1、1课时训练 1 生产硫酸的基本流程一、依据化学反应原理确定生产过程1.下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是( )A.SO2 催化氧化时使用铁粉作催化剂B.在催化反应室中运用热交换技术可以充分利用能源C.把黄铁矿磨成细粉末,可以提高原料的利用率D.该反应采用 400500 温度主要是因为该温度下催化剂活性最好解析:工业生产硫酸时使用的催化剂是 V2O5,而不是铁粉。答案:A2.下列对硫酸生产中化学反应原理的分析正确的是 ( )A.硫酸生产中涉及的三个化学反应因原料的不同可能全部是氧化还原反应B.硫酸生产中涉及的三个化学反应都是放热反应C.硫酸生产中涉及的三个化学反应都需要使用催化剂D.硫酸生产
2、中涉及的三个化学反应都需要在较高温度条件下进行解析:三个化学反应都是放热反应 ;三个反应中只有 SO2 SO3 需使用催化剂;SO 3 H2SO4 在常温下进行,且是非氧化还原反应。答案:B3.关于工业制硫酸的叙述中,不正确的是( )A.造气阶段排出的炉气必须净化 ,主要目的是防止催化剂中毒B.SO2 被氧化成 SO3 时反应是在催化剂表面进行的2C.黄铁矿粉碎成细小矿粒,燃烧快、反应完全 ,提高了原料的利用率D.SO3 用稀硫酸吸收而不用水吸收,可防止形成酸雾并使 SO3 吸收完全解析:生产中对矿石进行粉碎 ,增大了原料之间的接触面积,增大了反应速率,可提高原料的利用率(转化率);SO 3
3、用 98%的硫酸吸收而不用稀硫酸或水吸收 ,可防止形成酸雾,使 SO3 吸收完全。答案:D二、生产中原料的选择4.工业制硫酸中,进入催化反应室的气体必须预先净化、干燥,其主要原因是( )A.防止催化剂中毒 B.提高反应速率C.提高 SO2 转化率 D.防止环境污染解析:因为炉气中的砷、硒化合物和矿尘使催化剂中毒 ,影响产率,所以必须预先净化、干燥,选项 A正确。答案:A5.有关工业制硫酸,下列说法中不正确的是( )A.硫黄或黄铁矿均可作原料B.SO2 转化为 SO3,需在催化剂和加热条件下进行C.SO3 可用水直接吸收D.热交换装置可使生成的气体冷却 ,并对原料气体加热解析:SO 3 用水吸收
4、易形成酸雾,不利于 SO3 的吸收,工业上常用 98%的硫酸吸收 SO3。答案:C三、生产中反应条件的控制6.在硫酸的工业制法中,下列生产操作与说明生产操作的原因都正确的是( )A.黄铁矿燃烧前需将矿粒粉碎 ,这样易于投料3B.炉气进入催化反应室之前需要净化、干燥,因为炉气中的杂质易与 SO2 反应C.SO2 氧化为 SO3 时需使用催化剂 ,这样可提高 SO2 的转化率D.催化反应室的反应温度控制在 400500 ,因为在这个温度范围内,反应速率和 SO2 的转化率都比较理想,且催化剂的活性也较高解析:题中所提到的对工业制硫酸采取的生产操作都是正确的。但黄铁矿需粉碎的原因是为了增大矿粒与空气
5、的接触面积,使其燃烧得更快、更充分,从而提高黄铁矿的利用率;进入催化反应室前炉气必须净化、干燥,是因为炉气中的一些杂质会使催化剂中毒,使催化剂丧失活性,同时防止炉气中的水蒸气和 SO2 生成酸而腐蚀管道;SO 2 转化为 SO3 时使用催化剂是为了缩短到达平衡的时间 ,但它不能影响化学平衡的移动,不影响 SO2 的转化率大小;催化反应室控制反应的温度在 400500 ,这是综合考虑了催化剂的活性、反应速率及 SO2 的转化率等因素而确定的,故 D 项正确。答案:D7.下列说法中正确的是( )A.合成硫酸的工业尾气可以直接排入大气B.进入催化反应室的气体,必须先经净化、干燥C.造气流程排出的炉渣
6、可以作为肥料D.在高温、高压下由 SO2 和 O2 合成 SO3解析:尾气中含有大量 SO2、SO 3 有害气体,直接排入大气易形成酸雨,故 A 项错误;炉渣可以作炼铁原料及制水泥、制砖原料,不能用作肥料,故 C 项错误;SO 2 与 O2 反应的条件应该是高温、常压,故 D 项错误;为了防止催化剂中毒,进入催化反应室的气体必须先经净化、干燥,故 B 项正确。答案:B8.工业制硫酸采用逆流的主要目的是( )矿石充分燃烧 催化反应室中预热反应气体和冷却生成气体 吸收 SO3 时形成酸雾少提高原料的利用率和产品的产率A. B. C. D.4解析:由于 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H
