专题01 化工生产（考题猜想）（4大题型）-2024-2025学年高一化学下学期期中考点大串讲（沪科版2020）

专题01 化工生产 题型一 工业制取硫酸的反应原理及生产过程 题型二 硫酸工业中热能的合理利用 题型三 硫酸工业中的三废处理 题型四 硫酸工业中涉及的类似化工生产模型 ◆题型一 工业制取硫酸的反应原理及生产过程 解题要点 工业制取硫酸的反应： 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2↑ SO3 + H2O = H2SO4 【例1-1】工业上以硫铁矿为原料制硫酸的生产过程中，下列措施能提高硫酸产率的是 A．直接把矿石送入沸腾炉 B．沸腾炉中通入过量空气 C．对炉气进行除尘、洗涤、干燥处理 D．转化器内用催化剂 【答案】B 【解析】A．直接把矿石送入沸腾炉，反应不充分，不能提高硫酸产率，A错误； B．沸腾炉中通入过量空气，增大氧气浓度，反应向正反应方向进行，能提高硫酸产率，B正确； C．对炉气进行除尘、洗涤、干燥处理，可防止催化剂中毒，但不能提高硫酸产率，C错误； D．转化器内用催化剂不能改变平衡状态，只能改变反应速率，因此不能提高硫酸产率，D错误； 答案选B。 【例1-2】工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是 温度/℃ 不同压强下接触室中的平衡转化率/% 1MPa 10MPa 450 99.2 99.7 550 94.9 97.7 工艺流程 A．循环利用的物质是 B．为放热反应 C．吸收塔中使用98.3%的原因是其具有强氧化性 D．实际生产中，接触室中应采用温度550℃，压强10MPa 【答案】B 【解析】A．为可逆反应，未参与反应的二氧化硫可循环利用，A错误； B．由表知，在相同压强下，升高温度，二氧化硫的平衡转化率减小，则为放热反应，B正确； C．吸收塔中是为了吸收三氧化硫，不体现强氧化性，C错误； D．和两状态的平衡转化率相差不大，但压强大，对动力和设备要求高，所以实际生产中，450℃时，SO2的转化率更高，故接触室中应采用温度，压强，D错误； 答案选B。 【变式1-1】和是重要的工业产品，工业上合成氨以及氨氧化制硝酸的流程如图，下列说法错误的是    A．增大压强，可使合成塔中的原料气完全转化为 B．吸收塔中发生的反应有 C．可用溶液处理尾气中的氮氧化物 D．常温下，可用铁制容器盛装得到的浓硝酸，利用了钝化原理 【答案】A 【解析】A．“合成塔”中发生N2+3H22NH3，该反应为可逆反应，增大压强，虽然平衡向正反应方向进行，但不能完全转化为氨气，故A说法错误； B．根据上述分析，“吸收塔”中发生4NO+3O2+2H2O=4HNO3、4NO2+O2+2H2O=4HNO3，故B说法正确； C．碳酸钠与氮的氧化物之间的反应为NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2、2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2，故C说法正确； D．常温下，浓硝酸具有强氧化性，将铁的表面产生一层致密氧化薄膜，阻碍反应进行，因此常温下，可用铁制容器盛装浓硝酸，故D说法正确； 答案为A。 【变式1-2】填写工业制硫酸的相关内容： 生产阶段 化学方程式 工业设备 沸腾炉 转化 SO3+H2O=H2SO4 【答案】 造气 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 转化器 吸收 吸收塔 