“设计”一座硫酸厂(建议用时：45分钟)[学业达标]1．下列说法正确的是( )A．生产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．在吸收塔内用水来吸收SO3D．在高温、高压下由SO2和O2合成SO3【解析】 从沸腾炉出来的炉气若不净化、干燥，易造成催化剂中毒，即使催化剂活性降低或失效。【答案】 B2．在硫酸工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是( )A．硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能在空气中燃烧B．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中二氧化硫会与杂质反应C．二氧化硫氧化为三氧化硫时需使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率D．三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使三氧化硫吸收完全【解析】 A项，“粉碎”目的是为了增大反应接触面积；B项，“净化”是为了防止催化剂中毒；C项，使用催化剂可提高反应速率，不能使转化率发生改变。【答案】 D3．硫酸生产中，根据化学平衡原理来确定的条件或措施有( )A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎B．使用V2O5做催化剂C．转化器中使用适宜的温度D．净化后的炉气中要有过量的空气【解析】 根据化学平衡原理来确定的条件是D项。(增大反应物浓度，使平衡正向移动)。根据化学平衡原理，降温有利于平衡正向移动，保持适宜温度是为了使催化剂活性最好。【答案】 D4．飘尘是物质燃烧时产生的粒状漂浮物，颗粒很小，不易沉降，它与空气中的SO2、O2接触时，SO2会部分转化为SO3，使空气的酸度增加，飘尘所起的作用可能是( )①氧化剂 ②还原剂 ③催化剂 ④吸附剂A．①② B．①C．①③D．③④【解析】 飘尘会吸附SO2和O2，并对SO2和O2的反应起催化作用。【答案】 D-7-5．有A、B、C、D四个中等城市，它们水源、能源充足，交通便利，它们的相对地理位置如图所示。各城市各有其特点：A城市是风光秀丽，人口稠密，土地供应紧张的旅游城市，环保要求高，近郊有丰富的FeS2资源。B城市是一个新兴的工业城，已建有大型磷肥厂，土地供应充足。C城近郊有丰富的磷灰石资源，工业发达，但使用H2SO4的工业不多，土地供应充足。D城是一个古老的城市，它的周围是重要的农业区，是大量肥料的集散地。现拟建一座硫酸工厂，厂址应选在( )A．A城近郊B．B城近郊C．C城近郊D．D城近郊【解析】 A城、D城，一个是旅游城市，土地紧张，一个是古老的城市、重要的农业区，都不可选；C城使用硫酸的工业不多而B城的大型磷肥厂需要大量的硫酸，且土地供应充足，另外从距离上分析，B城从A城运FeS2的运输距离为200km，而C城从A城运FeS2的运输距离为300km。综合考虑应选在B城近郊。【答案】 B6．有关硫酸工业综合经济效益的说法中，正确的是( )A．甲地有丰富的硫铁矿资源，水源、能源充足，交通便利，是风景秀丽的旅游胜地，虽然当地使用硫酸的工业不多，但为提高当地经济效益宜建硫酸厂B．为减少SO2对空气的污染，可以建筑高烟囱，使含SO2的尾气在高空扩散稀释，保证地面达到安全浓度C．硫酸生产过程中排放的污染物主要是含SO2的尾气、固体残渣、废酸和废水等D．选择硫酸厂厂址时，当经济利益与环保问题有冲突时，为提高人们的物质生活水平，应先考虑经济利益的问题【解析】 硫酸厂是污染性的企业，不应建在环保要求高的地区；当地使用硫酸的工业不多，也不宜建硫酸厂，因为硫酸的远程运输成本高，危险性大，故A错误。将SO2排放到高空，SO2的总量不会减少，且会形成酸雨危害环境，故B错误。选择硫酸厂厂址在考虑经济利益的同时，必须考虑环保问题，也就是要提高综合经济利益，故D错误。【答案】 C7．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SO3-7-的质量分数为( )A．15%B．17%C．34%D．60%【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，解得x＝mol，m(SO3)＝mol×80g·mol－1≈0.0178g，质量分数：×100%≈15%。【答案】 A8．工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是( )A．NaOH溶液、酚酞试液B．石灰水、石蕊试液C．碘水、淀粉溶液D．氨水、酚酞试液【解析】 测定SO2含量必须要能跟SO2反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性，没变色，而D在SO2还没有与氨水完全反应时就开始变色了。石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显。【答案】 C9．在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列说法中不正确的是( )A．从①处通入SO3，整个吸收操作采取逆流的形式B．从②处喷下98.3%的硫酸，瓷环的作用是增大接触面积C．从③处导出的气体只含有少量SO2，可直接排入大气D．从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸【解析】 三氧化硫的吸收通常使用98.3%的硫酸，不用水或稀硫酸，原因是水或稀硫酸吸收三氧化硫时容易形成酸雾，吸收速率慢，不利于三氧化硫的吸收；气体的吸收常采用逆流原理，这样有利于气、液的充分接触，吸收效果好；从吸收塔上部导出的气体是N2、没有起反应的O2和少量二氧化硫，直接排入大气会污染环境，所以应用吸收剂吸收或循环使用。【答案】 C[能力提升]-7-10．请根据工业制硫酸的有关知识回答下列问题：(1)在硫酸工业生产中，为了提高SO2的转化率，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(如图所示)。按此密闭体系中气体的流向判断，在R处流出的气体中除N2外的主要组成为__________。A．SO2 B．SO2、SO3C．SO2、O2D．SO3、O2、SO2(2)接触法制硫酸过程中：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。根据下表中的数据判断下列图象正确的是(填序号)__________。