2019-2020年高考化學(xué)第一輪復(fù)習(xí)講與練三十：化工生產(chǎn)中綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論[舊人教].doc
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2019-2020年高考化學(xué)第一輪復(fù)習(xí)講與練三十：化工生產(chǎn)中綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論[舊人教] 一、要點(diǎn)精講 1、硫酸工業(yè) （1）硫酸的工業(yè)制法（接觸法） 高溫 系統(tǒng)地學(xué)習(xí)掌握某一物質(zhì)的工業(yè)制法，一般要從所用原料、化學(xué)反應(yīng)、適宜條件、生產(chǎn)過(guò)程、主要設(shè)備、環(huán)境保護(hù)等角度去分析理解。按照上述要求，工業(yè)上接觸法制硫酸概括為“五個(gè)三”，即三種原料、三個(gè)反應(yīng)、適宜生產(chǎn)條件的三個(gè)問(wèn)題、三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程、三個(gè)主要設(shè)備等。 二氧化硫的制取和凈化：4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 （沸騰爐） 催化劑 D 二氧化硫氧化成三氧化硫： 2SO2+O2 2SO3 （接觸室） 三氧化硫的吸收和硫酸的生成：SO3+ H2O=H2SO4 （吸收塔） （2）二氧化硫接觸氧化反應(yīng)適宜條件的選擇 ①催化劑：為了加快反應(yīng)速率，工業(yè)上常選用V2O5作SO2氧化的催化劑。 ②溫度：從反應(yīng)速率要求看，反應(yīng)溫度必須較高，從化學(xué)平衡要求看，反應(yīng)溫度必 須較低，結(jié)合催化劑的活性溫度考慮，選擇400 ℃~ 500 ℃作為SO2氧化的溫度。 ③壓強(qiáng)：從反應(yīng)速率要求看，理想壓強(qiáng)應(yīng)該較高，從化學(xué)平衡要求看，理想壓強(qiáng)也 應(yīng)較高，所以SO2氧化可以在壓強(qiáng)很高的條件下進(jìn)行。但常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，加壓增大投資和能量消耗，因此SO2的氧化選擇在常壓下進(jìn)行。 2、關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論 （1）環(huán)境保護(hù)與原料的綜合利用?；どa(chǎn)必須保護(hù)環(huán)境，嚴(yán)格治理“三廢”，并盡可能把“三廢”變?yōu)橛杏玫母碑a(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)原料的綜合利用。硫酸廠的“三廢”經(jīng)處理后，不僅消除了污染，而且也使SO2和黃鐵礦礦渣得到合理利用。 ①尾氣吸收：硫酸工業(yè)的尾氣中含SO2等氣體，直接排放會(huì)污染大氣，工業(yè)上常用氨水吸收有毒氣體：2NH3?H2O + SO2= (NH4)2SO3+H2O，反應(yīng)后再向其中加入稀硫酸：(NH4)2SO3+H2SO4= (NH4)2SO4+SO2↑+H2O，這樣制得純度較高的SO2，返回車(chē)間制硫酸或作他用，另一產(chǎn)物(NH4)2SO4可用作氮肥。 ②污水處理：硫酸生成過(guò)程中生成的污水中含有H2SO4等雜質(zhì)，可用石灰乳中和處理：Ca (OH)2 +H2SO4= CaSO4 + H2O，從而可制得石膏。 ③廢渣的利用：沸騰爐中出來(lái)的爐渣可作為制水泥或磚的原料或煉鐵。 （2）能量的充分利用。許多化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，化工生產(chǎn)中應(yīng)充分利用反應(yīng)熱，以降低生產(chǎn)成本。硫酸生產(chǎn)中的反應(yīng)熱得到充分利用后，不僅不需要由外界向硫酸廠供應(yīng)能量，而且還可以由硫酸廠向外界輸出大量能量。 （3）合理選擇廠址，發(fā)展規(guī)模生產(chǎn) 化工廠廠址的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它涉及到原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場(chǎng)需求、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等因素，要綜合考慮，權(quán)衡得弊，作出合理的抉擇。 現(xiàn)代化工生產(chǎn)投資大，便于采用先進(jìn)的技術(shù)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)有關(guān)“廢熱”利用、環(huán)境保護(hù)等輔助設(shè)施也便于處理。所以現(xiàn)代化工中規(guī)模越大，則單位產(chǎn)量的成本越低，經(jīng)濟(jì)效益越高。當(dāng)然規(guī)模的大小還要根據(jù)國(guó)情而定。 二、典例解析 【例1】在硫酸的工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說(shuō)明生產(chǎn)操作的主要原因都正確的是 A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)榇髩K的硫鐵礦不能燃燒 B．