【解析】硫酸工业先后经历三个阶段，第一阶段为硫铁矿在沸腾炉中进行高温煅烧进行造气(即SO2和O2)，反应原理为：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，第二阶段是第一阶段造的原料气经过预热后进入转化器中进行催化转化，反应原理为：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，第三阶段是将第二阶段转化生成的气体通入吸收塔，用98.3%的浓硫酸进行吸收，反应原理为：SO3+H2O=H2SO4，故答案为：造气；4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2；2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)；转化器；吸收；吸收塔。 【变式1-3】用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16.8℃，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 + SO2↑ (1)根据实验需要，应该在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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、Ⅱ、Ⅲ处连接的装置分别是 、 、 。 (2)从乙处均匀通入O2，为使SO2有较高的转化率，实验中在：① 加热催化剂；② 滴加浓硫酸的顺序中，应采取的操作是先 后 (填编号)。在制取SO3的过程中，若温度过高，SO2的转化率会 (填“升高”、“不变”或“降低”)。 (3)有一小组在实验中发现，SO2气体产生缓慢，以致后续实验现象不明显，但又不存在气密性问题，请你根据以下推测的原因说明相应的验证方法。 ① Na2SO3已变质。验证方法 。 ② 甲中用稀H2SO4代替浓H2SO4。验证方法 。 (4)用a mol Na2SO3粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，继续通入O2一段时间后，测得装置Ⅲ增重了b g，则实验中SO2的转化率为 ％(用含a、b的代数式填写)。 【答案】(1) B A E (2) ① ② 降低 (3) 验证方法：取待测试样于试管中，加适量蒸馏水配成溶液，先滴入足量稀盐酸，再滴入BaCl2溶液有白色沉淀生成，则证明该Na2SO3固体变质 验证方法：用洁净玻璃棒蘸取待测试样，涂白纸不变黑，则证明该溶液不是浓硫酸 (4)％(或者％) 【解析】（1）Ⅰ装置必须要对二氧化硫进行干燥，可以用浓硫酸来干燥二氧化硫气体；SO3的熔点是16.8℃，可以用冰水冷却来获得三氧化硫；未反应掉的二氧化硫对空气会产生污染，可以用氢氧化钠溶液来进行尾气处理，故答案为：B；A；E； （2）为保证产生的二氧化硫尽可能多的转化为三氧化硫，应先加热催化剂再滴入浓硫酸；SO2转化成SO3的过程为放热，升高温度平衡向逆向移动，转化率SO2的转化率会降低， 故答案为：①；②；降低； （3）①Na2SO3变质变成Na2SO4，所以取待测试样于试管中，加适量蒸馏水配成溶液，先滴入足量稀盐酸，再滴入BaCl2溶液有白色沉淀生成，则证明该Na2SO3固体变质，故答案为：取待测试样于试管中，加适量蒸馏水配成溶液，先滴入足量稀盐酸，再滴入BaCl2溶液有白色沉淀生成，则证明该Na2SO3固体变质； ②浓硫酸具有脱水性，可用洁净玻璃棒蘸取待测试样，涂白纸不变黑，则证明该溶液不是浓硫酸，故答案为：用洁净玻璃棒蘸取待测试样，涂白纸不变黑，则证明该溶液不是浓硫酸； （4）根据硫原子守恒，Na2SO3～SO2～SO3，amolNa2SO3粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，应产生二氧化硫的质量为64ag，测得装置Ⅲ增重了bg，即为剩余二氧化硫的质量，所以参加反应的二氧化硫的质量为：64ag-bg，转化率α=×100%=％(或者％)，故答案为：％(或者％)。 ◆题型二 硫酸工业中热能的合理利用 解题要点 工艺措施 目的 沸腾炉外设置废热锅炉 回收高温废热，降低能耗 把热交换器置于转化器内 利用SO2转化为SO3时放出的热，预热进入转化器的原料气，降低能耗，加快化学反应速率，又使更多SO2转化为SO3。 【例2-1】在接触法产生H2SO4的过程中，对“废气、废水、废渣、余热”的处理不当的是 A．把烟囱加高，将废气直接排放 B．污水用石灰乳处理 C．废渣用来造水泥或炼铁 D．设置“废热”锅炉产生蒸气来供热或发电 【答案】A 【解析】A．烟囱加高，不能减少废气中有害物质，因此烟囱加高，不能将废气直接排放，故A符合题意； B．排放的污水中含有H2SO4，可用石灰乳处理，故B不符合题意； C．废渣中含有SiO2、Fe2O3等物质，可用于制造水泥、炼铁，实现废物再利用，故C不符合题意； D．硫酸工业的反应都是放热反应，不但可以自行提供能量，还可以向外界提供能量，以降低成本，故D不符合题意； 答案为A。 【例2-2】下面是以硫黄为原料制备硫酸的工业流程。已知SO₃的熔点是：16.8℃，沸点是44.8℃。 (1)通入催化剂层后，体系(剩余反应物与生成物)温度升高的原因在于 。 (2)每轮反应后都要进行热交换降温的目的是 。 【答案】(1)二氧化硫和氧气的反应是放热反应 (2)及时分离出三氧化硫并充分利用能量 【分析】将硫磺液化并在氧气中加热，发生反应：S+O2SO2，生成的SO2和氧气发生反应：2SO2+O22SO3，生成的SO3用浓硫酸吸收，以此解答。 【解析】（1）通入催化剂层后，体系(剩余反应物与生成物)温度升高的原因在于：二氧化硫和氧气的反应是放热反应； （2） 每轮反应后进行热交换降温的目的是：及时分离出三氧化硫并充分利用能量。 【变式2-1】已知氢氧化钙和碳酸钙在水中存在下列溶解平衡：Ca(OH)2(s) Ca2＋(aq)＋2OH-(aq)，CaCO3(s) CO (aq)＋Ca2＋(aq)。在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。为了除去有害气体SO2并变废为宝，常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气。 (1)写出上述两个反应的化学方程式： ①SO2与CaCO3悬浊液反应 ； ②SO2与Ca(OH)2悬浊液反应 。 (2)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的理由 。 (3)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地表面的SO2浓度。在上世纪的60～70年代的十年间，由发电厂排放的SO2增加了45%，但由于建造高烟囱的结果，地表面SO2浓度却降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取并简述理由： 。 【答案】(1) CaCO3＋SO2=CaSO3＋CO2 SO2＋Ca(OH)2=CaSO3＋H2O (2)由于Ca(OH)2的溶解度太小，澄清石灰水吸收SO2的效果不好 (3)不可取，这种方法虽然能减少地表面SO2的浓度，但SO2仍然存在，污染并未消除 【解析】（1）①SO2是酸性氧化物，与CaCO3悬浊液反应的方程式为CaCO3＋SO2=CaSO3＋CO2； ②SO2是酸性氧化物，与Ca(OH)2悬浊液反应的方程式为SO2＋Ca(OH)2=CaSO3＋H2O； （2）由于Ca(OH)2的溶解度太小，澄清石灰水吸收SO2的效果不好，因此用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水吸收； （3）由于这种方法虽然能减少地表面SO2的浓度，但SO2仍然存在，污染并未消除，因此是不可取的。 