題目列表(包括答案和解析)
4.在200 mL 0.5 mol·L-1 NaOH溶液中,加入一定量SO3,在一定條件下蒸發所得溶液,析出的固體物質只有5.0 g,該固體物質的成分可能是(固體物質均不含結晶水)
A.Na2SO4 B.NaHSO4
C.NaOH和Na2SO4 D.Na2SO4和NaHSO4
3.向50 mL 18 mol/L硫酸中加入足量的銅片并加熱,被還原的硫酸的物質的量(n)為
A.n=0.9 mol B.0.45 mol<n<0.9 mol
C.n=0.45 mol D.n<0.45 mol
2.已知98%的濃H2SO4的濃度為18.4 mol/L,則49%的硫酸溶液的濃度為
A.9.2 mol/L B.大于9.2 mol/L
C.小于9.2 mol/L D.不能確定
1.下列四種溶液中,一定存在SO的是
A.向甲溶液中加入BaCl2溶液,產生白色沉淀
B.向乙溶液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀,再加入鹽酸沉淀不溶解
C.向丙溶液中加入鹽酸使之酸化,再加入BaCl2溶液,有白色沉淀產生
D.向丁溶液中加入硝酸酸化,再加入硝酸鋇溶液,有白色沉淀產生
7.5×105mol×22.4L·mol-1)×10-3m3·L-1÷(5000m3/臺×21%)=16臺。
(3)硫充分燃燒后,混合氣體中氧氣的體積至少要保證反應SO2+1/2O2≒ SO3所需的氧氣。設S燃燒生成的二氧化硫為1體積,則需消耗氧氣1體積;催化氧化為三氧化硫需氧氣0.5體積;空氣帶入的氮氣為1.5體積×79/21=5.64體積,故混合氣體中ф(O2)=(0.5/0.5+1+5.64) ×100%=7%(下限)
(4)實際安裝送風機臺數略多于理論數的原因是:增大空氣(氧氣)的量,有利于平衡2SO2+O2 ≒ 2 SO3向右移動,從而提高二氧化硫的轉化率。但過分增加空氣的量,會帶走熱交換器的熱量,降低反應的速率,不利于工業生產。
評注:本題涉及到化工生產的反應原理、條件控制及計算,具有一定的開放性和研究性,代表了新教材的新理念。
例9.“綠色化學”要求從技術上、經濟上設計可行的化學反應,使其盡可能減少對環境的負作用。下列化學反應中,不符合綠色化學概念的是
A.用氨水吸收硫酸廠的尾氣:SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3
B.除去硝酸工業尾氣中的氮氧化合物:NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O
C.制硫酸銅:Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O
D.制硫酸銅:2Cu+O2=2CuO CuO+H2SO4(稀)=CuSO4+H2O
[解析]綠色化學是人類與自然和諧發展的化學,是21世紀化學發展的目標和方向。綠色化學要求我們盡可能研究和尋找能充分利用的無毒害原料,最大限度地節約能源,在工業生產各個環節都爭取做到凈化和無污染。它要求我們在化工生產中充分考慮催化劑和載體的重復使用,全面回收未反應的原料、助溶劑、穩定劑等物質,拒絕使用無法替代、無法回收、無法再生或不能重復使用的有明顯污染的物質,努力做到沒有“三廢”的排放。在選項A、B、D 中,每一種物質都得到了充分的利用,而且均沒有污染產生,但在選項C中,2mol硫酸只能生成1mol硫酸銅,同時還放出了有毒的二氧化硫氣體,所以選項C不符合綠色化學的概念。
答案:C。
例10.隨著社會的進步和人民生活水平的提高,環境問題越來越受到人們的關注。下列名詞中與環境問題無關的是