7、 0,其正反应为放热反应 ,逆流操作后,可使温度下降,提高 SO2 的转化率,同时预热反应物,提高催化剂的催化活性。答案:B9.在硫酸的工业制法中,下列生产操作与生产操作的主要原因两者都正确的是( )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.造气阶段产生的炉气需净化 ,因为炉气中 SO2 会与杂质反应解析:黄铁矿粉碎的目的是使矿石燃烧充分 ,提高原料利用率; 使用催化剂不能使化学平衡移动,不能提高 SO2 的转化率;对造气阶段产生的
8、炉气进行净化的目的是防止杂质使催化剂中毒。答案:B10.以黄铁矿为原料,生产硫酸的流程可简示如下:请回答下列问题:(1)在炉气制造中,生成 SO2 的化学方程式为; (2)炉气精制的作用是将含 SO2 的炉气 、 及干燥 ,如果炉气不经过精制,对 SO2 催化氧化的影响是 ; 5(3)精制炉气(含 SO2 体积分数为 7%、O 2 为 11%、N 2 为 82%)中 SO2 平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示。在实际生产中,SO 2 催化氧化反应的条件选择常压、450 左右(对应图中 A 点), 而没有选择 SO2 转化率更高的 B 点或 C 点对应的反应条件,其原因分别是 ; (4)在
9、SO2 催化氧化设备中设置热交换器的目的是 、 , 从而充分利用能源。解析:(2)煅烧黄铁矿制得的炉气中含有矿尘、砷和硒等的化合物、水蒸气;应对炉气进行除尘、水洗和干燥,避免催化剂中毒。6(3)从图可知,在低温下进行时 SO2 的平衡转化率较高,但低温时催化剂的活性不高 ,反应速率慢,实际生产中采用 400500 的温度。由图可知,在高压下进行时 SO2 的平衡转化率较高,但增大压强时 SO2 的转化率提高不大,且加压会增大成本和能量消耗,而常压下的转化率已很高,故实际生产中采用常压操作。(4)SO2 和 O2 的反应为放热反应,而经净化后的炉气需要加热,故可通过热交换器,对冷的SO2、O 2
10、 加热,达到充分利用能源的目的。答案:(1)4FeS 2+11O2 2Fe2O3+8SO2(2)除尘 水洗 矿尘、砷、硒等化合物会使催化剂中毒, 水蒸气对设备和生产有不良影响(3)不选 B 点,因为压强越大对设备的投资越大,消耗的能量越大;450 时,SO 2 原料的转化率在0.1 MPa 下的转化率已达到 97%左右,再提高压强,SO 2 的转化率提高得很小,所以采用 0.1 MPa不选 C 点,因为温度越低,SO 2 的转化率虽然更高,但催化剂的催化作用会受影响,450 时,催化剂的催化效率最高。故选择 A 点,不选 C 点(4)利用反应放出的热量预热原料气体上层反应气体经热交换器温度降到
11、 400500 进入下层使反应更加完全(建议用时:30 分钟 )1.以下有关工业生产硫酸的论述错误的是( )A.为提高反应速率和原料利用率 ,黄铁矿要在“沸腾”状态下燃烧B.为防止催化剂中毒,气体在进入催化反应室前要先净化C.催化反应室中热交换装置的主要作用是预热未反应的气体和冷却反应后的气体D.吸收塔中 SO3 从下而上,水从上而喷下,剩余气体从上部排出答案:D72.工业生产硫酸时,造气阶段产生的炉气必须经过净化处理,其正确过程是( )A.洗涤、干燥、除尘 B.干燥、除尘、洗涤C.除尘、洗涤、干燥 D.除去硒和砷的化合物解析:通入催化反应室的气体必须先净化 ,因为炉气中含二氧化硫、氧气、氮气
12、、水蒸气以及砷、硒化合物、矿尘等。砷、硒化合物和矿尘会使催化剂中毒,水蒸气对生产设备有不良影响。因此炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。干燥在净化过程中一般放在最后,故 C 正确。答案:C3.在工业制硫酸的过程中有以下反应:2SO 2(g)+O2(g) 2SO3(g) H 0,下列说法中错误的是( )A.生产中通入过量的空气,可以提高二氧化硫的转化率B.生产中选择 400500 ,不仅能加快反应速率 ,而且催化剂的活性好C.根据实际情况在生产中选择常压,可以提高综合经济效益D.在催化反应室被氧化生成的三氧化硫 ,进入吸收塔被水吸收制成硫酸解析:用水吸收三氧化硫容易形成酸雾 ,应用 98%的
