高中化学沪科技版（2020）必修第二册6.3化工生产精品第1课时当堂检测题

6.3 化工生产-工业制硫酸

知识点01  工业制取硫酸的反应原理和生产过程

原理：H2SO4      SO3        SO2        FeS2

S

1、硫酸生产中的“三”

①三种原料：硫铁矿、硫磺、含硫工业废物

②三个主要生产步骤：造气、接触氧化、三氧化硫吸收

③三个反应：

造气：FeS2（s）＋11/4O2(g) 1/2Fe2O3(s)＋2SO2(g) + Q1  Q1= 853KJ·mol-1

接触氧化： 2SO2（气）+ O2（气）====2SO3（气）+ Q2   Q2= 196.6KJ·mol-1

SO3的吸收：SO3  +  H2O  ==  H2SO4 + Q3  Q3= 130.3KJ ·mol-1

 ④三种主要生产设备：沸腾炉、转化室、吸收塔⑤三个适宜条件：温度、压强、催化剂

沸腾炉               转化室                   吸收塔

【即学即练1】

工业上常用CuFeS2和FeS2(二硫化亚铁)炼铁和制硫酸，反应如下

①2CuFeS2＋7O2CuSO4＋CuO＋Fe2O3＋3SO2

②4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2

已知CuFeS2中Cu为＋1价，S为-2价。下列说法不正确的是

A．反应①②中Fe均被氧化

B．反应①中CuSO4和CuO只是氧化产物

C．反应②中Fe2O3和SO2既是氧化产物又是还原产物

D．反应①②生成等物质的量的SO2时，转移的电子数之比为56∶33

知识点02  硫酸工业中热能的合理利用

化工生产过程中将产生大量的余热，例如在沸腾炉中硫铁矿的燃烧产生大量的余热，因此必须及时将余热导出，一般可以在沸腾炉之外设计废热锅炉回收高温废热，把热交换器和转化器合为一体，将二氧化硫转化为三氧化硫时产生的热量及时导出用来预热进入转化器的原料气，这样既加快了反应的速率，又促使化学平衡向生成三氧化硫的方向移动，如果生产中没有放热过程，必须要使用燃料加热，也要设计出能充分设计出充分燃烧和充分利用热量的工艺和设备。

【即学即练2】工业上生产硫酸时，如果将反应器内的混合气体突然冷却到室温有白色晶体析出，此晶体是

A．二氧化硫 B．三氧化硫 C．硫酸 D．硫磺

知识点03  硫酸工业中的三废处理

⑴     　尾气吸收：尾气中的少量SO2用氨水吸收。

SO2+2NH3 +H2O = (NH4)2SO3

(NH4)2SO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + SO2↑+ H2O SO2可返回车间作生产硫酸的原料, (NH4)2SO4可作氮肥.

⑵     污水处理 硫酸工业中的污水,含有硫酸等杂质,用石灰乳中和除去 Ca (OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O 制石膏

⑶     废渣处理 黄铁矿矿渣可用来制造水泥、砖和炼铁等。

【即学即练3】下列废物处理方法中正确的是

A．化学实验中产生的二氧化硫废气可用浓硫酸吸收

B．硫酸工业中产生的二氧化硫废气可以直接排入空气

C．用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废渣可用于提取燃料

D．用黄铁矿作原料生产硫酸的过程中产生的废气可用于提取漂白剂

常见考法一  工业制取硫酸

【例1】在生产硫酸的过程中，常用浓硫酸而不用水吸收SO3是因为

A．SO3易溶于浓H2SO4而不易溶于水

B．用浓硫酸吸收速率虽慢但损失SO3少

C．用水吸收时，易形成酸雾而阻碍SO3再吸收

D．用水吸收时得不到纯净的硫酸

【同步练习1】硫酸工业中，转化器发生催化氧化(2SO2＋O2SO3)的装置如图，下列说法正确的是

A．a处进入的气体中SO2过量 B．沸腾炉中产生的气体直接从a处进入

C．a、b、c三处气体成分相同 D．d处出来的气体只含SO3

常见考法二  硫酸制取中的条件选择

【例2】工业制硫酸的一步重要反应是SO2在400~600℃下的催化氧化：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下述有关说法正确的是