①溫室效應 ②赤潮 ③酸雨 ④光化學煙霧 ⑤臭氧空洞 ⑥潮汐 ⑦大脖子病 ⑧富營養化 ⑨白色污染
A.②⑥⑦ B.⑥ C.①③⑤ D.⑥⑦⑧
[解析]凡是在環境中產生的能影響人類生活和生產,甚至影響人類生存的種種問題都屬于環境問題。環境問題中有一部分是自然原因造成的,但更多的是人為因素造成的,如濫采濫用自然資源,任意排放有害物質或不正確地使用化肥、農藥,城市人口迅速膨脹而造成的垃圾、污水、噪音、汽車尾氣、大型工程建設不當等。
例11.已知氫氧化鈣在水中存在下列溶解平衡:Ca(OH)2(s) ≒Ca2++2OH-。在火力發電廠燃燒煤的廢氣中往往含有二氧化硫、氧氣、氮氣、二氧化碳等。為了除去有害氣體二氧化硫并變廢為寶,常常用粉末狀的碳酸鈣或熟石灰的懸濁液洗滌廢氣,反應產物為石膏[CaSO4·2H2O]。
(1)寫出上述兩個反應的化學方程式:①_____________;②_________________。
(2)試說明用熟石灰的懸濁液,而不用澄清石灰水洗滌廢氣的理由:________。
(3)在英國進行的一個研究結果表明:高煙囪可以有效地降低地表面二氧化硫的濃度。在二十世紀六七十年代的10年間,由發電廠排放出的二氧化硫增加了35%,但由于建造高煙囪的結果使地面二氧化硫的濃度降低了30%之多。請從全球環境保護的角度,分析這種方法是否可。看餩___________________。
[解析](1)①2SO2+O2+2CaCO3=2CaSO4+2CO2
或2SO2+O2+2CaCO3+4H2O=2[CaSO4·2H2O]+2CO2
② 2SO2+O2+2Ca(OH)2=2CaSO4+2H2O
或2SO2+O2+2Ca(OH)2+2H2O=2[CaSO4·2H2O]
(2)氫氧化鈣微溶于水,澄清的石灰水中氫氧化鈣的濃度小,不利于二氧化硫的吸收。
(3)不可取,因為二氧化硫的排放總量沒有減少,進一步形成酸雨仍會造成對全球環境的危害。
評注:工業上處理尾氣二氧化硫的方法有多種,在學習這一知識時要注意不要思維定勢,要學會多向思考,從二氧化硫是酸性氧化物、具有氧化性和還原性等角度去理解。
實戰演練
硫酸工業
大氣臭氧層的損耗是當前世界上又一個普遍關注的全球性大氣環境問題,它直接關系到生物圈的安危和人類的生存! 1984年,英國科學家首次發現南極上空出現臭氧洞。1985年,美國的"雨云-7號"氣象衛星測到了這個臭氧洞。以后經過數年的連續觀測,進一步得到證實。據NASA報道,NASA的"Nimbus -7"衛星上的總臭氧測定記錄數據表明,近年來,南極上空的臭氧洞有惡化的趨勢。目前不僅在南極,在北極上空也出現了臭氧減少現象。NASA和歐洲臭氧層聯合調查組分別進行的測定都表明了這一點。 對于大氣臭氧層破壞的原因,科學家中間有多種見解。但是大多數人認為,人類過多地使用氯氟烴類化學物質(用CFCl表示)是破壞臭氧層的主要原因。由于臭氧層中臭氧的減少,照射到地面的太陽光紫外線增強,其中波長為240--329納米的紫外線對生物細胞具有很強的殺傷作用,對生物圈中的生態系統和各種生物,包括人類,都會產生不利的影響。 臭氧層破壞以后,人體直接暴露于紫外輻射的機會大大增加,這將給人體健康帶來不少麻煩。首先,紫外輻射增強使患呼吸系統傳染病的人增加;受到過多的紫外線照射還會增加皮膚癌和白內障的發病率。此外,強烈的紫外輻射促使皮膚老化。 臭氧層破壞對植物產生難以確定的影響。近十幾年來,人們對200多個品種的植物進行了增加紫外照射的實驗,其中三分之二的植物顯示出敏感性。一般說來,紫外輻射增加使植物的葉片變小,因而減少俘獲陽光的有效面積,對光合作用產生影響。對大豆的研究初步結果表明,紫外輻射會使其更易受雜草和病蟲害的損害。臭氧層厚度減少25%,可使大豆減產20~25%。 紫外輻射的增加對水生生態系統也有潛在的危險。紫外線的增強還會使城市內的煙霧加劇,使橡膠、塑料等有機材料加速老化,使油漆褪色等。
