2019-2020年高考化學第一輪復習講與練三十：化工生產(chǎn)中綜合經(jīng)濟效益的討論[舊人教].doc
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2019-2020年高考化學第一輪復習講與練三十：化工生產(chǎn)中綜合經(jīng)濟效益的討論[舊人教] 一、要點精講 1、硫酸工業(yè) （1）硫酸的工業(yè)制法（接觸法） 高溫 系統(tǒng)地學習掌握某一物質(zhì)的工業(yè)制法，一般要從所用原料、化學反應、適宜條件、生產(chǎn)過程、主要設備、環(huán)境保護等角度去分析理解。按照上述要求，工業(yè)上接觸法制硫酸概括為“五個三”，即三種原料、三個反應、適宜生產(chǎn)條件的三個問題、三個生產(chǎn)過程、三個主要設備等。 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適宜條件的選擇 ①催化劑：為了加快反應速率，工業(yè)上常選用V2O5作SO2氧化的催化劑。 ②溫度：從反應速率要求看，反應溫度必須較高，從化學平衡要求看，反應溫度必 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：從反應速率要求看，理想壓強應該較高，從化學平衡要求看，理想壓強也 應較高，所以SO2氧化可以在壓強很高的條件下進行。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行。 2、關于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟效益的討論 （1）環(huán)境保護與原料的綜合利用?；どa(chǎn)必須保護環(huán)境，嚴格治理“三廢”，并盡可能把“三廢”變?yōu)橛杏玫母碑a(chǎn)品，實現(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。許多化學反應是放熱反應，化工生產(chǎn)中應充分利用反應熱，以降低生產(chǎn)成本。硫酸生產(chǎn)中的反應熱得到充分利用后，不僅不需要由外界向硫酸廠供應能量，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復雜的問題，它涉及到原料、水源、能源、土地供應、市場需求、交通運輸、環(huán)境保護等因素，要綜合考慮，權衡得弊，作出合理的抉擇。 現(xiàn)代化工生產(chǎn)投資大，便于采用先進的技術以提高勞動生產(chǎn)率，同時有關“廢熱”利用、環(huán)境保護等輔助設施也便于處理。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)濟效益越高。當然規(guī)模的大小還要根據(jù)國情而定。 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，因為大塊的硫鐵礦不能燃燒 B．從沸騰爐出來的爐氣需凈化和干燥，因為爐氣中SO2會與雜質(zhì)反應 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四個中等城市，它們水源、能源充足、交通便利。它們的相對地理位置如圖，各城市各有特點：A城是風光秀麗、人口稠密、土地供應緊張的旅游城市，環(huán)保要求高，近郊有豐富的FeS2資源。B城是一個新興工業(yè)城，已建有大型磷肥廠，土地供應充足。C城近郊有豐富的磷灰石資源，工業(yè)發(fā)達，但使用H2SO4的工業(yè)不多，土地供應充足。D城是一個古老城市，它的周圍是重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，是大量肥料的集散地?，F(xiàn)擬建年產(chǎn)10萬噸的黃鐵礦制硫酸的工廠，工廠廠址應選在 A.A城近郊 B.B城近郊 C.C城近郊 D.D城近郊 三、當堂反饋 1．（xx年上海，15）在NH3、HNO3、H2SO4的工業(yè)生產(chǎn)中，具有的共同點是 A．使用吸收塔設備 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)應考慮綜合經(jīng)濟效益問題。 （1）若從下列四個城市中選擇一處新建一座硫酸廠，你認為廠址宜選在_______的郊區(qū)（填選項的標號）。 A．有豐富黃鐵礦資源的城市 B．風光秀麗的旅游城市 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)測算，接觸法制硫酸過程中，若反應熱都未被利用，則每生產(chǎn)1t 98%硫酸需消耗3.6105kJ能量。請通過計算判斷，若反應：SO2 (g) + 1/2O2 (g) SO3 (g) ；△H= -98.3kJ/mol放出的熱量能在生產(chǎn)過程中得到充分利用，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，CuFeS2轉(zhuǎn)化為CuO、Fe2O3和SO2，該反應的化學方程式為_________________________________________。 （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)量分數(shù)隨沸騰爐溫度不同而變化（見下表）。 沸騰爐溫度/℃ 600 620 640 660 礦渣中CuSO4的質(zhì)量分數(shù)/% 9.3 9.2 9.0 8.4 已知CuSO4在低于660℃時不會分解，請簡要分析上表中CuSO4的質(zhì)量分數(shù)隨溫度升高而降低的原因。 3．近年來。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）若蒸餾過程中HNO3、Mg(NO3)2、H2O均無損耗，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)濟效益的討論 1、為籌建一個別大型化工生產(chǎn)基地，關于選址的意見中正確的是 A．擬建立在干旱山區(qū)，使之脫貧致富 B．擬建立在長江邊，便于排放污水和廢水 C．不宜建立在居民區(qū)附近 D．擬建立在水資源豐富且交通便利的城郊 2、一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志是 A．石油的產(chǎn)量 B．乙烯的產(chǎn)量 C．硫酸的消費量 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、關于熱交換器，下列說法中錯誤的是 A． 熱交換器裝在接觸室中，位于兩層催化劑中間 B． 