第1单元走进化学工业

第一单元走进化学工业

课题1化工生产过程中的基本问题

--------------1学习目标导航I--------------

1.了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。

2.掌握硫酸工业生产中的“三原料、三阶段、三设备、三反应”。（重点）

3.能运用化学平衡原理分析二氧化硫催化氧化反应的适宜条件，了解硫酸

生产过程中反应条件的控制。（重难点）

4.初步了解生产中“三废”的处理和利用。

阶段1认知预习质疑（知识梳理要点初探）

知识1|依据化学反应原理确定生产过程

1.化工生产与化学反应的关系

依据

化化学反应原理

工基础

生实验室研究

产

符合

化学反应规律

2.确定化工生产反应原理与过程的一般方法

对于某一具体的化工产品，研究生产过程要从产品的化学组成和性质考虑,

来确定原料和生产路线。

3.确定化工生产反应原理与过程的案例研究一生产硫酸

（1）原料：从H2s。4的组成看，原料应该是自然界存在的含硫的物质，如硫

黄、黄铁矿（主要成分是理近）等。

（2）步骤：生产硫酸的主要化学过程可以分成S02的生成、S02转化为S03

和SO3转化为硫酸三个阶段。

（3）原理：工业制硫酸的“三阶段”与“三反应”

以S为原料g八点燃s

/---------->5+02=S0,,

诏--------——

\以黄铁矿.e,ln局温nqqc

为原料,Fes?+H02=2Fe2O3+8SO2

…二八催仲

催化氧化-------->2SO2+Cl?、」2sO3

吸收---------->-so3+应0%so4

II思考交流||

1.SO3的吸收是用水还是用98%的硫酸，为什么？

【提示】实际生产中，并不直接用水吸收S03,而是用98%的硫酸吸收。

这样可避免形成酸雾并提高吸收效率。

知识2|生产中原料的选择

1.在工业生产中，选择原料除依据化学反应原理外,还有许多因素要考虑，

如厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、贮存、运输、预处理成本及互

境保护等。

2.目前，世界大多数国家生产硫酸主要以硫黄为原料，我国主要是以黄铁

跌为原料制硫酸的。

..........................A生产中反应条件的控制

1.生产中反应条件的选择

在化工生产中要通过反应条件的控制使化学反应速率和反应物的转化率都

比较理想，还要同时考虑控制某些反应条件的成本和实际可能性。

2.硫酸工业生产中条件的选择

化学反应二氧化硫的催化氧化

化工条件温度压强催化剂

400〜500℃常压V2O5

反应速率和催化剂能

采用该条so2的转化率随压

SO2转化率都同等程度

件的原因强增大的并不多

较理想增大正、逆

(2)过程中涉及的化学方程式

①SO2+Ca(OH)2===CaSO3+H2。；

②CaSCh+H2sO4===CaSO4+SC)2t+H2OO

2.污水处理

不同的化工生产过程产生的污水所含有的杂质不同，除要进行一般的处理

外，还要根据杂质的性质，利用不同的化学方法进行处理。

3.废渣的利用

用黄铁矿为原料生产硫酸的过程中，会排出一些炉渣和矿灰，可作为炼铁的

原料;还可以用来提炼贵重的有色金属;还可以作为制造水泥的原料或用于制成。

II思考交流||

2.硫酸生产过程中的污水中含有酸性物质，为减小其对环境的危害应如何

处理？

【提示】可用碱性物质将其中和，如用石灰乳或纯碱处理废水。涉及的方

程式为Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O>Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H20+

C02t

物源51能量的充分利用

1.硫酸生产过程中的三个反应都是放热反应。

2.硫酸工业充分利用废热的方法是：利用S02氧化为S03时放出的热量来

预热即将参加反应的S02和。2。

II9思考交流||

3.你认为在硫酸工业中合理利用能源，可采取哪些措施？

【提示】①在沸腾炉（造气炉）旁设置蒸气锅炉进行发电。

②在接触室（催化反应室）中设置热交换器，一方面预热反应原料气，另一方

面使接触氧化后的气体降温到适宜温度。

③在接触室（催化反应室）附近建造浴室，提高劳动福利或创造经济效益。

阶段2合作探究通关（分组讨论疑难细究）

随触_化学原理在硫酸工业生产中的应用

［问题导思］

①在硫酸的生产过程中，常用过量的空气，其目的是什么？

【提示】增加一种反应物的量可使平衡向正反应方向移动，同时提高了

S02的转化率。

②S02被催化氧化成S03,为了提高S03的产率，接触室中应取等温过程还

是绝热过程为宜？

【提示】采用等温过程。

1.化学反应速率和化学平衡原理

催化剂

2SO2（g）+O2（g）2so3（g）（放热反应）

A

（1）提高反应速率的“措施”