【变式2-2】硫酸最古老的生产方法是：把绿矾(FeSO4﹒7H2O)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色(Fe2O3)。写出这个变化的化学方程式 、SO3+H2O=H2SO4。 【答案】2[FeSO4·7H2O]Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O或2[FeSO4·7H2O]Fe2O3+SO2↑+H2SO4+13H2O 【解析】由于FeSO4·7H2O分解后的生成物中有SO2和Fe2O3，这说明发生的是氧化还原反应，硫元素化合价从+6价降低到+4价，铁元素化合价从+2价升高到+3价，根据电子的守恒，得出二者之比为1﹕1，再根据原子守恒可知还有水和三氧化硫生成（或硫酸），配平后的方程式为2[FeSO4·7H2O]Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O或2[FeSO4·7H2O]Fe2O3+SO2↑+H2SO4+13H2O。 【变式2-3】回答下列有关工业制硫酸的问题： (1)硫铁矿在煅烧时为什么要粉碎 ？ (2)从沸腾炉中出来的气体为什么要进行净化处理 ？ (3)进入反应器的原料气中为什么空气一般是过量的 ？ (4)在反应器中，理论上要高压，实际工业生产上为什么常压 ？ (5)从吸收塔中放出的尾气中为什么仍然含有二氧化硫 ？ (6)为什么用98.3%的浓硫酸吸收而不用水或稀硫酸吸收SO3 ？ (7)吸收SO3时，浓硫酸为什么要从上向下喷下来 ？ 【答案】(1)增大硫铁矿跟空气的接触面积，燃烧迅速且充分 (2)防止催化剂中毒，并且减少对设备的腐蚀 (3)增大反应物浓度，使平衡向正反应方向移动，提高二氧化硫转化率 (4)二氧化硫转化为三氧化硫的反应，在常压下转化率已经很高了，没有必要再使用高压 (5)二氧化硫的催化氧化是可逆反应，在吸收塔中，三氧化硫被吸收，尾气中剩余二氧化硫 (6)用水或稀硫酸吸收三氧化硫，容易形成酸雾，影响吸收效率，而浓硫酸具有不挥发性，吸收三氧化硫不会形成酸雾 (7)在吸收塔中，三氧化硫从塔的下部通入，浓硫酸从塔顶喷下，两者逆流接触，吸收充分 【解析】(1) 硫铁矿在煅烧时粉碎可增大硫铁矿跟空气的接触面积，燃烧迅速且充分； (2) 为防止催化剂中毒，并且减少对设备的腐蚀，需要对从沸腾炉中出来的气体进行净化处理； (3)为增大反应物浓度，使平衡向正反应方向移动，提高二氧化硫转化率，因此进入反应器的原料气中一般是过量的； (4)由于二氧化硫转化为三氧化硫的反应，在常压下转化率已经很高了，没有必要再使用高压，因此在反应器中实际工业生产上采用常压； (5)由于二氧化硫的催化氧化是可逆反应，在吸收塔中，三氧化硫被吸收，尾气中剩余二氧化硫，因此从吸收塔中放出的尾气中仍然含有二氧化硫； (6)由于用水或稀硫酸吸收三氧化硫，容易形成酸雾，影响吸收效率，而浓硫酸具有不挥发性，吸收三氧化硫不会形成酸雾，因此用98.3%的浓硫酸吸收而不用水或稀硫酸吸收SO3； (7)由于在吸收塔中，三氧化硫从塔的下部通入，浓硫酸从塔顶喷下，两者逆流接触，吸收充分，所以吸收SO3时，浓硫酸要从上向下喷下来。 ◆题型三 硫酸工业中的三废处理 解题要点 “三废” 主要成分 处理方法 废气 SO2、硫酸雾、颗粒物等 SO2+2NH3+H2O ═══ (NH4)2SO3 SO2+(NH4)2SO3+H2O ═══ 2NH4HSO3 2NH4HSO3+H2SO4 ═══ (NH4)2SO4+2SO2↑+2H2O 废液 H2SO4 Ca(OH)2＋H2SO4 ═══ CaSO4↓+2H2O 废渣 Fe2O3、FeS等 作为炼铁的原料； 制备铁的系列化工产品，如FeCl3、FeSO4、铁红等 【例3-1】硫酸的消耗量是衡量一个国家化学工业发展水平的标志。