預熱含有SO2的混合氣體，有利于接觸氧化 C． 預熱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、關于能源開發(fā)和節(jié)約，以下哪些觀點是錯誤的 A．根據(jù)能量守恒定律，擔心能源枯竭實在是一種杞人憂天的表現(xiàn) B．能源是有限的，無節(jié)制地利用常規(guī)能源如石油之類，是一種短期的盲目行為 C．能源的開發(fā)利用，必須要同時考慮其對環(huán)境的影響 D．通過核聚變和平利用核能是目前開發(fā)新能源的一項有效途徑 6、下列對硫酸生產(chǎn)中化學反應原理的分析中正確的是 A．硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反應因原料的不同可能全部是非氧化還原反應 B．硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反應都是放熱反應 C．硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反應都需要使用催化劑 D．硫酸生產(chǎn)中涉及的三個化學反應都需要在較高溫度條件下進行 7、工業(yè)上用接觸法制硫酸時，從沸騰爐中導出的爐氣，要經(jīng)過凈化的理由是 A．為了減少對大氣的污染 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，進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)濟效益 A．在接觸室設置熱交換器利用反應放出的熱量預熱反應氣體 B．沸騰爐旁設置“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，其實驗數(shù)據(jù)如下：[原料氣 成分（體積分數(shù)）SO2 7% ， O2 11% ， N2 82%] 不同壓強下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） 應選用的溫度是______，其理由是_________________________________________。 （2） 應采用的壓強是______，其理由是__________________________________________。 （3） 常用濃硫酸來吸收SO3而不是用水的原因是__________________________________。 （4） 我國在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，為了防止污染，保護環(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，可返回車間再用，又得到了一種化肥。寫出有關反應的化學方程式____________________________________________。 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）我國化學侯德榜（右圖）改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如下： (1) 上述生產(chǎn)純堿的方法稱 ，副產(chǎn)品的一種用途為 。 (2) 沉淀池中發(fā)生的化學反應方程式是 。 (3) 寫出上述流程中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，主要是設計了 （填上述流程中的編號）的循環(huán)。從沉淀池中取出沉淀的操作是 。 (5)為檢驗產(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，在排放前設法進行綜合利用。 （1） 某硫酸廠每天排放的10,000m3尾氣中含0.2%（體積分數(shù)）的SO2，問用NaOH溶液、 石灰及O2處理后，假設硫元素不損失，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，經(jīng)測定所 得溶液含16.7 g溶質(zhì)。試分析該溶液的成分，并計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 ，試寫出x在不同取值范圍時，n(NaHSO3)的值或n(NaHSO3)與n(SO2)、n(NaOH)間的關系式。 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，以及水蒸氣對設備的腐蝕；因SO3極易與水反應，用水或稀硫酸吸收SO3時會形成大量的酸霧，影響吸收，而98.3%的濃硫酸的液面上基本沒有水蒸氣，故用它來吸收 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力，熱交換充分。本題答案選CD。 【例2】B 當堂反饋：1．D 2．（1）C （2）由關系式和熱化學方程式可知，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是正反應放熱的可逆反應，隨溫度升高，平衡向逆反應方向移動，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=（說明：其它合理解法也可以）（2）增大 課后練習：1．CD 2．C 3．D 4．C 5．A 6．B 7．B 8．A 9．D 10．（1）450℃ 在450℃時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97.5%，與加壓時SO2的轉(zhuǎn)化率相比相差無幾，常壓可節(jié)省動力，簡化設備。（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系式： SO2 ～ CaSO42H2O 22.4L 172 g 11041030.2%L m(CaSO42H2O)103 可解得m(CaSO42H2O)＝153.6 kg （2）應用極端法進行推斷可知，16.7g是Na2SO3 與NaHSO3的混合物。 設混合物中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)軸進行分析討論：由反應式可知兩個界點，n(SO2) / n(NaOH)=1/2和 n(SO2) / n(NaOH)=1 。 反應 （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
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