⑵硫酸工业生产的“三条件”

③适当过量的空气

目的是提高S02的转化率。

综上所述，催化氧化的适宜条件是常压、较高的温度(400〜500℃)和催化剂。

2.逆流原理的应用

沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触,

反应充分进行；98%的浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收

程度。

3.热交换原理的应用

催化剂

由于2so2+O22s。3是放热反应，在接触室内使用热交换器，使

400〜500℃

反应后的气体预热作为接触室的原料气，达到节约能源、降低生产成本的目的。

4.循环操作原理的应用

催化剂

由于2so2+O22s。3是可逆反应，尾气中还有一定的SO2和。2,

400〜500℃

再通过一定措施将这部分气体送回接触室,提高原料利用率，同时减少废气排放。

1工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是

一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分

数为:SO27%,O211%,N282%):

【导学号：64570000]

转化\压强/MPa

0.10.5110

温度℃

40099.299.699.799.9

50093.596.997.899.3

60073.785.889.596.4

(1)已知so2的催化氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论?

(2)在400〜500℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是

(3)选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？(填“是”或

“否”)。是否可以增大该反应所放出的热量？(填“是”或“否”)。

(4)为提高SO3的吸收率，实际生产中用吸收SO3o

(5)已知：2SO2(g)+O2(g)2so3(g)

AH=-196.6kJ/mol,计算每生产1万吨98%的硫酸所需要的SO3的质量和

由so2生产这些so3所放出的热量。

【解析】分析表格中数据：

(1)压强相同时，升高温度，SO2的转化率减小，故升温，上述反应的平衡向

逆反应方向移动，则正反应方向为放热反应。

(2)400〜500℃范围内常压下SO2的转化率在97.8%以上，故不需栗再采用

高压措施。

(3)催化剂只能加快反应速率，提高单位时间内的产量，不能提高SO?的转

化率及反应过程中放出的热量。

(4)实际生产中，不是用H2O吸收SO3,而是用98%的浓硫酸吸收，可以避

免形成酸雾并提高吸收率。

(5)1万吨98%的H2s。4溶液中含H2s。4的质量为9.8Xl()9g。由反应：2SO2(g)

+02(g)2SO3(g)

AH=-196.6kJ/mol可得：

SO3H2so4AH

8098196.6X0.5

9

m(SO3)9.8X10gQ

80X9.8X109g93

93

m(SO3)=------------------=8.0X10g=8.0X10t

9.8X109X196.6X0.5

Q=98=9.83X109(kJ)o

【答案】(1)压强一定时，温度升高，SO2的转化率下降，说明升温有利于

平衡向逆反应方向进行，所以正反应为放热反应

(2)增大压强对提高SO2的转化率无显著影响，反而会增加成本

⑶否否

(4)浓硫酸

(5)8.0X103t9.83X109kJ

T规律方法I------------------------------------------]

(1)催化剂只能改变可逆反应的化学反应速率，而不会使其平衡发生移动，

故不能提高SO2的转化率及反应过程中放出的热量。

(2)对于可逆反应，其热化学方程式中的焰变是指可逆反应进行到底的热效

应，计算时根据方程式列比例计算即可。

＞变寸训练

1.硫酸最古老的生产方法是把绿矶装入反应器中加强热，会流出油状液体,

并放出有刺激性气味的气体(SO2)，反应器中的固体变为红棕色。

(1)写出这种生产方法中绿矶转化为硫酸的两个化学方程式：

①;