以硫铁矿(主要成分为)为原料生产。已知：(放热反应)。 (1)中铁元素的化合价为 。 (2)若要增大煅烧过程的反应速率，可采取的措施是 (任写一条即可)。 (3)工业生产硫酸的步骤2生产设备名称为 。 (4)下列关于硫酸工业制法的说法中错误的是 (填字母)。 A．原料气进入转化器前须净化，目的是防止催化剂中毒 B．用98.3%浓硫酸吸收可防止形成酸雾 C．用澄清石灰水吸收尾气中的硫的氧化物 【答案】(1)+2 (2)将黄铁矿粉碎；提高煅烧温度；多鼓入空气等 (3)接触室 (4)C 【解析】（1）FeS2中铁元素的化合价为+2。 （2）要增大煅烧过程的反应速率，可采取的措施是：将黄铁矿粉碎；提高煅烧温度；多鼓入空气等。 （3）工业生产硫酸的步骤2生产设备名称为接触室。 （4）A．原料气进入接触室前须净化，目的是防止催化剂中毒，A正确； B．用98.3%浓硫酸吸收可防止形成酸雾，B正确； C．微溶于水，澄清石灰水中含量少，吸收不充分，一般用氢氧化钠溶液吸收，C错误； 故选C。 【例3-2】某同学设计如图所示装置探究工业制硫酸转化器中的反应，并测定此条件下二氧化硫的转化率。实验时，装置D锥形瓶中溶液产生白色沉淀，装置E中溶液褪色。 回答下列问题： (1)装置B的三个作用是① ；② ；③通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例。 (2)实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热，其原因是 。 (3)D中锥形瓶盛放的溶液可以是(选填序号) 。 ①足量澄清石灰水        ②足量小苏打溶液 ③足量氯化钡溶液        ④足量稀硫酸 反应停止后，要通过测定装置D锥形瓶中产生的白色沉淀的量，得出已被氧化的二氧化硫的量，在滤出沉淀前必须进行的一步实验操作是(简述过程) 。 (4)若从锥形瓶溶液中得到的沉淀质量为m g，要测定该条件下二氧化硫的转化率，实验时还需要测定的数据是(选填序号) ，二氧化硫的转化率是 (用含有m、a、b  c、d中的一种或几种字母的代数式表示)。 ①装置F增加的质量a g ②装置A中亚硫酸钠减少的质量bg ③装置B增加的质量cg ④装置E增加的质量d g 【答案】(1) 干燥氧气和二氧化硫 使氧气和二氧化硫混合均匀 (2)该反应的正反应放热，温度过高平衡逆向移动，不利于三氧化硫的生成；且影响催化剂的活性 (3) ③ 继续通氧气，使装置中的三氧化硫和二氧化硫被D、E、F吸收 (4) ①④ 【分析】装置A制备二氧化硫，装置B干燥氧气和二氧化硫，同时混合二者，装置C中二氧化硫被氧气氧化为三氧化硫，装置D吸收三氧化硫，装置E检验二氧化硫的性质，装置F吸收尾气，据此解答。 【解析】（1）通过观察A装置可判断其作用除了冒气泡的速率来控制气体流量，还可以干燥氧气和二氧化硫，氧气和二氧化硫混合均匀； （2）由于该反应的正反应放热，温度过高平衡逆向移动，不利于三氧化硫的生成，且影响催化剂的活性，所以实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热； （3）由于进入装置D的气体有二氧化硫、三氧化硫和氧气，实验时，装置D锥形瓶中溶液产生白色沉淀，所以盛放的溶液是足量氯化钡溶液，答案选③；由于装置中有残留的气体，所以在滤出沉淀前必须进行的一步实验操作是继续通氧气，使装置中的三氧化硫和二氧化硫被D、E、F吸收； （4）从锥形瓶溶液中得到的沉淀质量为mg，则mg为硫酸钡沉淀，n（BaSO4）=n（SO3）=mol，已经知道转化了的二氧化硫，只要再告诉反应前的二氧化硫的物质的量或者反应后的二氧化硫的物质的量，就可以计算出二氧化硫的转化率，所以实验时还需要测定的数据为①装置F增加的质量a g、④装置E增加的质量d g，答案选①④；总的二氧化硫的物质的量是，所以二氧化硫的转化率为：。 