艺流程设计出来的,用于探究工业上为何采用98%的浓硫酸吸收三氧化硫。请回答下列问题:(1)写出沸腾炉内煅烧黄铁矿的反应方程式:___________________________________________________。(2)上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸设备中的__________、__________。(3)丙中的现象为____________________,丁中的现象为_______________________。(4)下表是压强和温度对SO2平衡转化率的影响:对SO2转化为SO3的反应,增大压强可使转化率________,通常采用常压操作的原因是____________________________________________________________________。【解析】硫酸的工业生产分为三大步，其中第一步为制气：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2；乙、丙分别相当于接触室、吸收塔；丙中无酸雾，丁中有酸雾；增大压强，SO2转化率增大，但是因为常压下SO2的转化率已很大，增大压强会增大成本和能量消耗，得不偿失，所以采用常压操作。高温====答案：(1)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2(2)接触室吸收塔(3)无酸雾有酸雾(4)增大常压下SO2的转化率已很大，增大压强会增大成本和能量消耗，得不偿失高温====2.(2016·鞍山模拟)目前，我国采用“接触法”制硫酸，设备如图所示：(1)图中设备A的名称是__________,该设备中主要反应的化学方程式为________________________________。(2)有关接触法制硫酸的下列说法中,不正确的是____。A.二氧化硫的接触氧化在接触室中发生B.吸收塔用浓度为98%浓硫酸吸收三氧化硫C.煅烧含硫48%的黄铁矿时,若FeS2损失了2%,则S损失2%D.B装置中反应的条件之一为较高温度,采用该温度是为了提高SO2的转化率E.硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量(3)科研工作者开发了制备SO2再用电化学原理生产硫酸的方法,装置如图。为了稳定技术生产,硫酸的浓度应维持不变,则通入的SO2和水的质量比为__________。【解析】(1)“接触法”制硫酸的设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。沸腾炉中发生反应的化学方程式为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，接触室中发生反应的化学方程式为2SO2+O22SO3，吸收塔中的化学方程式为SO3+H2O====H2SO4。高温====△催化剂(2)由于SO3与水反应时易形成酸雾,所以常用98%的浓硫酸