A．使用催化剂可加快反应速率，提高SO3产率

B．其它条件保持不变，温度越高，速率越快，生产效益越好

C．实际生产中选定400～600℃作为操作温度，其原因是在此温度下催化剂的活性最高，SO2能100%转化为SO3

D．增大压强可以提高SO3产率，但高压对动力和设备要求太高，会增加生产成本

【同步练习2】工业制硫酸的适宜条件不包括

A．矿石粉碎成粉末可加快反应速率

B．原料气进入转化器之前需净化处理

C．SO2转化为SO3时用铁触媒作催化剂

D．用98.3%的浓硫酸吸收SO3

常见考法三  硫酸工业三废处理

【例3】在接触法产生H2SO4的过程中,对“废气、废水、废渣、废热”的处理正确的是(　　)

①废气用氨水处理　②污水用石灰乳处理　③废渣用来造水泥或炼铁　④设置“废热”锅炉产生蒸气来供热或发电

A．只有①② B．只有①③④ C．只有①②③ D．全部

【同步练习3】工业上制硫酸的沸腾炉出来的炉气必须经过净化处理，其正确过程是

A．除尘、干燥 B．干燥、除尘

C．洗涤、除尘 D．过滤、洗涤

题组A  基础过关练

1．工业制硫酸，不可能作为原料的是

A．硫黄 B．硫铁矿 C．冶炼烟气 D．大理石

2．化学与生活、生产及科技密切相关。下列叙述正确的是

A．工业制硫酸用98％的浓硫酸代替水吸收SO3

B．汽车尾气中氮氧化物的产生主要是由于汽油中含有氮元素

C．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维

D．纳米铁粉主要通过物理吸附作用除去污水中的

3．有关工业制硫酸的下列说法中，错误的是

A．沸腾炉中气体可直接通入转化器

B．二氧化硫的催化氧化在转化器中发生

C．转化阶段是硫酸生产的核心

D．吸收塔用浓度为98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫

4．下列事实能用勒夏特列原理解释的是

A．500℃左右高温比室温下更利于合成氨

B．工业制硫酸中SO2氧化为SO3，往往需要使用催化剂

C．H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色加深

D．工业制取金属钾Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)，使K变成蒸气从混合体系中分离

5．二氧化硫的催化氧化是工业制硫酸的基础：。下列叙述正确的是

A．和充分反应能放出的热量

B．工业上使用催化剂是通过加快反应速率提高生产效率的

C．实际工业选用的温度为，其目的是为了提高的平衡转化率

D．增大压强，正反应速率增大，逆反应速率减小

6. 已知氢氧化钙和碳酸钙在水中存在下列溶解平衡：Ca(OH)2(s) ⇌Ca2＋(aq)＋2OH-(aq)，CaCO3(s) ⇌CO (aq)＋Ca2＋(aq)。在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。为了除去有害气体SO2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。

(1)写出上述两个反应的化学方程式：

①SO2与CaCO3悬浊液反应___________；

②SO2与Ca(OH)2悬浊液反应___________。

(2)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的理由___________。

(3)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地表面的SO2浓度。在上世纪的60～70年代的十年间，由发电厂排放的SO2增加了45%，但由于建造高烟囱的结果，地表面SO2浓度却降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取并简述理由：___________。

题组B  能力提升练

7．二氧化硫的催化氧化反应：是工业制硫酸中的重要反应。某温度下，在一密闭容器中探究二氧化硫的催化氧化反应，下列叙述正确的是

A．加入合适催化剂可以提高的平衡产率

B．缩小容器容积可以增大活化分子百分含量

C．扩大容器容积可以提高的平衡产率

D．缩小容器容积可以增大反应速率

8．工业制硫酸时，接触室中主要反应为：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)    △H=-196.6kJ•mol-1，下列说法正确的是A．该反应△H＜0，△S＞0

B．2molSO2(g)和1molO2(g)所含键能总和比2molSO3(g)所含键能大

C．反应在适当高温、催化剂条件下有利于反应达到平衡状态

D．该反应中每加入标况下的22.4LSO2，就会有2×6.02×1023的电子转移

9．自然界中的含硫矿物有硫磺、黄铁矿(主要含)、雄黄()、芒硝()等。以黄铁矿为原料经过煅烧可以获得，经过催化氧化反应可制取。与反应可以制取。工业制硫酸尾气中的可用氨水吸收。结构如下图所示，各原子最外层均达到8电子稳定结构。在指定条件下，下列选项所示的转化均能实现的是

A． B．

C．稀 D．

10．在一体积固定的密闭容器中，某化学反应2A(g) ⇌ B(g)＋D(g)在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0。反应物A的浓度(mol·L－1)随反应时间(min)的变化情况如表：

根据上述数据，完成下列填空：

(1)实验1中，在10～20min内，用A表示的该反应的平均速率为________mol·L－1·min－1。

(2)实验2中c2＝________，反应经20min就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是________。