【变式3-1】硫酸是十分重要的化工原料。工业上用黄铁矿又称为二硫化亚铁制备硫酸的工艺如下图所示。 (1)FeS2中硫元素的化合价是 。 (2)写出过程Ⅱ发生反应的化学方程式 。 (3)过程Ⅲ用98.3%的浓硫酸吸收SO3后再稀释为各种浓度的稀硫酸，写出浓硫酸稀释为稀硫酸的操作过程： 。 下图是模拟工业过程Ⅱ来探究SO2的催化氧化过程。 (4)装置甲的作用是 。 (5)装置丙中盛放的是18.4mol/L的浓硫酸，目的是 。反应结束后取1.0mL丙中的流液稀释为10.0mL的稀硫酸，滴加几滴酚酞试剂、缓慢加入1.0mol/L 的NaOH溶液，当混合溶液变红时，认为硫酸恰好完全反应，此时所用NaOH溶液体积大于 mL，说明SO2催化氧化时有SO3生成。 (6)装置丁的作用是吸收并检验SO2已除净，现象时酸性高锰酸钾红色变浅，写出反应的离子方程式 。 (7)装置戊中的现象是 ，说明SO2催化氧化时有O2剩余。 【答案】(1)-1 (2)2SO2+O2 2SO3 (3)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌 (4)干燥气体、混合气体、调节气体比例 (5) 吸收SO3 36.8 (6)5SO2+2+2H2O=5+2Mn2++4H+ (7)出现浅黄色沉淀或变浑浊 【分析】黄铁矿与空气在高温下煅烧，反应产生Fe2O3、SO2；在催化剂、加热的条件下，SO2与O2发生反应产生SO3；SO3被98.3%的浓硫酸吸收得到硫酸。在模拟工业过程Ⅱ来探究SO2的催化氧化过程时，装置甲的浓硫酸的作用是干燥气体、混合气体，并通过观察气泡来判断两种气体的混合比例；在装置乙中SO2、O2发生催化氧化反应产生SO3，装置丙中盛放的是18.4mol/L的浓硫酸，目的是吸收SO3气体；在装置丁中，用酸性KMnO4溶液氧化除去未反应的SO2；O2具有氧化性，会氧化戊装置中的Na2S，产生黄色的S沉淀而使溶液变浑浊，据此判断SO2催化氧化时有O2剩余。 【解析】（1）在FeS2中Fe为+2价，根据化合物中元素化合价代数和为0，可知S元素化合价为-1价。 （2）在反应过程Ⅱ中SO2、O2催化氧化反应产生SO3，该反应的化学方程式为：2SO2+O22SO3。 （3）由于浓硫酸的密度比水大，溶于水时会放出大量热量，所以浓硫酸稀释为稀硫酸的操作过程为将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，使热量迅速扩散，防止酸滴飞溅。 （4）装置甲中浓硫酸的作用是干燥气体、混合气体，通过观察气泡来调节气体混合比例。 （5）装置丙中盛放的是18.4mol/L的浓硫酸，目的是吸收SO3气体，防止形成酸雾；SO3与浓硫酸中的水反应生成H2SO4，1.0mL的18.4mol/L的浓硫酸中，n(H2SO4)= 18.4mol/L×0.001L=0.0184mol，若这些硫酸和NaOH完全反应，则n(NaOH)=2n(H2SO4)=2×18.4mol/L×0.001L=0.0368mol，V(NaOH)== 0.0368L=36.8mL，所若用NaOH溶液体积大于36.8 mL，则n(H2SO4)＞0.0184mol，说明SO2催化氧化生成SO3。 （6）SO2被氧化为，被还原为Mn2+，根据电子数守恒及原子守恒，可得出离子方程式：5SO2+2+2H2O=5+2Mn2++4H+。 （7）O2具有氧化性，会氧化戊装置中的Na2S，产生黄色的S沉淀而使溶液变浑浊，据此判断SO2催化氧化时有O2剩余。 【变式3-2】硫酸是工农业生产的重要化工原料。以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程如下图所示。 (1)燃烧前，黄铁矿需粉碎，目的是 。 (2)黄铁矿燃烧主要经过以下两个过程： I．分解：； Ⅱ．