化学工业反应原理及实验操作题

化学工业反应原理及实验操作题姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、填空题1.氧化还原反应的基本特征是__________。

答案：元素化合价的升降。

解题思路：氧化还原反应中，反应物和物的元素化合价发生变化，这是氧化还原反应最基本和最显著的特征。

2.硫酸工业中接触法制硫酸的反应原理为__________。

答案：二氧化硫在五氧化二钒催化剂作用下与氧气反应三氧化硫。

解题思路：接触法制硫酸是工业上生产硫酸的主要方法，其核心反应是SO2与O2在催化剂存在下SO3。

3.合成氨的催化剂主要成分为__________。

答案：铁（Fe）。

解题思路：合成氨工业中，铁基催化剂因其高活性和稳定性而被广泛使用。

4.聚乙烯的制备过程采用__________聚合。

答案：自由基聚合。

解题思路：聚乙烯是通过乙烯单体在自由基引发剂的作用下进行自由基聚合反应制得的。

5.胺基磺酸的制备是通过__________反应得到的。

答案：磺化反应。

解题思路：胺基磺酸的制备通常涉及胺与硫酸或其衍生物的磺化反应，磺酸基取代的胺。二、选择题1.在以下反应中，哪个不属于氧化还原反应？（）

A.烟道气脱硫

B.水煤气制备

C.乙醇氧化

D.硫磺燃烧

2.以下哪个物质不属于催化剂？（）

A.五氧化二钒

B.纳米碳管

C.红砖

D.贵金属

3.在合成氨过程中，提高反应压力可以提高哪个因素？（）

A.反应速率

B.反应温度

C.氨产量

D.上述都是

4.下列哪个物质的聚合属于缩聚反应？（）

A.乙烯

B.苯

C.聚乙烯

D.聚氯乙烯

5.胺基磺酸的制备过程中，以下哪个反应步骤不是必需的？（）

A.酰化反应

B.还原反应

C.水解反应

D.氧化反应

答案及解题思路：

1.答案：C

解题思路：氧化还原反应是指反应中有电子的转移，元素的化合价发生变化。烟道气脱硫、水煤气制备和硫磺燃烧均涉及化合价的变化，而乙醇氧化也是典型的氧化还原反应。C选项的乙醇氧化不符合氧化还原反应的定义。

2.答案：C

解题思路：催化剂在化学反应中能提高反应速率而本身不被消耗。五氧化二钒、纳米碳管和贵金属均作为催化剂在工业生产中有广泛应用。红砖则不是催化剂，而是建筑材料。

3.答案：C

解题思路：在合成氨过程中，提高反应压力主要是为了提高氨的产量，根据勒夏特列原理，增大压力有利于气体体积减小的反应进行。反应速率和反应温度受压力影响，但提高压力并不直接改变温度，因此氨产量会提高。

4.答案：D

解题思路：缩聚反应是指两个或多个单体分子通过反应形成聚合物，同时伴随小分子（如水、醇、酸等）的。乙烯、苯和聚氯乙烯的聚合均为加聚反应，聚氯乙烯的聚合过程中可能涉及缩聚反应。

5.答案：D

解题思路：胺基磺酸的制备过程中，通常涉及酰化反应、还原反应和水解反应。氧化反应并不是制备胺基磺酸的必需步骤。三、简答题1.简述硫酸工业接触法制硫酸的工艺流程。

答案：

硫酸工业接触法制硫酸的工艺流程主要包括以下几个步骤：

1.硫磺燃烧：将硫磺在空气中燃烧二氧化硫（SO₂）。

2.二氧化硫的转化：将二氧化硫在接触室中与氧气在催化剂（如五氧化二钒）的作用下转化成三氧化硫（SO₃）。

3.三氧化硫的吸收：将三氧化硫吸收在浓硫酸中发烟硫酸。

4.发烟硫酸的稀释：将发烟硫酸稀释得到浓硫酸。

解题思路：

硫酸工业接触法制硫酸涉及的主要化学反应是SO₂转化为SO₃，这是一个放热反应，需要适当的催化剂和适宜的温度、压力条件来提高转化率。

2.解释合成氨工业中高压反应的原因。

答案：

合成氨工业中采用高压反应的原因主要基于化学平衡原理。在高压下，反应物（N₂和H₂）的浓度增加，有利于向物（NH₃）的方向移动，从而提高氨的产率。高压还能增加分子间的碰撞频率，提高反应速率。