例題精講
例1.在硫酸工業中,通過下列反應使二氧化硫轉化為三氧化硫:
2SO2(g)+O2(g) ≒ 2 SO3(g);ΔH=-196.6KJ/mol
(1)該反應在__________(設備)中進行,這種生產硫酸的方法叫做________。
(2)在實際生產中,操作溫度選定400∽500℃,這是因為______________。
(3)硫酸工業選定壓強通常采用_____________,作出這種選擇的依據是______________________________。
[解析] (1)接觸室;接觸法。(2)溫度較低時,反應速率較;溫度過高,二氧化硫的轉化率會降低?紤]到催化劑在400-500℃時,活性最大,所以操作溫度選定在400-500℃。(3)常壓;在常壓下及400-500℃時,二氧化硫的轉化率已經很高,若加壓會增加設備、投資和能量消耗。
評注 本題主要考查應用化學反應速率和化學平衡原理解決實際工業生產問題的能力。
例2.接觸法制硫酸的爐氣組成是SO2占7%,O2占11%,N2占82%,現有100L混合氣體進入接觸室反應后,總體積變為97.2L。則該變化過程中SO2轉化率是
(A)50% (B)60% (C)70% (D)80%
[解析]解法一:設參加反應的二氧化硫體積為2x
2 SO2 + O2 ≒ 2 SO3 N2體積(L) 總體積(L)
開始時體積(L) 7 11 0 82 100
反應后體積 (L)7-2x 11-x 2x 82 100-x
根據題意100-x=97.2 x=2.8L
二氧化硫的轉化率為5.6L÷7L×100%=80%,答案為D。
解法二:設參加反應的二氧化硫體積為2x
2 SO2 + O2 ≒ 2 SO3 體積差(L)
2L 1L 2 L 1L
2X 100L-97.2L=2.8L X=2.8L
二氧化硫的轉化率為5.6L÷7L×100%=80%,答案為D。
例3.在下面的框圖中,固體A和B都由兩種相同的元素組成。在A、B中兩種元素的原子個數比分別為1/1和1/2。由D最終可制得E(酸)。
(1) 分析判斷A和B 各是什么物質,寫出各自的化學式。
(2)寫出①-⑦各步反應的化學方程式。
[解析] 本題屬于綜合推斷題。主要考查學生對元素化合物知識掌握的熟練程度及分析、推斷能力。
分析判斷A和B的方法有很多。
方法一:根據“固體A和B都由兩種相同的元素組成。在A、B中兩種元素的原子個數比分別為1:1和1:2,可從中學所學的組成關系類似的物質中尋找,以縮小范圍。A、B可能是FeS和FeS2。
方法二:根據“A和B煅燒時都生成C(固體)和D(氣體)”可知,在學過的物質中只有FeS和FeS2為滿足這一條件的化合物。
方法三:從淡黃色沉淀和紅褐色沉淀突破:兩化合物中含有共同的元素應是硫和鐵,不難知道A、B分別是FeS和FeS2。
[答案](1)A、B分別是FeS和FeS2。
(2)①:4FeS2+11O2=== 2Fe2O3+8SO2或4FeS+7O2=== 2Fe2O3+4SO2(高溫)②:2SO2+O2+2H2O=2H2SO4 ③:FeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑
④:SO2+2H2S=3S↓+2H2O ⑤:6FeSO4+3Br2=2Fe2(SO4)3+2FeBr3
⑥:Fe2(SO4)3+6KOH=2Fe(OH)3↓+3K2SO4 或FeBr3+3KOH= Fe(OH)3↓+3KBr⑦:2 Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