②。

(2)与现代以硫黄为主要原料生产硫酸的方法相比，这种古老的生产硫酸法

存在若干不足，试从原料的利用率、环境保护、生产原理等方面加以说明

【解析】绿矶的组成为FeSO4-7H2。，其中铁的化合价是+2、硫的化合价

是+6。题中指出，加强热后容器内生成了红棕色固体，这说明有FezCh生成。

在FeSO4-7H2。-FezCh的变化中铁元素被氧化，则必有+6价的硫元素被还原。

在此基础上，运用质量守恒原理和氧化还原反应原理进行分析判断，即可写出

FeSO4-7H2O^Fe2O3的完整的化学方程式。

高温

【答案】(1)①2(FeSO47H2O)=Fe2()3+SO2t+S03t+14H2O

②SO3+H2O=H2sO4

(2)FeSO4-7H2。中的硫元素仅有50%转化为H2so4，原料利用率低；生成的

SO2污染环境

■IL.....................»硫酸工业中连续多步反应的计算

【问题导思】

①利用黄铁矿(FeSD为原料生产硫酸时，假设每步反应均能完全转化，Imol

FeS2能生产多少硫酸？

【提示】利用元素守恒法ImolFeS2可生产2moi硫酸。

②什么是原料转化率？多步反应的转化率与各步反应的转化率有何关系？

【提示】原料转化率=:’耍黑北:攀X100%,多步反应的转化率=各

步反应转化率的乘积。

1.关系式法

关系式法解题需要找准关系式，找关系式的一般方法是根据涉及的多步反应

的化学方程式，依照元素质量守恒或电子转移数目守恒的原则找出连续多步反应

中元素的转化关系，如在用黄铁矿制硫酸时，根据转化过程中硫元素守恒的原则

可以找到这样的关系式：

FeS2〜2s。2〜2s。3〜2H2s。4或

S〜S02〜SO3〜H2s。4

在工业制硫酸的有关计算中通常就利用以上两关系式解题。

2.常见量的计算公式

⑴矿物的纯度=矿纯矿鼠物的部质量量X100%

原料利用的质量

(2)原料利用率=

原料的总质量X100%

(3)原料转化率=原料利用率=1-原料损失率

实际产量

(4)产率=理论产量X100%

(5)多步反应的总转化率=各步反应转化率的乘积

温馨提醒

1.一种化合物中，一种元素的转化率等于该化合物的转化率，例如在FeS2

向SO2转化的过程中，若硫元素的转化率为99%,则FeS2的转化率也为99%。

2.在同一个化学反应或多个相关联的化学反应中，具有个别元素质量守恒

关系的反应物和生成物，反应物的转化率等于生成物的产率，例如在FeS2向SO2

转化的过程中，FeS2的转化率必等于SO?的产率，在FeS2向H2s。4转化的过程

中，FeS2的转化率等于H2SO4的产率。

2

时，取0.1000g样品在空气中充分灼烧，将生成的SO2气体与足量Fe2(SO4)3溶

液完全反应后，用浓度为0.02000mol/L的KzCrzO?标准溶液滴定至终点，消耗

KzCrzO7标准溶液25.00mL。

3+2+

已知：SO2+2Fe+2H2O=SOz+2Fe+4H

-2++3+3+

Cr2O7+6Fe+14H=2Cr+6Fe+7H2O

(1)样品中FeS2的质量分数是(假设杂质不参加反应)o

(2)若煨烧6gFeS2产生的SO2全部转化为SO3气体时放出9.83kJ热量，产

生的SO3与水全部化合生成H2so4，放出13.03kJ热量，写出SO3气体转化为

H2s。4的热化学方程式：o

(3)煨烧101上述黄铁矿，理论上产生SO2的体积(标准状况)为L,

制得98%的硫酸质量为t,SO2全部转化为H2s。4时放出的热量是

________kJo

【解析】(1)根据题给两个反应可推出SO2与KzCn。的物质的量的关系为

高温

3s。2〜CnO"再根据'地烧黄铁矿反应式4FeS2+llO2=2Fe2O3+8SO2

3

可推出］FeS2〜CnO歹

333

所以“(FeS2)=乎(CnO厂)=/X0.02000mol/LX25.00X10"3L=^X10"3mol

所以(1)样品中FeS2的质量分数为

3

103molX120g/mol

0.1000gX100%=90.00%o

6g

(2)因6gFeS2产生〃(SC)3)=2X亍=0.1mol,与水反应放出热量为

J-NUH,/111O1

13.03kJ,则1molSO3与水反应放出的热量为130.3kJ,所以热化学方程式为

SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l)

