高中化学58个考点20硫酸工业 环境保护.docx

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高中化学58个考点20硫酸工业环境保护

20、硫酸工业环境保护

复习重点

1．接触法制硫酸的生产过程和化学原理。

2．保护环境

例题精讲

例1．在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫：

2SO2（g）+O2（g）≒  2 SO3（g）；ΔH=-196.6KJ/mol

（1）该反应在__________（设备）中进行，这种生产硫酸的方法叫做________。

（2）在实际生产中，操作温度选定400∽500℃，这是因为______________。

（3）硫酸工业选定压强通常采用_____________，作出这种选择的依据是______________________________。

【解析】

（1）接触室；接触法。

（2）温度较低时，反应速率较小；温度过高，二氧化硫的转化率会降低。

考虑到催化剂在400～500℃时，活性最大，所以操作温度选定在400～500℃。

（3）常压；在常压下及400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，若加压会增加设备、投资和能量消耗。

评注本题主要考查应用化学反应速率和化学平衡原理解决实际工业生产问题的能力。

例2．接触法制硫酸的炉气组成是SO2占7%，O2占11%，N2占82%，现有100L混合气体进入接触室反应后，总体积变为97.2L。

则该变化过程中SO2转化率是

（A）50%（B）60%（C）70%（D）80%

【解析】解法一：

设参加反应的二氧化硫体积为2x

2SO2+ O2  ≒  2 SO3N2体积（L）总体积（L）

开始时体积（L）711082100

反应后体积（L）7-2x11-x2x82100-x

根据题意100-x=97.2x=2.8L

二氧化硫的转化率为5.6L÷7L×100%=80%，答案为D。

解法二：

设参加反应的二氧化硫体积为2x

2SO2+ O2  ≒  2 SO3体积差（L）

2L1L2L1L

2X100L-97.2L=2.8LX=2.8L

二氧化硫的转化率为5.6L÷7L×100%=80%，答案为D。

例3．在下面的框图中，固体A和B都由两种相同的元素组成。

在A、B中两种元素的原子个数比分别为1/1和1/2。

由D最终可制得E（酸）。

（1）分析判断A和B各是什么物质，写出各自的化学式。

（2）写出①～⑦各步反应的化学方程式。

【解析】本题属于综合推断题。

主要考查学生对元素化合物知识掌握的熟练程度及分析、推断能力。

分析判断A和B的方法有很多。

方法一：

根据“固体A和B都由两种相同的元素组成。

在A、B中两种元素的原子个数比分别为1：

1和1：

2，可从中学所学的组成关系类似的物质中寻找，以缩小范围。

A、B可能是FeS和FeS2。

方法二：

根据“A和B煅烧时都生成C（固体）和D（气体）”可知，在学过的物质中只有FeS和FeS2为满足这一条件的化合物。

方法三：

从淡黄色沉淀和红褐色沉淀突破：

两化合物中含有共同的元素应是硫和铁，不难知道A、B分别是FeS和FeS2。

【答案】

（1）A、B分别是FeS和FeS2。

（2）①:

4FeS2+11O2=== 2Fe2O3+8SO2或4FeS+7O2=== 2Fe2O3+4SO2（高温）②：

2SO2+O2+2H2O=2H2SO4③：

FeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑

④：

SO2+2H2S=3S↓+2H2O⑤：

6FeSO4+3Br2=2Fe2（SO4）3+2FeBr3

⑥：

Fe2（SO4）3+6KOH=2Fe（OH）3↓+3K2SO4或FeBr3+3KOH=Fe（OH）3↓+3KBr⑦：

2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O

例4．将SO2和O2以体积比为1：

3混合后，通入接触室发生反应2SO2（g）+O2（g）≒  2 SO3（g），达平衡时，在同温、同压下测得反应前与反应后混合气体的密度之比为71：

80。

求SO2的转化率？

并回答SO2接触氧化为SO3时不采取加压措施的原因。

【解析】这是一道关于化学平衡和转化率的综合计算题。

根据相同条件下气体的密度之比等于同体积气体的质量之比，且反应前后质量守恒，可得出气体的密度之比等于气体体积的反比。

设反应前混合气体中SO2的体积为1L，O2应为3L达平衡时SO2的转化的体积为x。

2SO2（g）+O2（g）≒  2 SO3（g）总体积

V/L（起始）1304L

V/L（转化）2xx2x

V/L（平衡）1-2x3-x2x4-x

根据气体的密度之比等于气体体积的反比，可得：

71：

80=（4-x）：

4x=0.45L，则转化的二氧化硫为0.9L，

二氧化硫的转化率为：

0.9L÷1L×100%=90%

在工业上不加压，SO2的转化率就达90%以上，已经很高，若再加压SO2的转化率提高不大，但对设备的要求要提高许多，故没有必要再加压。

。

例5．为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上通过生石灰和含硫的煤混合使用可以“固硫”（避免硫化合物进入大气），最后生成石膏。

试回答：

（1）整个“固硫”反应所涉及的反应类型包括：

①化合②分解③置换④复分解⑤氧化还原反应⑥非氧化还原反应⑦离子反应⑧非离子反应（分子反应）。

其中正确的是

　A．①⑤⑥⑦　　B．①②③⑤⑧　C．①⑤⑥⑧　　　D．②④⑤⑦

（2）第一步“固硫”反应的化学方程式中所需气态物质的化学计量数之和为　　

A．1　　　B．2　　　　C．3　　　　　　D．4

（3）比较此法与“石灰石粉末与含硫煤混合”法哪个更好些?

为什么?

（4）你认为减少酸雨产生可采取的措施是

①少用煤作燃料②把工厂的烟囱造高③先将燃料煤脱硫④在土壤中加石灰防止酸化⑤开发新能源,避免含S、N的氧化物大量排放

A．①②③B．②③④⑤　C．①③⑤　　　D．①③④⑤

【解析】

（1）在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反应是CaO+SO2=CaSO3、2CaSO3+O2=2CaSO4,可见所涉及到的反应类型有化合、氧化还原反应、非氧化还原反应和非离子反应。

（2）易错选B。

主要是不清楚哪一个反应是第一步“固硫”反应。

（3）有的学生误答“石灰石粉末与含硫煤混合”法更好。

忽略了石灰石分解为CaO需消耗很高能量，浪费煤，使生产成本提高。

（4）易错选A、B或D。

错误的原因是不能正确应用已有知识全面分析具体问题。

把烟囱造高不能减少SO2的排放量；在土壤中施放石灰虽可中和酸雨造成的酸性，但由于生成CaSO4,长期使用会使土壤板结，影响土质。

【答案】⑴C；⑵A；⑶在含硫煤中加入生石灰的方法更好，因为此法节约煤，成本低；⑷C

例6．某硫酸厂初步处理后的尾气中含0.2%的SO2和10%的O2（均为体积分数）。

为了进一步除去SO2,并将SO2转变为（NH4）2SO4,有人设计了如下方案:

在400℃时,尾气以5m3/h的速率通过V2O5的催化剂层后，与20L/h速率的氨气混合喷水。

此时气体温度由400℃降至200℃，在热的结晶装置中得到（NH4）2SO4晶体（气体的体积已转为标准状况）。

请回答下列问题：

（1）按反应中的理论值，SO2和O2的体积比为2:

1，但实际生产中这个比值是多少？

为什么？

（2）通过计算说明为什么尾气以5m3/h的速率与20L/h速率的氨气混合？

（3）若该厂每天排放10000m3尾气，求该厂每月（按30天计算）可得到（NH4）2SO4的质量为多少？

【解析】

（1）根据2SO2+O2≒  2 SO3，SO2和O2按2：

1（体积比）的理论值反应，但实际上v（SO2）:

v（O2）=0.2%:

10%=1:

50。

根据化学平衡移动原理，增大廉价的氧气的浓度，

可使反应：

2SO2（g）+O2（g）≒  2 SO3（g）向生成三氧化硫方向移动，这样可以增大较贵重的二氧化硫的转化率。

（2）2NH3～SO2

21

V（NH3）5×103×0.2%L/hv（NH3）=20L/h

（3）根据2SO2+O2≒  2 SO3，以及SO3+H2O+2NH3=（NH4）2SO4

得关系式：

SO2～2NH3～（NH4）2SO4

22.4L132g

107L×0.2%×30m[（NH4）2SO4]

m[（NH4）2SO4]=3.54×106g=3.54t

例7．含FeS265%的硫铁矿在煅烧时有1.8%的硫损失而混入炉渣，二氧化硫转化为三氧化硫的利用率为99%。

由这种硫铁矿制2t98%的硫酸，需硫铁矿多少吨？

【解析】通过本题的计算进一步掌握物质纯度，转化率、产率的计算关系式，并在多步反应中找出量的相当式进行简捷的计算。

题中65%为硫铁矿的纯度，有1.8%的硫损失也即是1.8%的FeS2损失，二氧化硫的利用率（转化率）也即是FeS2的利用率。

设需这种硫铁矿的质量为x。

解法一：

FeS22H2SO4

1202×98

x×65%（1-1.8%）×99%2t×98%x=189.9t

解法二：

SH2SO4

3298

64/120x×65%×（1-1.8%）×99%2t×98%x=189.9t

评注：

确定关系式的关键是根据硫元素守恒。

要注意运用某一种化合物中元素的损失率=该化合物的损失率。

另外，耗损和利用率、产率和纯度的关系要处理正确。

关系式多用于工业生产中的计算题。

例8．某设计院承担某硫酸厂的设计任务，该厂要求：

①为了控制污染和提高生产效率，不再使用黄铁矿，改用固体硫为原料。

②改二次送风（鼓入空气）为一次送风，即送风后使硫充分燃烧，并在下一步催化氧化时不再补充空气。

③每天生产50t98%的硫酸。

④送风机每天输送空气的体积为5000m3/台（标准状况）。

（1）每天消耗含95%的固体硫多少吨？

（2）理论上应安装多少台送风机？

（3）固体硫充分燃烧后的混合气体中氧气的体积分数ф（O2）的下限为多少？

（4）实际安装送风机的台数应略多于理论数（不考虑损坏），为什么？

能否过分增加送风机的台数，为什么？

（转化过程不考虑损耗；固体硫中杂质与空气不反应；空气中氧气的体积分数为21%）。

【解析】

（1）设需固体硫的质量为x。

由关系式法：

S——————H2SO4

3298

x×95%50t×98%得x=16.8t

（2）由反应原理：

S+O2=SO2,SO2+1/2O2≒   SO3，SO3+H2O=H2SO4，可得总反应式：

S+3/2O2+H2O=H2SO4,n（O2）=n（H2SO4）×3/2=50×106g×98%÷98g·mol-1×3/2=7.5×105mol。

故理论上需安装送风机的台数为：

（7.5×105mol×22.4L·mol-1）×10-3m3·L-1÷（5000m3/台×21%）=16台。

（3）硫充分燃烧后，混合气体中氧气的体积至少要保证反应SO2+1/2O2≒   SO3所需的氧气。

设S燃烧生成的二氧化硫为1体积，则需消耗氧气1体积；催化氧化为三氧化硫需氧气0.5体积；空气带入的氮气为1.5体积×79/21=5.64体积，故混合气体中ф（O2）=（0.5/0.5+1+5.64）×100%=7%（下限）