压强p1p1p2p2温度400℃500℃400℃500℃SO2的转化率/%99.696.999.797.8(3)下图表示的是工业制硫酸中尾气的综合利用，气体M回收后可进入接触室循环利用，请根据图示判断X是(填名称)________，写出Y与硫酸反应生成M的化学方程式：_____________________________________________________。【解析】 (1)该装置为接触室，R处流出的气体就是在接触室中发生反应的反应物，其主要成分是二氧化硫和氧气；(2)根据反应特点和数据表知，p2＞p1，正反应是放热反应，降低温度，二氧化硫的转化率提高；增大压强，三氧化硫的百分含量提高，A、B两个图象符合题意。【答案】 (1)C (2)AB (3)氨水 (NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑11．根据接触法制硫酸的简单流程图(如图所示)，填写空白。-7-(1)设备A是__________，在设备A中进行的反应的化学方程式是________________________________________________________________；设备B是__________，在设备B中进行的反应的化学方程式是________________________________________________________________；设备C是__________，在设备C中进行的反应的化学方程式是_______________________________________________________________。(2)图中标号处通入或放出的物质是①__________，②__________，③__________，④__________，⑤__________，⑥__________，⑦__________，⑧__________，⑨__________。(3)在设备A里，矿石燃烧前要粉碎成细小矿粒的原因是____________________________________________________________________。(4)从设备A里放出的气体必须经过________、________、________处理后，才能进入设备B，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________。(5)设备B中部的装置叫________器，其作用是________________________________________________________________。(6)设备C中用质量分数为98.3%的硫酸吸收SO3的原因是________________________________________________________________。(7)尾气在排放到空气之前必须_____________________________________，其原因是_______________________________________________________。【解析】 本题考查了硫酸的生产工艺和有关问题，结合硫酸的生产原理即可顺利作答。【答案】 (1)沸腾炉 4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2转化器 2SO2＋O22SO3吸收塔 SO3＋H2O===H2SO4(2)硫铁矿(或硫黄) 空气 SO2、O2、N2等 炉渣 净化气(SO2、O2、N2) SO3、O2、N2(含少量SO2) N2、O2(含SO2) 98.3%的浓硫酸 硫酸-7-(3)增大矿石与空气的接触面积，加快反应速率(4)除尘 洗涤 干燥 粉尘等容易使催化剂中毒，并会给设备造成不良的影响(5)热交换 充分利用热量，使进入的净化气被加热，并冷却反应后的混合气体(6)防止生成酸雾，以提高SO3的吸收效率(7)除去尾气中含有的SO2 防止SO2排入大气而造成环境污染12．(1)火山喷发所产生的硫黄可用于生产重要的化工原料硫酸。某企业用如图所示的工艺流程生产硫酸：请回答下列问题：①为充分利用反应放出的热量，接触室中应安装________(填设备名称)。吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是__________________________________________________________________________________________________________。②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的氧气量为接触室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________。假设接触室中SO2的转化率为95%，b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为________(空气中氧气的体积分数按0.2计)，该尾气的处理方法是________________________________________。③与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是________。A．耗氧量减少B．二氧化硫的转化率提高C．产生的废渣减少D．不需要使用催化剂(2)硫酸的用途非常广，可应用于________。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SO2-7-的排放，请写出此脱硫过程中发生的反应的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】 (1)本题考查了工业制取H2SO4的过程，在熟悉设备及工艺流程基础上可知接触室应安装热交换器，吸收塔为便于充分吸收SO3而填充了许多瓷管。(2)考查了学生分析及处理数据进行计算的能力，可假设有1mol硫黄充分燃烧，则据反应S＋O2SO2知反应耗O21mol，流量计1充入O2为1.5mol，生成SO21mol，据反应2SO2＋O22SO3知理论上1molSO2反应耗O20.5mol，流量计2充入O2为1.25mol，则流量计1、2充入氧气体积比(等于空气体积比)为6∶5(或1.2∶1)；假设SO2转化率为95%，则尾气中SO2体积分数为×100%＝0.4%。【答案】 (1)①热交换器 增加SO3与浓H2SO4接触面积，有利于SO3的吸收②6∶5(或1.2∶1) 0.4% 用氨水吸收③AC(2)BCD(3)CaCO3CaO＋CO2↑，2SO2＋2CaO＋O22CaSO4(或2SO2＋2CaCO3＋O22CaSO4＋2CO2)-7-