AH=-130.3kJ/molo

(3)设燃烧10t上述黄铁矿理论上产生SO?的物质的量为工。

贝U有0.1000g：(0.02000mol/LX25.00X10-3LX3)=10X106g：x

x=1.5X105mol

56

所以V(SO2)=1.5X10molX22.4L/mol=3.36X10L

I-工目、、,上…,,,.,„,1.5X105molX98g/mol

根据质量守恒可求出制得98%的硫酸质量为-98%*]*106前一=15t

SO2转化为H2s。4时放出的热量为两部分：一部分为SO2转化为so3放出的，

另一部分为SO3转化为H2s。4时放出的，可分别求出后相加而得到答案。

【答案】⑴90.00%

(2)SO3(g)+H2O(l)==H2SO4(l)

△H=—130.3kJ/mol

(3)3.36X106153.43X107

＞变五训练

2.某硫酸厂用接触法制硫酸的生产过程中，在煨烧黄铁矿时损失硫为5%(质

量分数)；在SO2的接触氧化时有92%的SO?转化为SO3；在吸收塔中损失SO3

为0.6%(质量分数)。现有含FeS295%的黄铁矿(杂质不含硫元素)100t,可制得

98%的浓硫酸多少吨？

【解析】本题涉及多个百分数，如果分步来计算，解题过程会很烦琐，容

易导致解题错误。只要理解每个百分数的含义，利用守恒法进行计算，简化解题

步骤，会起到事半功倍的效果。生产过程中涉及的反应有：①FeS2+wO2=====]

Fe2O3+2SO2,②SO2+；O2S03,③SC)3+H2O===H2so4。据硫元素守恒，可

得关系式：FeS2〜2H2so4。由于各有关硫元素的质量分数均可归因于起始原料黄

铁矿中的硫元素，扣除100t黄铁矿中有关部分在各步反应中的损失，实际上用

于生成硫酸的FeS2的质量为：m(FeS2)=100tX95%X(1-0.6%)X(1-5%)X92%

82.532to

设可制得98%H2s。4的质量为x,贝h

FeS2〜2H2s。4

1202X98

82.5321x.98%

1202X98

82.532t=x-98%

解得：x=137.55to

【答案】137.55吨。

生产中反

应条件的

控制

阶段3体验落实评价(课堂回馈即时达标)

1.(2016・济南高二检测)有关接触法制硫酸的叙述中不正确的是()