從沸騰爐出來(lái)的爐氣需凈化和干燥，因?yàn)闋t氣中SO2會(huì)與雜質(zhì)反應(yīng) C．SO3用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，而影響SO3的吸收 D．熱交換器中冷、熱氣體流動(dòng)方向相反的目的是為了使熱交換充分 【例2】有A、B、C、D四個(gè)中等城市，它們水源、能源充足、交通便利。它們的相對(duì)地理位置如圖，各城市各有特點(diǎn)：A城是風(fēng)光秀麗、人口稠密、土地供應(yīng)緊張的旅游城市，環(huán)保要求高，近郊有豐富的FeS2資源。B城是一個(gè)新興工業(yè)城，已建有大型磷肥廠，土地供應(yīng)充足。C城近郊有豐富的磷灰石資源，工業(yè)發(fā)達(dá)，但使用H2SO4的工業(yè)不多，土地供應(yīng)充足。D城是一個(gè)古老城市，它的周?chē)侵匾霓r(nóng)業(yè)區(qū)，是大量肥料的集散地?，F(xiàn)擬建年產(chǎn)10萬(wàn)噸的黃鐵礦制硫酸的工廠，工廠廠址應(yīng)選在 A.A城近郊 B.B城近郊 C.C城近郊 D.D城近郊 三、當(dāng)堂反饋 1．（xx年上海，15）在NH3、HNO3、H2SO4的工業(yè)生產(chǎn)中，具有的共同點(diǎn)是 A．使用吸收塔設(shè)備 B．使用尾氣吸收裝置 C．使用H2作原料 D． 使用催化劑 2． 硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。 （1）若從下列四個(gè)城市中選擇一處新建一座硫酸廠，你認(rèn)為廠址宜選在_______的郊區(qū)（填選項(xiàng)的標(biāo)號(hào)）。 A．有豐富黃鐵礦資源的城市 B．風(fēng)光秀麗的旅游城市 C．消耗硫酸甚多的工業(yè)城市 D．人口稠密的文化、商業(yè)中心城市 （2）據(jù)測(cè)算，接觸法制硫酸過(guò)程中，若反應(yīng)熱都未被利用，則每生產(chǎn)1t 98%硫酸需消耗3.6105kJ能量。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算判斷，若反應(yīng)：SO2 (g) + 1/2O2 (g) SO3 (g) ；△H= -98.3kJ/mol放出的熱量能在生產(chǎn)過(guò)程中得到充分利用，則每生產(chǎn)1t 98%硫酸只需外界提供（或可向外界輸出）多少kJ能量？ （3）CuFeS2是黃鐵礦的另一成分，煅燒時(shí)，CuFeS2轉(zhuǎn)化為CuO、Fe2O3和SO2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________________。 （4）由硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4（由CuO和SO3在沸騰爐中化合而成），其中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨沸騰爐溫度不同而變化（見(jiàn)下表）。 沸騰爐溫度/℃ 600 620 640 660 礦渣中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 9.3 9.2 9.0 8.4 已知CuSO4在低于660℃時(shí)不會(huì)分解，請(qǐng)簡(jiǎn)要分析上表中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因。 3．近年來(lái)。工業(yè)上用Mg(NO3)2替代濃H2SO4作為制取濃HNO3的脫水劑（以下數(shù)據(jù)均為質(zhì)量百分比濃度）。65%HNO3（質(zhì)量為M1）中加72%Mg(NO3)2溶液（質(zhì)量為M2）后蒸餾。分別得到97.5%HNO3和60%Mg(NO3)2溶液（不含HNO3）。（1）若蒸餾過(guò)程中HNO3、Mg(NO3)2、H2O均無(wú)損耗，求蒸餾前的投料比M1/M2的值。 第45講 化工生產(chǎn)中綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論 1、為籌建一個(gè)別大型化工生產(chǎn)基地，關(guān)于選址的意見(jiàn)中正確的是 A．?dāng)M建立在干旱山區(qū)，使之脫貧致富 B．?dāng)M建立在長(zhǎng)江邊，便于排放污水和廢水 C．不宜建立在居民區(qū)附近 D．?dāng)M建立在水資源豐富且交通便利的城郊 2、一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志是 A．石油的產(chǎn)量 B．乙烯的產(chǎn)量 C．硫酸的消費(fèi)量 D．合成纖維的產(chǎn)量 3、下列物質(zhì)一般不能用作硫酸工業(yè)的原料的是 A．硫磺 B．有色金屬冶煉廠含SO2的煙氣 C．石油脫硫獲得的硫磺 D．天然氣 4、關(guān)于熱交換器，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 A． 熱交換器裝在接觸室中，位于兩層催化劑中間 B． 預(yù)熱含有SO2的混合氣體，有利于接觸氧化 C． 預(yù)熱SO3，有利于濃硫酸的吸收 D．熱交換器可調(diào)節(jié)液體溫度，利用余熱 5、關(guān)于能源開(kāi)發(fā)和節(jié)約，以下哪些觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的 A．