13、硫酸吸收三氧化硫。答案:D4.用浓硫酸吸收 SO3 可得到 H2SO41.5SO3,若用 1 kg 98%的硫酸充分吸收 SO3 后,再进行稀释,可得98%的硫酸( )A.2.78 kg B.2.6 kg C.2.42 kg D.2.22 kg解析:此题注意吸收剂为 98%的硫酸而非纯硫酸,且水吸收 SO3 后产物还能吸收 SO3,只有这样全面考虑,方可正确作答。如无 B 的干扰 ,可直接选大于 2.5 kg 的 A 项。此题可以硫守恒为依据推导,即m(98% H2SO4)=,解得 m(98%H2SO4)2.78 kg。8答案:A5.有关二氧化硫的叙述正确的是( )A.二氧化硫不能使溴水、高锰
14、酸钾溶液迅速褪色B.硫酸工业中造气阶段的炉气中含 SO2C.实验室可用启普发生器制取二氧化硫D.用澄清石灰水很容易区分二氧化碳和二氧化硫解析:SO 2 具有还原性 ,能使溴水、高锰酸钾溶液褪色 ,故 A 错。启普发生器的适用范围是块状固体与液体不加热制气,而制备 SO2 用的 Na2SO3 为粉末,故不能用启普发生器制取,故 C 错。SO 2、CO 2 都能使澄清石灰水变浑浊,故 D 错。造气阶段发生 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 或 S+O2 SO2 的反应,排出的炉气含 SO2,故 B 正确。答案:B6.硫酸工业生产中,通过下列反应使 SO2 转化为 SO3:2SO2(g)
15、+O2(g) 2SO3(g) H=-196 kJmol-1。已知常压下 SO3 的体积分数为 91%,试回答下列问题:(1)在生产中常用过量的空气是为了 。 (2)加热到 450 是由于: 。 (3)压强应采用 (填 “加压”“常压”或“减压”),原因是 9。 (4)尾气中的 SO2 常用氨水等碱溶液吸收 ,因为。 解析:工业生产中常增加某一廉价反应物的浓度 ,以提高另一反应物的转化率。硫酸工业生产中通入过量空气是为了使平衡向正反应方向移动,提高 SO2 的转化率,使成本较高的 SO2 得到较充分地利用。温度的选择不仅要从反应的限度考虑,更要考虑反应的速率和催化剂的活性。450 时催化剂的活性
16、较高,选择此温度可提高反应速率,缩短反应达到平衡所需的时间,提高单位时间的产量。压强的选择主要考虑平衡的移动、设备及动力系统等方面的因素。虽然增大压强可提高该反应中 SO2 的转化率 ,但在常压下 SO3 的体积分数已达 91%,而增大压强对设备、动力系统要求高。成本增大,不合算,故工业生产中采用常压。答案:(1)使平衡向正反应方向移动,提高 SO2 的转化率,使成本较高的 SO2 得到较充分地利用(2)450 时,催化剂的活性较高,选择此温度可提高反应速率 ,缩短反应达到平衡所需的时间,提高单位时间的产量(3)常压 常压下 SO3 的体积分数已达 91%,而增大压强对设备、动力系统要求高,成
17、本增大,综合经济效益降低(4)NH3+H2O+SO2 NH4HSO3,即氨水吸收 SO2 生成 NH4HSO3,避免污染环境7.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%的硫酸吸收三氧化硫。请回答下列问题:10(1)写出煅烧黄铁矿的化学方程式: 。 (2)甲和乙相当于工业上制取硫酸装置中的 。 (3)写出在催化剂表面所发生反应的化学方程式: ,在实验过程中不能持续加热的理由是 。 (4)在乙反应器内要求氧气的量要比二氧化硫的量多一倍左右,你是如何控制和估计的?。 (5)若丁装置在反应过程中先出现气泡,不久就出现了雾,而丙装置一直都没有任何现象 ,产生这种
18、现象的原因可能是 。 A.浓硫酸对三氧化硫的吸收效率远高于水 ,三氧化硫被浓硫酸充分吸收B.三氧化硫的通气速率太快,三氧化硫未被水和浓硫酸充分吸收C.丙中的导气管插得太深,导致两个吸收瓶内的气压差较大D.丁中的导气管插得太浅,三氧化硫气体从水中逸出 ,与水蒸气化合形成酸雾解析:装置甲有多个作用:一是通过观察气泡产生的速率调节通入二氧化硫、氧气的比例 ;二是使两种原料气体充分混合;三是起到干燥的作用。答案:(1)4FeS 2+11O2 2Fe2O3+8SO2(2)催化反应室(3)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 防止温度过高,而降低 SO2 的转化率及催化剂活性(4)可以通过调节气阀,控制气体流量,通过观察甲装置中气泡产生的速率进行估算(5)AC11