（4）实际安装送风机台数略多于理论数的原因是：

增大空气（氧气）的量，有利于平衡2SO2+O2≒  2 SO3向右移动，从而提高二氧化硫的转化率。

但过分增加空气的量，会带走热交换器的热量，降低反应的速率，不利于工业生产。

评注：

本题涉及到化工生产的反应原理、条件控制及计算，具有一定的开放性和研究性，代表了新教材的新理念。

例9．“绿色化学”要求从技术上、经济上设计可行的化学反应，使其尽可能减少对环境的负作用。

下列化学反应中，不符合绿色化学概念的是

A．用氨水吸收硫酸厂的尾气：

SO2+2NH3+H2O=（NH4）2SO3

B．除去硝酸工业尾气中的氮氧化合物：

NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O

C.制硫酸铜：

Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O

D．制硫酸铜：

2Cu+O2=2CuOCuO+H2SO4（稀）=CuSO4+H2O

【解析】绿色化学是人类与自然和谐发展的化学，是21世纪化学发展的目标和方向。

绿色化学要求我们尽可能研究和寻找能充分利用的无毒害原料，最大限度地节约能源，在工业生产各个环节都争取做到净化和无污染。

它要求我们在化工生产中充分考虑催化剂和载体的重复使用，全面回收未反应的原料、助溶剂、稳定剂等物质，拒绝使用无法替代、无法回收、无法再生或不能重复使用的有明显污染的物质，努力做到没有“三废”的排放。

在选项A、B、D中，每一种物质都得到了充分的利用，而且均没有污染产生，但在选项C中，2mol硫酸只能生成1mol硫酸铜，同时还放出了有毒的二氧化硫气体，所以选项C不符合绿色化学的概念。

答案：

C。

例10．随着社会的进步和人民生活水平的提高，环境问题越来越受到人们的关注。

下列名词中与环境问题无关的是

①温室效应②赤潮③酸雨④光化学烟雾⑤臭氧空洞⑥潮汐⑦大脖子病⑧富营养化⑨白色污染

A．②⑥⑦B．⑥C．①③⑤D．⑥⑦⑧

【解析】凡是在环境中产生的能影响人类生活和生产，甚至影响人类生存的种种问题都属于环境问题。

环境问题中有一部分是自然原因造成的，但更多的是人为因素造成的，如滥采滥用自然资源，任意排放有害物质或不正确地使用化肥、农药，城市人口迅速膨胀而造成的垃圾、污水、噪音、汽车尾气、大型工程建设不当等。

例11．已知氢氧化钙在水中存在下列溶解平衡：

Ca（OH）2（s）≒Ca2++2OH-。

在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有二氧化硫、氧气、氮气、二氧化碳等。

为了除去有害气体二氧化硫并变废为宝，常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气，反应产物为石膏[CaSO4·2H2O]。

（1）写出上述两个反应的化学方程式：

①_____________；②_________________。

（2）试说明用熟石灰的悬浊液，而不用澄清石灰水洗涤废气的理由：

________。

（3）在英国进行的一个研究结果表明：

高烟囱可以有效地降低地表面二氧化硫的浓度。

在二十世纪六七十年代的10年间，由发电厂排放出的二氧化硫增加了35%，但由于建造高烟囱的结果使地面二氧化硫的浓度降低了30%之多。

请从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取？

答____________________。

【解析】

（1）①2SO2+O2+2CaCO3=2CaSO4+2CO2或2SO2+O2+2CaCO3+4H2O=2[CaSO4·2H2O]+2CO2

12SO2+O2+2Ca（OH）2=2CaSO4+2H2O或2SO2+O2+2Ca（OH）2+2H2O=2[CaSO4·2H2O]