解题思路：

根据勒夏特列原理，增加压力有利于向减少气体分子数的方向移动，而合成氨反应是N₂和H₂合成NH₃，气体分子数减少。

3.描述聚乙烯制备过程中自由基聚合的反应机理。

答案：

聚乙烯制备过程中自由基聚合的反应机理包括以下步骤：

1.初始阶段：自由基引发剂分解产生自由基。

2.成长阶段：自由基攻击乙烯分子，打开双键，形成活性中心，再与新的乙烯分子反应，如此反复，形成长链聚合物。

3.终止阶段：自由基之间或与稳定分子发生反应，终止链增长。

解题思路：

自由基聚合是典型的链增长聚合，关键在于自由基的、传递和终止。

4.说明胺基磺酸制备过程中的反应步骤及原理。

答案：

胺基磺酸制备过程通常包括以下步骤：

1.胺的制备：通过胺化反应将无机酸或其衍生物转化为胺。

2.磺化反应：胺与硫酸或其衍生物反应，胺基磺酸。

3.分离纯化：通过过滤、结晶等步骤分离和纯化产品。

原理上，这些反应涉及胺基的引入和磺酸基的引入，最终形成胺基磺酸。

解题思路：

了解胺基磺酸的化学结构和合成路线，以及各步反应的具体条件和反应机理。

5.分析影响硫酸工业生产率的因素。

答案：

影响硫酸工业生产率的因素包括：

1.反应温度：适当的温度可以提高SO₂的转化率。

2.反应压力：高压有利于提高SO₃的率。

3.催化剂功能：催化剂的活性和选择性直接影响SO₂的转化率。

4.设备效率：设备的设计和运行状态也会影响生产率。

解题思路：

分析硫酸生产过程中的关键步骤和影响因素，包括化学反应动力学、催化剂作用和设备因素。四、论述题1.论述氧化还原反应在化学工业中的应用。

氧化还原反应在化学工业中具有广泛的应用，一些主要应用领域：

冶金工业：如炼铁过程中，利用氧化还原反应将铁矿石中的铁提取出来。

石油化工：如石油催化裂化过程中，氧化还原反应有助于提高轻质油产品的产率。

无机化学工业：如氯碱工业中，氯气和氢氧化钠反应氯化钠和氢氧化钠，这一过程是一个典型的氧化还原反应。

精细化工：如合成医药中间体、农药、染料等过程中，氧化还原反应发挥着重要作用。

2.分析硫酸工业接触法制硫酸过程中，提高硫酸产率的途径。

硫酸工业接触法制硫酸的主要反应是二氧化硫与氧气在催化剂作用下三氧化硫，随后三氧化硫与水反应硫酸。提高硫酸产率的途径包括：

优化工艺参数：如控制反应温度在450℃左右，优化空速和接触时间。

提高催化剂功能：采用高效催化剂，降低催化剂的失活速度。

增加氧含量：适当增加氧浓度，提高二氧化硫的转化率。

降低杂质含量：减少原料和催化剂中的杂质，以避免对催化剂的毒化作用。

3.阐述合成氨工业中提高催化剂活性的方法。

合成氨工业中，催化剂活性直接影响到氨的合成效率。提高催化剂活性的方法有：

改进催化剂的制备方法：如通过纳米技术制备高比表面积催化剂。

选择合适的催化剂成分：如采用含有贵重金属的催化剂，如钼、铁、钾等。

优化操作条件：如控制反应温度在500℃左右，压力在2030MPa。

防止催化剂毒化：严格控制原料中的杂质含量，定期进行催化剂的再生处理。

4.探讨聚乙烯工业制备过程中的环保问题。

聚乙烯工业制备过程中存在的环保问题包括：

能源消耗：制备过程中消耗大量能源，产生大量二氧化碳。

废气排放：如乙烯氧化过程会产生挥发性有机化合物。

固体废弃物：如催化剂和未反应的单体。

解决这些问题需要采取以下措施：

优化工艺流程：提高能源利用效率，减少废气的排放。

采用绿色技术：如开发生物降解的聚乙烯。

加强废弃物处理：对固体废弃物进行分类回收处理。

5.讨论胺基磺酸在环保领域的应用前景。

胺基磺酸作为一种新型环保材料，具有以下应用前景：

水处理：作为絮凝剂，用于水处理过程中去除悬浮物。

土壤修复：用于修复重金属污染的土壤。

工业废水处理：处理含有难降解有机物的工业废水。

胺基磺酸的应用有望为环保事业提供新的解决方案。

答案及解题思路：

1.答案：氧化还原反应在化学工业中的应用广泛，包括冶金、石油化工、无机化学工业和精细化工等。解题思路：列举氧化还原反应在不同领域的应用实例。

2.答案：提高硫酸产率的途径包括优化工艺参数、提高催化剂功能、增加氧含量和降低杂质含量。解题思路：分析接触法制硫酸过程中的关键参数，提出相应的优化措施。

3.答案：提高催化剂活性的方法包括改进催化剂制备方法、选择合适催化剂成分、优化操作条件和防止催化剂毒化。解题思路：从催化剂的制备、成分选择、操作条件控制等方面提出解决方案。

4.答案：聚乙烯工业制备过程中的环保问题包括能源消耗、废气排放和固体废弃物。解决措施包括优化工艺流程、采用绿色技术和加强废弃物处理。解题思路：分析制备过程中的环境问题，提出相应的环保措施。