A.硫黄和硫铁矿均可作为生产原料

B.将矿石粉碎，是为了提高矿石的利用率

C.反应中通入过量的空气是为了提高FeS2和S02的转化率

D.从吸收塔出来的硫酸经浓缩后可以变成发烟硫酸

【解析】A项，理论上，可转化成SO2的含硫物质均可作为硫酸的生产原

料（如S、FeS2、H2S等），但在生产实践中，应选取那些储量大、矿质品位高、

资源丰富、便于开采和加工的矿物作为化工原料。综合分析，A正确。B项，生

产中对矿石进行粉碎，既可增大原料之间的相对接触面积（增大反应速率），又可

提高原料的利用率（转化率），故B正确。C项，从硫酸生产的三个反应看

o2o2H2O

（FeS2——>S02——>S03——>H2SO4）,有两个反应栗耗用氧气，故生产中可采用

通过量空气的方法来提高FeS2和SO2的转化率，故C正确。D项，在吸收塔中，

是用98%的硫酸吸收SO3,所得到的是“发烟硫酸”，可用水或稀硫酸稀释，制

得各种浓度的硫酸，故D错误。

【答案】D

2.硫酸工业中，常用浓硫酸吸收三氧化硫，而不用水来吸收的原因是

（）

A.三氧化硫溶于浓硫酸，不易溶于水

B.用浓硫酸吸收三氧化硫速度虽慢，但损失三氧化硫少

C.用水吸收易形成酸雾，吸收速度慢

D.用水吸收得到的不是纯硫酸

【解析】用98%的浓硫酸吸收S03可以避免形成酸雾并提高吸收率。

【答案】C

3.将1.00g含脉石（Si。-的黄铁矿样品（假设不含其他杂质）在氧气流中灼烧,

完全反应后得0.78g残渣，则此黄铁矿的纯度是（）

A.33%B.66%

C.78%D.88%

【解析】设1.00g黄铁矿样品中含FeS2的质量为X。贝h

高温

4FeS2+1102=2Fe2O3+8SO2Am

480320160

%(l-0.78)g

480(1-0.78)g

x—160—0.66g,

故其纯度为喏上X100%=66%o

1.ug

【答案】B

4.(2016・烟台高二检测)治理工业“三废”，保护环境最主要的方法是

)

【导学号：64570001]

A.关闭污染严重的工厂

B.把“三废”深埋

C.提高认识

D.变废为宝，综合利用

【解析】治理''三废"关键是变废为宝，综合利用。

【答案】D

5.工业上制硫酸的设备分为三大部分，一是沸腾炉，二是接触室、三是吸

收塔。在沸腾炉内煨烧黄铁矿生成二氧化硫；在接触室内有催化剂存在下二氧化

硫进一步与氧气结合，生成三氧化硫；三氧化硫流经吸收塔时，采用98%的浓硫

酸吸收，使三氧化硫最终与水化合形成硫酸。

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%的浓硫酸吸收三氧化硫。

请回答下列问题：

(1)写出沸腾炉内般烧黄铁矿的反应方程式:

⑵上图中的乙、丙分别相当于工业上制取硫酸装置中的

(3)丙中的现象为,丁中的现象为

(4)下图是压强对SO2平衡转化率的影响

转化压强MPa

0.10.5110

温度/℃

40099.299.699.799.9

50093.596.997.899.3

600n7r3y.7ry85.889.596.4

对S02转化为S03的反应，增大压强可使转化率，之所以通常采用

常压操作是因为O

高温

【解析】硫酸工业生产中的三大步，其中第一步为制气4FeS2+1102=

2Fe2O3+8SO2;甲、乙、丙分别相当于沸腾炉、接触室、吸收塔；丙中无酸雾，

催化剂

丁中有酸雾；2SO2+O22so3,增大压强SO2转化率增大，因为常压下

△

S02的转化率已很大，增大压强，会增加投资和能量消耗，所以采用常压操作。

局温

【答案】（l）4FeS2+nO2=2Fe2O3+8SO2

（2）接触室吸收塔

（3）无酸雾有酸雾

（4）增大常压下S02的转化率已很大，增大压强，会增加投资和能量消耗

学业分层测评（一）

（建议用时：45分钟）

［学业达标］

1.在以下条件下，宜于建工厂的城市是（）

A.城市郊区有丰富的黄铁矿资源，但水源、能源稍显不充足

B.城市是一座风光秀丽、空气清新的旅游城市

C.城市有丰富的磷灰石，拟建一座大型的磷肥厂

D.城市需使用硫酸的工业不多，却有丰富的黄铁矿资源

【解析】本题考查了从综合的角度分析建设工厂的一般条件。

【答案】C

2.在硫酸工业生产中，为了有利于S02的转化，且能充分利用热能，采用

了中间有热交换器的催化反应室（见下图），下列有关说法中错误的是（）

【导学号：64570002]

催化剂切入产国

热交蟀淤

催化剂卜魏L

A.采用热交换装置，能充分利用“废热”，降低生产成本

B.预热含有二氧化硫的混合气体，有利于催化氧化

C.A处流出的气体为SO?和。2

D.预热SO3，有利于被浓硫酸吸收

【解析】此题考查了工业生产H2s。4的重要设备之一——催化反应室中气

体的流向。原料SO2、。2从装置左侧中间进入热交换器，吸收热量后由A处流

出再进入催化反应室发生反应，并放出大量的热，而热交换器的作用是把一部分

热量交换给刚进入热交换器的原料气，然后由下端流入下一个装置，SO3温度过

高不易被吸收，所以下端出来的气体温度较低，这也是热交换器的作用之一。

【答案】D

3.下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是（）

A.在接触室中使用铁触媒作催化剂

B.在接触室中运用热交换技术可充分利用能源

C.把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率

D.该反应采用450〜500℃主要是因为该温度下催化剂活性好

【解析】硫酸工业生产中，在接触室中用以V2O5为主的催化剂，使SO?