（2）氢氧化钙微溶于水，澄清的石灰水中氢氧化钙的浓度小，不利于二氧化硫的吸收。

（3）不可取，因为二氧化硫的排放总量没有减少，进一步形成酸雨仍会造成对全球环境的危害。

评注：

工业上处理尾气二氧化硫的方法有多种，在学习这一知识时要注意不要思维定势，要学会多向思考，从二氧化硫是酸性氧化物、具有氧化性和还原性等角度去理解。

实战演练

硫酸工业

1.下列四种溶液中，一定存在SO

的是

A.向甲溶液中加入BaCl2溶液，产生白色沉淀

B.向乙溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀，再加入盐酸沉淀不溶解

C.向丙溶液中加入盐酸使之酸化，再加入BaCl2溶液，有白色沉淀产生

D.向丁溶液中加入硝酸酸化，再加入硝酸钡溶液，有白色沉淀产生

2.已知98%的浓H2SO4的浓度为18.4mol/L，则49%的硫酸溶液的浓度为

A.9.2mol/LB.大于9.2mol/LC.小于9.2mol/LD.不能确定

3.向50mL18mol/L硫酸中加入足量的铜片并加热，被还原的硫酸的物质的量（n）为

A.n=0.9molB.0.45mol＜n＜0.9molC.n=0.45molD.n＜0.45mol

4.在200mL0.5mol·L－1NaOH溶液中，加入一定量SO3，在一定条件下蒸发所得溶液，析出的固体物质只有5.0g，该固体物质的成分可能是（固体物质均不含结晶水）

A.Na2SO4B.NaHSO4C.NaOH和Na2SO4D.Na2SO4和NaHSO4

5.利用废铜屑制取CuSO4溶液最好的方法是

A.铜屑和浓硫酸混合加热B.铜屑在空气中燃烧后再溶于稀H2SO4

C.铜屑与稀硫酸混合加热D.铜屑在空气中灼烧后再溶于浓H2SO4

6.各取pH=2的H2SO4和H2SO3溶液350mL，分别稀释5倍后，再分别加入0.1gZn，在相同条件下让它们充分反应，则

A.两者放出H2体积一样B.H2SO4放出的H2比H2SO3放出的H2体积小

C.H2SO4放出的H2比H2SO3放出的H2体积大D.H2SO4的反应速率比H2SO3的反应速率快

7.某温度下CuSO4的溶解度为25g，若温度不变，将32g无水CuSO4粉末撒入mg水中，形成饱和溶液并有CuSO4·5H2O晶体析出时，m的取值范围是

A.18g≤m≤128gB.36g＜m＜180gC.18g＜m＜128gD.36g≤m≤180g

8.将三氧化硫溶解在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。

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。

用去此标准溶液20mL，恰好中和，则试样中SO3的质量分数为

A.15%B.17%C.34%D.60%

9.在硫酸的工业生产中，下列生产操作及对生产操作主要原因的说明二者都正确的是

A.从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应

B.硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的不能燃烧

C.SO3用98.3%的浓H2SO4吸收，目的是防止形成酸雾，以使SO3吸收完全

D.SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率

10.下列各组气体中，在实验室可用硫酸制取，又能用浓H2SO4干燥的一组是

A.HCl、HBr、H2B.H2S、CO2、H2

C.H2、SO2、HClD.NH3、HF、H2

二、非选择题（共50分）

11.（10分）浓硫酸与木炭粉在加热条件下的化学方程式为。

（2）试用下图所列各装置设计一个实验，验证上述反应所产生的各种产物。

这些装置的连接顺序（按产物气流从左到右的方向）是（填装置的编号）：

→→

→。

（3）实验时可观察到装置①中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色。

A瓶溶液的作用是，B瓶溶液的作用是，C瓶溶液的作用是。

（4）装置②中所加的固体药品是，可确证的产物是，确定装置②在整套装置中位置的理由是。

（5）装置③中所盛溶液是，可验证的产物是。

12.（10分）某无色溶液可能含有下列钠盐中的几种：

A.氯化钠B.硫化钠C.亚硫酸钠D.硫代硫酸钠E.硫酸钠F.碳酸钠。

向此溶液中加入适量稀硫酸，有浅黄色的沉淀析出，同时有气体产生。

此气体有臭鸡蛋气味，可使澄清的石灰水变浑浊，不能使品红

试液褪色。

根据上述实验现象回答下列问题。

（1）不能使品红试液褪色，说明该气体中不含（填写分子式）。

（2）此无色溶液中至少存在哪几种钠盐?