燃烧：、 。 (3)实验发现，在二氧化硫与氧气的反应中，无论怎样改变条件都不能使二氧化硫全部转化为三氧化硫，原因是 。 (4)空气中二氧化硫的简易测定方法如下图所示。 ①准确移取碘溶液，注入测定装置的试管中，加入滴淀粉溶液，此时溶液呈 色。 ②连接仪器，在测定地点慢慢抽气，每次抽气，直到溶液的颜色全部褪尽为止，共抽气n次。空气中二氧化硫的含量为 。 ③若空气中二氧化硫的允许含量以为标准，则抽气次数 次才符合标准，否则超标。 【答案】(1)增大固体与空气的接触面积，加快反应速率，使黄铁矿充分燃烧 (2) (3)该反应为可逆反应，有一定限度 (4) 蓝 80 【分析】黄铁矿粉碎后在空气中煅烧生成氧化铁和二氧化硫，二氧化硫和空气中氧气在催化剂作用下反应生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收生成硫酸。 【解析】（1）燃烧前，为了充分反应，提高原料利用率，因此黄铁矿需粉碎，其目的是增大固体与空气的接触面积，加快反应速率，使黄铁矿充分燃烧。 （2）分解生成的S2和氧气反应生成二氧化硫即方程式为。 （3）实验发现，在二氧化硫与氧气的反应中，无论怎样改变条件都不能使二氧化硫全部转化为三氧化硫，原因是根据方程式分析，该反应为可逆反应，有一定限度。 （4）①准确移取5mL5×10-4mol/L碘溶液，注入测定装置的试管中，加入2～3滴淀粉溶液，单质碘遇淀粉变为蓝色，则此时溶液呈蓝色。 ②抽气时溶液褪色，则二氧化硫和单质碘反应生成硫酸和氢碘酸，其反应的化学方程式是I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4。空气中二氧化硫的含量为mg·L-1。 ③若空气中二氧化硫的允许含量以0.02mg·L-1为标准即，解得n=80，则抽气次数n≥80次才符合标准，否则超标。 ◆题型四 硫酸工业中涉及的类似化工生产模型 【例4】硫酸工业中通过_______合理利用反应中产生的热量。 A．沸腾炉 B．净化器 C．热交换器 D．吸收塔 【答案】C 【解析 】在硫酸工业中，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫的反应是放热反应。为了合理利用这部分热量，通常会在接触室中设置热交换器。其作用是将反应释放的热量传递给未反应的冷气体(如SO2和O2的混合气体)，从而预热原料气体，减少外部能源消耗，同时维持反应所需温度(约400-500℃)。其他选项中，沸腾炉用于燃烧硫铁矿，净化器用于气体除尘，吸收塔用于吸收SO3，均不直接涉及热量回收。因此正确答案为C。 【变式4-1】下图为合成氨生产设备流程示意图。 2．下列说法错误的是___________。 A．为防止原料气中混有的杂质使催化剂“中毒”而丧失催化活性，原料气必须经过净化 B．压缩机加压过程，既要考虑平衡移动的问题，又要考虑加压对设备材料的强度设备的制造要求 C．合成氨反应的温度控制在500℃左右，此温度下反应物的平衡转化率最大 D．冷却过程，及时将从平衡混合物中分离除去，促使合成氨反应向生成氨气的方向移动 3．设备中设置热交换器的目的是 。 【答案】2．C 3．充分利用反应放出的热量，预热原料气体，节能 【解析】2．A．催化剂“中毒”会丧失催化活性，所以原料气必须经过净化处理，故A正确； B．加压，合成氨平衡向生成氨气的方向移动，但加压又要考虑对设备材料的强度、设备的制造要求的问题，故B正确； C．合成氨反应为放热反应，温度越低，平衡转化率越高，所以温度控制在500℃左右，不是因为此温度下反应物的平衡转化率最大，而是因为该温度下，催化剂的活性最大，故C错误； D．冷却过程，及时将分离除去，减小生成物浓度，可促使平衡向生成氨气的方向移动，故D正确； 故答案选C； 3．合成氨的反应为放热反应，为了充分利用反应所放出的能量，预热原料气体，达到节能的目的使用热交换器。 