氧化为SO3,A项错误；使用热交换装置可节约能源，B项正确；把硫铁矿粉碎

可增大其与氧气的接触面，使反应更充分，速率更快，可提高原料的利用率，C

项正确；反应温度采用450〜500℃是因为该温度下催化剂活性最高，D项正确。

【答案】A

4.在接触法制硫酸工业中，接触室中装有热交换器。采用热交换器的好处

是（）

①充分利用热量，降低能耗②促使平衡向正反应方向移动，提高产率③

减少热量对环境的污染④提高最终产品的纯度

A.①B.①②

C.①②③D.①②③④

【解析】使用热交换器能充分利用热量，减少热量对环境的污染。S02转

化为S03是放热反应，温度降低有利于平衡向正反应方向移动。

【答案】C

5.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.化学实验中产生的二氧化氮废气可用水吸收

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

【解析】二氧化硫在浓硫酸中的溶解度非常小，A项错误；二氧化氮一般

用烧碱溶液吸收，发生的反应为：2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2。，B

项错误；黄铁矿本来就是无机矿物质，又经过高温燃烧，废渣的主要成分是氧化

铁、二氧化硅、氧化铝等，从中提取燃料是不现实的，C项错误；硫酸生产过程

产生的废气中含有较高浓度的二氧化硫气体，二氧化硫可用作漂白剂，D项正确o

【答案】D

6.城市的环境污染是当前突出的环境问题。如图A所示，X河流经某工业

城市Y,其中a处在上游，附近有丰富的黄铁矿资源；d处在下游，附近有多个

企业以硫酸为原料。根据某月Y市环保局监测站对X河水质检测的结果，绘制

成简图如图B所示。下列说法不正确的是（）

A.造成X河污染的主要污染源最可能分布在be段

B.工业生活污水、固体废弃物等可能是造成X河污染的污染源

C.d处污染程度减小，可能是某些污染物的离子间发生反应生成沉淀所致

D.该城市建设硫酸厂时，综合考虑诸多因素选址在b处最合理

【解析】由于be段污染程度呈上升趋势，则be段是产生污染的地区，cd

段逐渐下降，说明污染的物质之间发生化学反应，以气体或沉淀的形式析出，河

水水质变为原始状态。由于b处是市区用水的上游，则硫酸厂应选在河水的下游。

【答案】D

7.下列关于硫酸工业综合经济效益的讨论中，叙述错误的是（）

A.充分利用三个反应放出的热能来降低生产成本

B.为了防止尾气的污染，用氨水吸收尾气

C.硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保要求高的地区，远离硫酸消费

中心

D.生产过程中含有少量硫酸的污水，可用石灰乳中和处理

【解析】硫酸工厂要远离人口稠密的居民区和环保栗求高的地区，但是远

离硫酸消费中心，势必造成运输成本高等问题。

【答案】C

8.含硫48%的黄铁矿煨烧时FeS2损失2%,则下列说法不正确的是（）

A.该黄铁矿含FeS2也是48%

B.硫损失也是2%

C.铁损失也是2%

D.该黄铁矿含FeS290%

120

【解析】该黄铁矿含FeS2为名鼠乂48%=90%,故D项正确，而A项错误；

烟:烧时FeS2损失2%,则其中的铁和硫也都损失2%。

【答案】A

9.你认为减少酸雨产生的途径可以采取的措施是（）

①少用煤做燃料②把工厂烟囱造高③燃料脱硫④在已酸化的土壤中

加石灰⑤开发新能源

A.①②③B.②③④⑤

C.①③⑤D.①③④⑤

【解析】形成酸雨的主要气体污染物是SO2及NOx等，SO2主栗来源于燃

烧含硫的煤和石油，所以少用煤做燃料可减少酸雨的产生；燃料脱硫也可以减少

酸雨的产生；开发新能源是减少S02产生的新途径。则①③⑤都可减少S02的产

生，从而减少酸雨的产生。把工厂烟囱造高既不能使S02转化，也不能减少S02

的产生，不符合题意。在酸化的土壤中加入石灰，只能改良土壤，而不能减少酸

雨，不是正确方法。

【答案】C

10.有关硫酸工业综合经济效益的说法中，正确的是()