请写出全部可能的情况（填写相应的字母）。

第一种情况是，第二种情况是，

第三种情况是，第四种情况是。

（可不填满，也可补充）

13.（10分）A～F均为中学化学中常见的物质，它们之间相互转化的关系如下图所示（反应生成的水已略去）：

（1）写出下列物质的化学式：

A，D，F。

（2）单质C与D的浓溶液反应时，若转移0.1mol电子，则生成E物质多少克？

14.（10分）在两个质量相等的烧杯中，均盛有100mL1mol·L－1的稀硫酸，分别向两烧杯中加入AgNaHCO3和BgKHCO3固体，反应完全后，两烧杯中所剩物质的总质量相等。

（1）当两种盐均不足时，A∶B的值为多少?

（2）当硫酸不足量时，试求A∶B的值，并求出A和B的取值范围。

15.（10分）硫铁矿高温下空气氧化产生二氧化硫：

4FeS2＋11O2

8SO2＋2Fe2O3

设空气中N2、O2的含量分别为0.800和0.200（体积分数，以下气体含量均用体积分数表示），试完成下列各题：

（1）1.00molFeS2完全氧化，需要空气的体积（标准状况）为L。

（2）55L空气和足量FeS2完全反应后，气体体积（同温同压）变为L。

（3）用空气氧化FeS2产生的气体混合物中，O2的含量为0.0800,计算SO2的含量。

（4）设FeS2氧化产生的气体混合物为100L，其中O2为aL,SO2为bL。

①写出a和b的关系式。

②在下图中画出a和b的关系曲线（FeS2氧化时，空气过量20%）。

说明：

为方便作图，纵坐标用13b表示。

附参考答案

一、1.C2.C3.D

4.解析：

n（NaOH）=0.5mol·L－1×0.2L=0.1mol

若全部为NaOH,m=4g，若全为Na2SO4:

m=7.1g，若全为NaHSO4,m=12g。

答案：

C

5.B6.B7.C

8.解析：

n（H2SO4＋SO3）＝

n（NaOH）=0.125mol·L－1×0.02L×

=0.00125mol。

设其中含SO3xmol，则有：

80g·mol－1×xmol+98g·mol－1×（0.00125－x）mol=0.1185g

x=

molm（SO3）＝

mol×80g·mol－1=0.0178g，质量分数：

×100%=15%。

答案：

A

9.C10.C

二、11.

（1）C+2H2SO4（浓）

2SO2↑+CO2↑+2H2O

（2）④→②→①→③

（3）验证产物气流中有SO2将SO2全部氧化吸收确证产物中SO2已被B瓶溶液全部氧化吸收

（4）无水硫酸铜水蒸气由于产物气流通过①、③时会带出水蒸气，所以②必须在①、③之前

（5）澄清石灰水CO2

12.

（1）SO2

（2）ＢCFＢＤF13.

（1）CuSO4H2SO4SO3

2mol∶64g=0.1mol∶mm=3.2g

14.

（1）Ａ／Ｂ＝１47／１25

（2）Ａ＝Ｂ＞20g

15.

（1）308

（2）52

（3）设SO2为x（体积分数），则有4×（

×11+0.0800）=1－0.0800－xx=0.0923

（4）①13b=200－10a

②

环境保护

一、选择题

1．目前排放到空气中的二氧化碳逐年增加，对此科学家最担心的是

A．会使空气中的氧含量下降，不足以供给人类呼吸B．会使地球温度升高，冰川融化，生态失衡

C．会使人体吸进大量二氧化碳，损害健康D．会使石灰岩大量溶解，破坏自然风光

2．科技文献经常出现的下列词汇，其中与相关物质的颜色并无联系的是

A．赤色海潮B．白色污染C．绿色食品D．棕色烟气

3．燃放爆竹对环境的危害是

A．有毒有害气体、粉尘污染B．纸屑污染C．噪声D．前列三项总和

4．某年“世界无烟日”的主题是“清洁空气，拒吸二手烟”。

“二手烟”燃烧产生的烟气中含有三种主要毒素，除烟碱和致癌物焦油外，还有一种不易注意的有毒物质是

A．NOB．SO2C．COD