例4.將SO2和O2以體積比為1:3混合后,通入接觸室發生反應2SO2(g)+O2(g) ≒ 2 SO3(g), 達平衡時,在同溫、同壓下測得反應前與反應后混合氣體的密度之比為71:80。求SO2的轉化率?并回答SO2接觸氧化為SO3時不采取加壓措施的原因。
[解析] 這是一道關于化學平衡和轉化率的綜合計算題。根據相同條件下氣體的密度之比等于同體積氣體的質量之比,且反應前后質量守恒,可得出氣體的密度之比等于氣體體積的反比。 設反應前混合氣體中SO2的體積為1 L,O2 應為3 L達平衡時SO2的轉化的體積為x 。
2SO2(g)+O2(g) ≒ 2 SO3(g) 總體積
V/L(起始) 1 3 0 4L
V/L(轉化) 2x x 2x
V/ L(平衡)1-2x 3-x 2x 4-x
根據氣體的密度之比等于氣體體積的反比,可得:
71:80=(4-x):4 x=0.45L,則轉化的二氧化硫為0.9L,
二氧化硫的轉化率為:0.9L÷1L×100%=90%
在工業上不加壓,SO2的轉化率就達90% 以上,已經很高,若再加壓SO2的轉化率提高不大,但對設備的要求要提高許多,故沒有必要再加壓。。
例5.為了防治酸雨,減少煤燃燒時向大氣排放的SO2,工業上通過生石灰和含硫的煤混合使用可以“固硫”(避免硫化合物進入大氣),最后生成石膏。試回答:
(1)整個“固硫”反應所涉及的反應類型包括:①化合②分解③置換④復分解⑤氧化還原反應⑥非氧化還原反應⑦離子反應⑧非離子反應(分子反應)。其中正確的是
A.①⑤⑥⑦ B.①②③⑤⑧ C.①⑤⑥⑧ D.②④⑤⑦
(2) 第一步“固硫”反應的化學方程式中所需氣態物質的化學計量數之和為
A.1 B. 2 C.3 D.4
(3)比較此法與“石灰石粉末與含硫煤混合”法哪個更好些?為什么?
(4)你認為減少酸雨產生可采取的措施是
①少用煤作燃料②把工廠的煙囪造高 ③先將燃料煤脫硫 ④在土壤中加石灰防止酸化 ⑤開發新能源,避免含S、N的氧化物大量排放
A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤
[解析] (1) 在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反應是CaO+ SO2= CaSO3、2CaSO3+O2= 2CaSO4,可見所涉及到的反應類型有化合、氧化還原反應、非氧化還原反應和非離子反應。
(2)易錯選B。主要是不清楚哪一個反應是第一步“固硫”反應。
(3)有的學生誤答“石灰石粉末與含硫煤混合”法更好。忽略了石灰石分解為CaO需消耗很高能量,浪費煤,使生產成本提高。
(4)易錯選A、B或D。錯誤的原因是不能正確應用已有知識全面分析具體問題。把煙囪造高不能減少SO2的排放量;在土壤中施放石灰雖可中和酸雨造成的酸性,但由于生成CaSO4,長期使用會使土壤板結,影響土質。
[答案]⑴ C;⑵ A;⑶ 在含硫煤中加入生石灰的方法更好,因為此法節約煤,成本低;⑷ C
例6.某硫酸廠初步處理后的尾氣中含0.2% 的SO2和10% 的O2(均為體積分數)。為了進一步除去SO2,并將SO2轉變為(NH4)2SO4,有人設計了如下方案:在400℃時,尾氣以5 m3/h的速率通過V2O5的催化劑層后,與20 L/h速率的氨氣混合噴水。此時氣體溫度由400℃降至200℃,在熱的結晶裝置中得到(NH4)2SO4晶體(氣體的體積已轉為標準狀況)。請回答下列問題:
(1)按反應中的理論值,SO2和O2的體積比為2:1,但實際生產中這個比值是多少?為什么?