A.甲地有丰富的黄铁矿资源，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，不应建在风景区；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】C

［能力提升］

11.以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

(1)沸腾炉中发生的反应方程式为

(2)接触室中发生反应的化学方程式是

(3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是(填字母)。

a.为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎

b.过量空气能提高SO2的转化率

C.使用催化剂能提高S02的反应速率和转化率

d.沸腾炉排出的矿渣可供炼铁

(4)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO?

和镂盐。

S02既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制澳过程中吸收潮

湿空气中的B〉。S02吸收Bn的离子方程式是

【解析】本题主要考查硫酸工业、化学方程式的书写等。

(1)根据原子守恒即可写出方程式。

催化剂

(2)SO2和。2在接触室发生反应生成SO3：2SO2+O22SO3O

加热

(3)选项a,将黄铁矿粉碎能增加反应接触面积而加快反应速率。选项b,增

加空气(。2)浓度能提高S02的转化率。选项c,催化剂对转化率无影响。选项d,

矿渣中含有FezCh,可用于冶炼铁。

IWJ温

【答案】(l)4FeS2+1102=2Fe203+8S02

催化剂

(2)2SO2+O22SO3

加热

(3)abd

+

(4)SO2+Br2+2H2O===4H+2Br—+S0/

12.(1)为防酸雨，降低煤燃烧时向大气排放的S02,工业上将生石灰和含硫

煤混合后使用。请写出燃烧时，有关“固硫”(不使含硫化合物进入大气)反应的

化学方程式：。

(2)某有色金属冶炼厂排放的废气中含有S02,先用石灰浆吸收S02,然后利

用空气中的氧气将产物继续氧化成石膏(CaSO，2H2O)0写出反应的两个化学方程

式：、

(3)硫酸厂排放的尾气中SO2与硝酸厂排放的尾气中NO和NO?在催化剂作

用下能发生氧化还原反应，释放出一种无色、无味、无毒的大气中含有的气体和

一种常温(20。。、常压(101kPa)下的无色液体，试分别写出它们发生反应的化学

方程式：

【解析】(1)注意“固硫”的含义；不使含硫的化合物进入大气。因而不

点燃

包括下列反应：S+O2=SO2o含硫煤中的硫元素大多数是以化合态存在的，

游离态的单质硫很少，上述反应也不能准确表示含硫煤中硫变为SO2的反应。

(2)所提供的石灰浆应该是过量的，所以不会生成Ca(HSO3)2,否则得不到

CaSO4-2H2Oo

(3)SC)2与NO》发生反应，生成大气中含有的气体应是N2,NO*变为N2失去

了O原子，SO2得到O原子变成了SO3,SO3在常温常压下是无色液体。

IWI温

［答案］(l)CaO+SO2=====CaSO3

高温

2CaSO3+O2=2CaSO4

(2)Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O

2CaSO3+O2+4H2O=2(CaSO4-2H2O)

催化剂

(3)2SO2+2NO—2sO3+N2

催化剂

4SO2+2NO2—4sO3+N2

13.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16.8C,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+SO2t-

(1)根据实验需要，应该在I、n、in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、n、ni处连接的装置分别是