5.答案：胺基磺酸在环保领域的应用前景广阔，可用于水处理、土壤修复和工业废水处理。解题思路：探讨胺基磺酸的应用领域，分析其环保效果。五、计算题1.某硫酸工厂日产硫酸1000吨，若采用98%的硫酸，求每天消耗的纯硫酸质量。

解题步骤：

硫酸的质量分数为98%，即每100吨硫酸中含有98吨纯硫酸。

因此，1000吨硫酸中纯硫酸的质量为：1000吨×98%=980吨。

2.若合成氨生产率为1000kg/h，反应压力为200atm，求该反应的平衡常数。

解题步骤：

合成氨的反应方程式为：N₂(g)3H₂(g)⇌2NH₃(g)。

平衡常数Kp的表达式为：Kp=(P(NH₃)²)/(P(N₂)×P(H₂)³)。

需要利用理想气体状态方程PV=nRT和反应速率与压力的关系来计算平衡时的分压。

由于题目未给出温度，无法直接计算分压，因此需要更多信息或假设温度。

假设温度已知，则可计算平衡时的分压，进而计算平衡常数。

3.在100L反应釜中进行聚合反应，原料单体为100kg，聚合反应的聚合度为100，求聚合物的理论产量。

解题步骤：

聚合物的理论产量可以通过以下公式计算：理论产量=单体质量×聚合度。

将已知数值代入公式：理论产量=100kg×100=10000kg。

4.胺基磺酸制备过程中，若每摩尔反应物消耗2摩尔氢气，求理论转化率。

解题步骤：

理论转化率是指反应物转化为产物的比例。

设反应物的初始摩尔数为n，则消耗的氢气摩尔数为2n。

若反应完全，则理论转化率为：转化率=(n剩余反应物摩尔数)/n×100%。

需要具体反应方程式和反应物的初始摩尔数来计算。

5.某企业生产1吨苯酚，消耗电石100kg，求电石的利用效率。

解题步骤：

电石的利用效率是指实际产生的苯酚质量与消耗电石质量的比例。

设电石转化为苯酚的化学方程式为：CaC₂2H₂O→C₆H₅OHCa(OH)₂。

根据化学方程式，每消耗1摩尔电石可产生1摩尔苯酚。

计算实际产生的苯酚质量，然后计算利用效率：利用效率=(实际苯酚质量/消耗电石质量)×100%。

答案及解题思路：

1.答案：每天消耗的纯硫酸质量为980吨。

解题思路：通过计算硫酸的质量分数得到纯硫酸的质量。

2.答案：（此题需要具体温度信息才能计算）

解题思路：利用理想气体状态方程和反应速率与压力的关系计算平衡时的分压，进而计算平衡常数。

3.答案：聚合物的理论产量为10000kg。

解题思路：使用单体质量和聚合度计算聚合物的理论产量。

4.答案：（此题需要具体反应方程式和初始摩尔数才能计算）

解题思路：根据反应方程式和反应物的初始摩尔数计算理论转化率。

5.答案：（此题需要具体化学方程式和实际苯酚质量才能计算）

解题思路：根据化学方程式和实际产生的苯酚质量计算电石的利用效率。六、实验题1.设计一种检验硫酸的方法。

a.实验原理

b.实验材料与试剂

c.实验步骤

d.实验结果分析

2.按照合成氨工业的实验流程，进行实验室制备。

a.合成氨反应原理

b.实验材料与设备

c.实验步骤

d.结果分析与讨论

3.在实验室中进行聚乙烯的制备实验。

a.聚乙烯制备反应原理

b.实验材料与试剂

c.实验步骤

d.产品性质与表征

4.实验室制备胺基磺酸，分析实验过程中的现象及原因。

a.胺基磺酸制备反应原理

b.实验材料与试剂

c.实验步骤

d.实验现象及原因分析

5.检验某硫酸样品中的杂质，写出实验步骤及现象。

a.检验杂质的方法原理

b.实验材料与试剂

c.实验步骤

d.实验结果与现象

答案及解题思路：

1.设计一种检验硫酸的方法。

a.实验原理：硫酸能与BaCl2反应不溶于水的硫酸钡沉淀。

b.实验材料与试剂：硫酸样品、BaCl2溶液、稀硝酸。

c.实验步骤：

1)取一定量硫酸样品。

2)滴加少量BaCl2溶液，观察是否产生白色沉淀。

3)若有沉淀，加入稀硝酸，观察沉淀是否溶解。

d.实验结果分析：若加入BaCl2溶液后产生白色沉淀，加入稀硝酸后沉淀不溶解，则可判定样品中含有硫酸。

2.按照合成氨工业的实验流程，进行实验室制备。

a.合成氨反应原理：N23H2⇌2NH3（放热反应）。

b.实验材料与设备：N2、H2、催化剂、反应器、温度计、压力计。

c.实验步骤：

1)在反应器中加入