(2) 通過計算說明為什么尾氣以5 m3/h的速率與20 L/h速率的氨氣混合?
(3) 若該廠每天排放10000 m3尾氣,求該廠每月(按30天計算)可得到(NH4)2SO4的質量為多少?
[解析](1)根據2SO2+O2 ≒ 2 SO3,SO2和 O2按2:1(體積比)的理論值反應,但實際上v(SO2):v(O2)=0.2%:10%=1:50。根據化學平衡移動原理,增大廉價的氧氣的濃度,可使反應:2SO2(g)+O2(g) ≒ 2 SO3(g)向生成三氧化硫方向移動,這樣可以增大較貴重的二氧化硫的轉化率。
(2) 2NH3 - SO2
2 1
V(NH3) 5×103×0.2%L/h v(NH3)=20L/h
(3) 根據2SO2+O2 ≒ 2 SO3,以及SO3+H2O+2NH3=(NH4)2SO4
得關系式: SO2 - 2NH3- (NH4)2SO4
22.4L 132g
107L×0.2%×30 m[(NH4)2SO4]
m[(NH4)2SO4]=3.54×106g=3.54t
例7.含FeS265%的硫鐵礦在煅燒時有1.8%的硫損失而混入爐渣,二氧化硫轉化為三氧化硫的利用率為99%。由這種硫鐵礦制2t98%的硫酸,需硫鐵礦多少噸?
[解析]通過本題的計算進一步掌握物質純度,轉化率、產率的計算關系式,并在多步反應中找出量的相當式進行簡捷的計算。
題中65%為硫鐵礦的純度,有1.8%的硫損失也即是1.8%的FeS2損失,二氧化硫的利用率(轉化率)也即是FeS2的利用率。設需這種硫鐵礦的質量為x。
解法一:
FeS2
2H2SO4
120 2×98
x×65%(1-1.8%)×99% 2t×98% x=189.9t
解法二:
S
H2SO4
32 98
64/120x×65%×(1-1.8%)×99% 2t×98% x=189.9t
評注:確定關系式的關鍵是根據硫元素守恒。要注意運用某一種化合物中元素的損失率=該化合物的損失率。另外,耗損和利用率、產率和純度的關系要處理正確。關系式多用于工業生產中的計算題。
例8.某設計院承擔某硫酸廠的設計任務,該廠要求:①為了控制污染和提高生產效率,不再使用黃鐵礦,改用固體硫為原料。②改二次送風(鼓入空氣)為一次送風,即送風后使硫充分燃燒,并在下一步催化氧化時不再補充空氣。③每天生產50t98%的硫酸。④送風機每天輸送空氣的體積為5000m3/臺(標準狀況)。
(1)每天消耗含95%的固體硫多少噸?
(2)理論上應安裝多少臺送風機?
(3)固體硫充分燃燒后的混合氣體中氧氣的體積分數ф(O2)的下限為多少?