(3)设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3______(填“>”“<”或“＝”，下同)v1，且c3_____1.0。

(4)请根据以上实验指出要加快该反应速率可采取的方法：________。(至少列举2种方法)

11．填写工业制硫酸的相关内容：

12．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3： 　。(已知制过程中催化剂是，它在400～500 ℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下的转化率(%)：

(1)根据化学原理综合分析，从化学反应速率和原料转化率角度分析，生产中应采取的条件是_______。

(2)实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度，其原因是_______。

(3)实际生产中，采用的压强为1×105 Pa，其原因是_______。

(4)在生产中，通入过量空气的目的是_______。

(5)尾气中有SO2必须回收是为了_______。

题组C  培优拔尖练

13. 某校同学利用焦亚硫酸钠()、锌粉及甲醛(，无色易溶于水的气体)等制取易溶于水的雕白粉［］。

回答下列问题：

(1)甲组同学用图1装置(加热及夹持装置已略)及图示药品制取焦亚硫酸钠(过饱和溶液中：)。

实验步骤如下：

Ⅰ、向装置B中通入足量；

Ⅱ、向装置B中再加入适量固体至溶解，再重复操作Ⅰ：

Ⅲ、室温静置，过滤、干燥得焦亚硫酸钠晶体。

①装置A中制取的化学方程式为___________。

②步骤Ⅱ的目的是___________。

(2)乙组同学利用甲组同学制得的焦亚硫酸钠制取雕白粉。向图2所示装置的三颈烧瓶中加入预冷却的1~2℃蒸馏水、物质的量之比为1∶2.5的焦亚硫酸钠和锌粉(表面有)，并加适量无机酸(作活化剂)控制为3~3.6，维持38~45℃30min。加入甲醛溶液，水浴加热并不断升温，最终保持85~98℃1.5h。

①冷凝管的进水口是___________(填字母)，冷凝管中回流的主要物质是___________。

②加入甲醛前是生成中间体的过程，加入活化剂维持合适的能提高锌的活性和利用率，其原因是___________；若过低也会降低锌的利用率，这是因为___________。

③反应后浆液过滤，滤渣的成分为___________(填化学式)。

14．用下图装置可以进行测定SO2转化成SO3的转化率的实验。已知SO3的熔点是16.8℃，沸点是44.8℃。已知发生装置中所涉及反应的化学方程式为：Na2SO3(s) + H2SO4(85%)→ Na2SO4 + H2O + SO2↑

(1)根据实验需要，应该在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处连接合适的装置。请从下图A～E装置中选择最适合装置并将其序号填入下面的空格中。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处连接的装置分别是___________、___________、___________。

(2)从乙处均匀通入O2，为使SO2有较高的转化率，实验中在：① 加热催化剂；② 滴加浓硫酸的顺序中，应采取的操作是先___________后___________(填编号)。在制取SO3的过程中，若温度过高，SO2的转化率会___________(填“升高”、“不变”或“降低”)。

(3)有一小组在实验中发现，SO2气体产生缓慢，以致后续实验现象不明显，但又不存在气密性问题，请你根据以下推测的原因说明相应的验证方法。

① Na2SO3已变质。验证方法___________。

② 甲中用稀H2SO4代替浓H2SO4。验证方法___________。

(4)用a mol Na2SO3粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，继续通入O2一段时间后，测得装置Ⅲ增重了b g，则实验中SO2的转化率为___________％(用含a、b的代数式填写)。

15．I．标准状态下，气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知H—H、H—O和O=O键的键焓分别为436 kJ·mol－1、463 kJ·mol－1和495 kJ·mol－1，请写出水蒸气分解的热化学方程式__________。

II．甲醇(CH3OH)广泛用作燃料电池的燃料，可由CO和H2来合成，化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。

（1）下图是反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①T1____T2(填“>”“<”或“＝”)。T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1____(填“>”“<”或“＝”)K2。

②若容器容积不变，下列措施不能增加CO转化率的是______(填字母)。

a. 降低温度       b. 将CH3OH(g)从体系中分离

c. 使用合适的催化剂    d. 充入He，使体系总压强增大

（2）在容积为1 L的恒容容器中，分别研究在300 ℃、350 ℃和370 ℃三种温度下合成甲醇的规律。如图是上述三种温度下H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系，则曲线x对应的温度是______℃；曲线z对应的温度下上述反应的化学平衡常数为______。曲线上a、b、c点对应的化学平衡常数分别为K1、K2、K3，则K1、K2、K3的大小关系为___________。