(2)实验时，浓硫酸顺利地滴入烧瓶中，甲仪器所起作用的原理是

(3)从乙处均匀通入。2，为使S02有较高的转化率，实验时，在加热与滴加

浓硫酸过程中应采取的操作是

(4)用大火加热烧瓶时，S02的转化率会________(填“增大”、“不变”或

“降低”)。

(5)用amolNa2s。3粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，继续通

入02一段时间后，称得ni装置质量增加bg,则本实验中so2的转化率为

【解析】明确实验目的：测定SO2的转化率。

催化剂

反应原理：2SO2+O22SO3

△

可测量催化反应后剩余SO?的质量。

(1)选择实验仪器、药品：经发生器出来的气体是。2、SO2及少量水蒸气，

应干燥，I处应为装置B；反应后气体成分为。2、SO2、SO3,从提供选择的装

置来看，可用NaOH溶液吸收SO2来测量SO2的体积。但有SO3干扰，应先除

去sc>3,考虑到sc)3很容易液化，故在n处选装置A,in处选装置E。

(4)用大火加热烧瓶时，产生SO?的速率太快，来不及转化，故转化率会降

低。

64〃—b

⑸由Na2s。3-SO2可知产生的SO2也为amol,64agSO2的转化率为:行-

X100%o

【答案】(1)BAE

(2)维持烧瓶与分液漏斗内的压强相等

(3)先加热V2O5，然后缓慢滴加浓硫酸

.I，一64〃一Z?

（4）降低（5）-^-X100%

14.(2016•西安高二检测)工业制硫酸生产流程如图:

⑴在催化反应室，下列措施中有利于提高S02平衡转化率的有(填

字母)。

A.升高温度B.减小压强

C.不断补充空气D.及时分离出SO3

(2)在生产中，为提高催化剂效率采取的措施是(填字母)。

A.净化气体

B.控制温度在400〜500℃

C.增大催化剂与反应气体的接触面积

D.不断补充空气

催化剂

⑶已知2so2（g）+O2（g）2so3（g）

AH=-196kJ/moL在450℃、常压和钢催化条件下向一密闭容器中充入2

molSO2和1mol02,充分反应后，放出的热量_______(填“<”、“>”或

”=")196kJ,理由是o

(4)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO27%、O211%>N282%o

在500℃,0.1MPa条件下达到平衡时，各种气体的体积比为

V(SO2)：V(SO3)：V(O2)：V(N2)=0.46：6.5：7.7：82,则SO2的利用率为_____。

(5)生产硫酸过程中的尾气通常用氨水吸收，请写出该反应的化学方程式：

【解析】(1)SO2转化为SO3是气体体积减小的放热反应，选择低温高压可

提高转化率，同时可鼓入空气或分离出SO3,使平衡向右移动。C、D正确。

(2)净化气体，防止催化剂中毒，A正确。在400〜500℃时催化剂活性最

高，B正确。增大与反应气体接触面积可提高催化效果，C正确。补充空气对催

化效果无影响，D错。

(3)2molSO2和1molO2完全反应时，放热196kJ,但可逆反应不能进行彻

底，加入的2molSO?和1molO?不能全部反应，所以生成的三氧化硫小于2mol,

故放热小于196kJ。

(4)6.5/(6.5+046)X100%Q93.4%。

(5)尾气中含有SO2、SO3酸性气体，与氨水反应生成(NH4)2SO4和(NH4)2SO3。

【答案】(1)CD(2)ABC

(3)<2moiSO2和1molCh完全反应生成2molSO3，放出196kJ的热量,

该反应为可逆反应，不可能进行完全，所以放出的热量小于196kJ

(4)93.4%

(5)2NH3H2O+SO3=(NH4)2SO4+H2O,

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

课题2人工固氮技术—合成氨

--------------1学习目标导航I--------------

i.理解如何应用化学反应速率和化学平衡移动原理，选择合成氨的适宜条

件。（重点）

2.了解合成氨生产的主要原理、原料、重要设备流程和意义。（难点）

3.了解催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。

4.了解工业合成氨与环境的关系，知道合成氨工业“三废”处理的基本方

法。

阶段1认知预习质疑（知识梳理要点初探）

氮的存在和固定

1.存在

地壳中含量只有0.04%,大气中氮气占空气体积的78%。

2.氮的固定

（1）概念：氮的固定是指将游离态氮转化为化合态氮的方法。

,高能固氮（如闪电固氮）

自然固氮

生物固氮（如豆科植物的根瘤菌固氮）

（2）分类氮的固定R

一工业合成氨

人工固氮“

、仿生固氮

II思考交流||

1.闪电引发自然固氮的原理是什么？写出发生反应的化学方程式。

放电

【提示】N2+O2=2NO

2NO+O2=2NO2

3NO2+H2O=2HNO3+NO

和，晒................._合成氨的反应原理

1.反应原理

高