(4)實際安裝送風機的臺數應略多于理論數(不考慮損壞),為什么?能否過分增加送風機的臺數,為什么?(轉化過程不考慮損耗;固體硫中雜質與空氣不反應;空氣中氧氣的體積分數為21%)。
[解析](1)設需固體硫的質量為x。由關系式法:
S------H2SO4
32 98
x×95% 50t×98% 得 x=16.8t
(2)由反應原理:S+O2=SO2, SO2+1/2O2≒ SO3,SO3+H2O=H2SO4,可得總反應式:S+3/2O2+H2O=H2SO4,n(O2)=n(H2SO4) ×3/2=50×106g×98%÷98g·mol-1×3/2=7.5×105mol。故理論上需安裝送風機的臺數為:
眾所周知,全球變暖是由于“溫室效應”!皽厥倚笔窃鯓有纬傻哪? 在涼爽、清涼的日子,都知道溫室里的溫度大大高于室外溫度。這是因為溫室的保溫塑料薄膜使太陽能轉化的熱能進的多、出的少,所以溫度逐漸升高。地球大氣層里的二氧化碳、甲烷等氣體就象這個薄膜,使太陽輻射進的多而出的少,因而使地球表面的溫度逐漸升高。根據測定,大氣中的二氧化碳濃度每增加1倍,地球表面的大氣溫度就會升高1.5-4.5度。由于全世界工業和交通耗費大量的石油、煤炭、天然氣等能源,因此大氣中的二氧化碳正以每年1.5ppm的速度增加。
全球變暖使大氣、海洋環流規律變化,加劇“厄而爾尼諾”、“瑪尼娜”現象的危害,導致大面積旱、澇災害頻繁發生。長期干旱使非洲幾百萬人餓死,上億人營養不良。東南亞連年洪水使上千萬人流漓失所。 全球變暖還使極地冰川溶化,海平面上升。每升高1米,將使直接受影響的人口達10億,土地500萬平方米公里(占世界的三分之一)。同時還引發風暴潮、鹽水倒灌?梢娖湮:Χ嗝磭乐!
(1) 酸雨的定義
一般認為,酸雨是由于燃燒高硫煤排放的二氧化硫等酸性氣體進入大氣后,造成局部地區大氣中的二氧化硫富集,在水凝結過程中,溶解于水形成亞硫酸,然后經某些污染物的催化作用及氧化劑的的氧化作用生成硫酸,隨雨水降下形成酸雨.
酸雨的pH值一般少于5.6.
(2) 酸雨的危害
對人體健康的直接危害,硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部組織,引起肺水腫等疾病而使人致死.
引起河流、湖泊的水體酸化,嚴重影響水生動植物的生長.
破壞土壤、植被、森林.
腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料.
滲入地下,使水中鋁、銅、鋅、鎘的含量比中性地下水中高很多倍.
(3) 酸雨的治理
二氧化硫污染大氣的罪魁--煤,平均含硫量約為2.5%-3%。為治理煤燃燒時造成的二氧化硫污染,一種辦法是事先從煤中除去硫。但是只有一部分煤中的硫主要以黃鐵礦(FeS2)的形態存在;這樣的煤以脫硫工藝處理后其含硫量可降低到約為1%。大部分的煤中還含有較多的有機硫化合物,這樣的煤以脫硫平均只能除去原含硫量的約40%。
3.生產規模與廠址選擇
(1) 化工廠選址的因素
一般來說,現代化工生產要求有較大的生產規模;S廠址選擇是很復雜的問題,涉及原料、水源、能源、土地供應、交通運輸、環境保護和市場需求等諸多因素,應對這些因素綜合考慮,權衡利弊,才能作出合理的選擇。
化工廠廠址選擇一般應考慮下列因素:①是否有市場需求;②是否接近原料供應地;③土地供應是否充足;④水源是否充足;⑤能源是否充足且廉價;⑥交通運輸是否方便;⑦能否達到環境保護要求。
上述這些因素必須在遵循科學原則的基礎上,著重考慮綜合經濟效益,即要求最大限度地提高勞動生產率,降低成本,保護生態環境。
(2) 硫酸廠選址的因素
由于硫酸是腐蝕性液體,不便貯存和運輸,因此要求把硫酸廠建在靠近硫酸消費中心的地區,工廠規模的大小,主要由硫酸用量的多少決定;硫酸廠廠址應遠離水源和河流的上游,以免工廠的污水污染水源;也不要設置在城鎮和居民區盛行風向的上風地帶,以免工廠排放的大量煙塵和有害氣體污染城鎮的水源和大氣等。
2.能量的充分利用
許多化學反應是放熱反應;どa中應充分利用反應熱,這對于降低成本具有重要意義。硫酸廠生產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源。在硫酸生產過程中使用的熱交換器就是利用了反應所放出的熱量來加熱二氧化硫和氧氣的混合氣體,以節約能源。
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