根據(jù)能量守恒定律，擔(dān)心能源枯竭實(shí)在是一種杞人憂天的表現(xiàn) B．能源是有限的，無(wú)節(jié)制地利用常規(guī)能源如石油之類(lèi)，是一種短期的盲目行為 C．能源的開(kāi)發(fā)利用，必須要同時(shí)考慮其對(duì)環(huán)境的影響 D．通過(guò)核聚變和平利用核能是目前開(kāi)發(fā)新能源的一項(xiàng)有效途徑 6、下列對(duì)硫酸生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)原理的分析中正確的是 A．硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)因原料的不同可能全部是非氧化還原反應(yīng) B．硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng) C．硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都需要使用催化劑 D．硫酸生產(chǎn)中涉及的三個(gè)化學(xué)反應(yīng)都需要在較高溫度條件下進(jìn)行 7、工業(yè)上用接觸法制硫酸時(shí)，從沸騰爐中導(dǎo)出的爐氣，要經(jīng)過(guò)凈化的理由是 A．為了減少對(duì)大氣的污染 B．防止催化劑中毒 C．爐氣還含有一些其它有用的成分，以便綜合利用 D．為了制得更純的硫酸 8、接觸法制硫酸時(shí)，進(jìn)入接觸室的氣體合理的是 A．體積組成：SO2 7% ， O2 11% ，其余為N2、CO2等 B．質(zhì)量組成：SO2 30% ， O2 7% ，其余為N2、CO2等 C．體積組成：SO2 14% ， O2 7% ，其余為N2、CO2等 D．體積組成：SO2 14% ， O2 5% ，其余為N2、CO2等 9、下列哪些措施不能提高硫酸工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 A．在接觸室設(shè)置熱交換器利用反應(yīng)放出的熱量預(yù)熱反應(yīng)氣體 B．沸騰爐旁設(shè)置“廢熱”鍋爐發(fā)電 C．將尾氣中的二氧化硫回收利用 D．將原料硫磺改用黃鐵礦 催化劑 D 10、已知 2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3 (g) ；△H<0，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：[原料氣 成分（體積分?jǐn)?shù)）SO2 7% ， O2 11% ， N2 82%] 不同壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率（%） 1 atm 5 atm 10 atm 50 atm 100 atm 450℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 （1） 應(yīng)選用的溫度是______，其理由是_________________________________________。 （2） 應(yīng)采用的壓強(qiáng)是______，其理由是__________________________________________。 （3） 常用濃硫酸來(lái)吸收SO3而不是用水的原因是__________________________________。 （4） 我國(guó)在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了防止污染，保護(hù)環(huán)境，尾氣可用______吸收，然后再 用_______處理，這樣不僅得到了SO2含量較高的氣體，可返回車(chē)間再用，又得到了一種化肥。寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________________________________。 CO2 Na2CO3 X 食鹽水 循環(huán)II 循環(huán)I 母液 (提取副產(chǎn)品) 煅燒爐 合成氨廠 沉淀池 NH3 NH3 11、（xx年上海，26）我國(guó)化學(xué)侯德榜（右圖）改革國(guó)外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡(jiǎn)要表示如下： (1) 上述生產(chǎn)純堿的方法稱(chēng) ，副產(chǎn)品的一種用途為 。 (2) 沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。 (3) 寫(xiě)出上述流程中X物質(zhì)的分子式 。 (4) 使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，主要是設(shè)計(jì)了 （填上述流程中的編號(hào)）的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是 。 (5)為檢驗(yàn)產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有氯化鈉，可取少量試樣溶于水后，再滴加 。 (6) 向母液中通氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通氨氣的作用有 。 (a) 增大NH4+的濃度，使NH4Cl更多地析出 (b) 使NaHCO3更多地析出 (c) 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度 12、（1997年上海，36）接觸法制硫酸排放的尾氣中含少量的SO2，為防止污染大氣，在排放前設(shè)法進(jìn)行綜合利用。 （1） 某硫酸廠每天排放的10,000m3尾氣中含0.2%（體積分?jǐn)?shù)）的SO2，問(wèn)用NaOH溶液、 石灰及O2處理后，假設(shè)硫元素不損失，理論上可得到多少千克石膏（CaSO42H2O）？ （2） 如果將一定體積的尾氣通入100mL 2mol/L的NaOH溶液中使其完全反應(yīng)，經(jīng)測(cè)定所 得溶液含16.7 g溶質(zhì)。試分析該溶液的成分，并計(jì)算確定各成分的物質(zhì)的量。 （3） 工廠在尾氣處理制石膏的過(guò)程中，中間產(chǎn)物是NaHSO3 。調(diào)節(jié)尾氣排放的流量，以 取得SO2與NaOH間物質(zhì)的量的最佳比值，從而提高NaHSO3的產(chǎn)量?，F(xiàn)設(shè)n(SO2)、n(NaOH)、n(NaHSO3)分別表示SO2、NaOH、NaHSO3的物質(zhì)的量，且n(SO2) / n(NaOH)=x ，試寫(xiě)出x在不同取值范圍時(shí)，n(NaHSO3)的值或n(NaHSO3)與n(SO2)、n(NaOH)間的關(guān)系式。 第45講 典例解析 【例1】礦石不粉碎只是燃燒速率慢且不充分；凈化爐氣是為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑中毒，以及水蒸氣對(duì)設(shè)備的腐蝕；因SO3極易與水反應(yīng)，用水或稀硫酸吸收SO3時(shí)會(huì)形成大量的酸霧，影響吸收，而98.3%的濃硫酸的液面上基本沒(méi)有水蒸氣，故用它來(lái)吸收 SO3；熱交換器中冷、熱氣體逆流，始終保持一定的溫度差，使熱的傳遞有較大的動(dòng)力，熱交換充分。本題答案選CD。 【例2】B 當(dāng)堂反饋：1．D 2．（1）C （2）由關(guān)系式和熱化學(xué)方程式可知，生產(chǎn)1t 98%硫酸能放出熱量9.83105kJ，則9.83105kJ -3.6105kJ=6.23105kJ，即可向外界輸出 高溫 6.23105kJ能量。（3）4CuFeS2+13O2 4CuO+2Fe2O3+8SO2 （4）SO2 轉(zhuǎn)化為SO3是正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)，隨溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SO3物質(zhì)的量減少，所以CuSO4的量減少（或溫度升高，SO3物質(zhì)的量減少，所以CuSO4的量減少）。 3．（1）M1+M2=（說(shuō)明：其它合理解法也可以）（2）增大 課后練習(xí)：1．CD 2．C 3．D 4．C 5．A 6．B 7．B 8．A 9．D 10．（1）450℃ 在450℃時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率明顯高于550℃，且在該溫度條件下催化劑的催化活性最大。（2）1 atm 該條件下SO2的轉(zhuǎn)化率已高達(dá)97.5%，與加壓時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率相比相差無(wú)幾，常壓可節(jié)省動(dòng)力，簡(jiǎn)化設(shè)備。（3）用水吸收SO3易形成酸霧，吸收速率慢，效率低。（4）氨水 硫酸 2NH3+H2O + SO2= (NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2SO4= (NH4)2SO4+SO2↑+H2O 11．（1）聯(lián)合制堿法或侯德榜制堿法 化肥或電解液或焊藥等（其他合理答案均給分） （2）NH3 + CO2 + H2O + NaCl → NH4Cl + NaHCO3↓ 或 NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3 NH4HCO3 + NaCl → NaHCO3↓ + NH4Cl （3）CO2 （4）I 過(guò)濾 （5）稀硝酸和硝酸銀溶液 （6）a、c 12．（1）由硫原子守恒可行關(guān)系式： SO2 ～ CaSO42H2O 22.4L 172 g 11041030.2%L m(CaSO42H2O)103 可解得m(CaSO42H2O)＝153.6 kg （2）應(yīng)用極端法進(jìn)行推斷可知，16.7g是Na2SO3 與NaHSO3的混合物。 設(shè)混合物中NaHSO3的物質(zhì)的量為a , Na2SO3的物質(zhì)的量 為b ，則 （質(zhì)量守恒）及 a+ 2b = 0.2 mol （Na+守恒） 聯(lián)解得a=0.1mol ,b=0.05mol （3）可借用數(shù)軸進(jìn)行分析討論：由反應(yīng)式可知兩個(gè)界點(diǎn)，n(SO2) / n(NaOH)=1/2和 n(SO2) / n(NaOH)=1 。 反應(yīng) （Ⅰ） （Ⅰ）和（Ⅱ） （Ⅱ） 產(chǎn)物 Na2SO3 Na2SO3 與NaHSO3 NaHSO3 1/2 1 討論結(jié)果為 x n(NaHSO3) 0下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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