【变式4-2】硫酸是重要的化工产品，可用于生产化肥、农药、炸药、染料等。工业制硫酸的原理(反应条件和部分生成物已略去)如图所示： 回答下列问题： (1)中硫元素的化合价是 ，“过程I”发生的反应为，其中氧化产物是 (填化学式)。为了提高过程I的效率，可以采取的措施为 (答一条即可)。 (2)“过程II”中由制备的化学方程式为 。 (3)某企业利用下列流程(下图)综合处理工厂排放的含的烟气，以减少其对环境造成的污染。“吸收塔”中发生反应的化学方程式为 ，该流程中可循环利用的物质为 (填化学式)。图中的氨气来源于工业生产，而实验室制取的方法与其不同，写出实验室制取氨气的化学方程式 ，实验室制取氨气时常用的干燥剂为 (填名称)。 【答案】(1) -1 Fe2O3、SO2 将黄铁矿粉碎、适当升高温度等(答一条即可) (2) (3) SO2+(NH4)2SO3+H2O=2NH4HSO3 (NH4)2SO3、NH4HSO3 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑ 碱石灰 【分析】黄铁矿(FeS2)在空气中高温煅烧生成二氧化硫，二氧化硫经催化氧化生成三氧化硫，最后三氧化硫被98.3%的浓硫酸吸收得到高浓度的硫酸，据此解答。 【解析 】（1）中Fe元素化合价为+2价，则硫元素的化合价是-1价，“过程I”发生的反应为，该反应中被氧气氧化生成氧化铁和二氧化硫，Fe元素化合价由+2价升高到+3价，S元素化合价由-1价升高到+4价，则氧化产物是Fe2O3、SO2。为了提高过程I的效率，可以采取的措施为：将黄铁矿粉碎、适当升高温度等(答一条即可)； （2）“过程II”中由和O2反应生成，化学方程式为：； （3）由图中可知，“吸收塔”中亚硫酸铵溶液吸收二氧化硫反应生成亚硫酸氢铵，发生反应的化学方程式为：SO2+(NH4)2SO3+H2O=2NH4HSO3，由图可知，生成的NH4HSO3吸收氨气后又重新转化为(NH4)2SO3，则该流程中可循环利用的物质为(NH4)2SO3、NH4HSO3；实验室用氢氧化钙和氯化铵混合固体加热制取氨气，反应的化学方程式为：2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑，氨气为碱性气体，应用碱性干燥剂干燥氨气，则实验室制取氨气时常用的干燥剂为碱石灰。 【变式4-3】I．把6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中，在一定条件下发生反应：，经5min达到平衡，此时生成C为2mol，测定D的平均反应速率为0.1mol/(L·min)，计算： (1)B的转化率 。 (2)恒温达平衡时容器内的压强与开始时压强比 。 Ⅱ．化学电池在通讯，交通及日常生活中有着广泛的应用。 (3)碱性锌锰干电池(如图所示)是应用最普遍的电池之一，电池总反应为，碱性锌锰干电池的负极材料是 (填名称)，负极上发生的电极反应为 。若反应消耗13g负极材料，则电池中转移电子的物质的量为 mol。 (4)铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极格板都是惰性材料，电池总反应式为。下列说法正确的是_______(填标号)。 A．电解液中H2SO4的浓度始终保持不变 B．放电时正极上的电极反应式为 C．放电时，当外电路通过1mol电子时，理论上负极质量增加48g D．放电时，溶液中的SO向正极移动 【答案】(1)20% (2)1：1 (3) 锌 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 0.4mol (4)BC 【解析 】（1）根据题意可列三段式：，则B的转化率=，故答案为：20%。 （2）由C和D的变化物质的量之比2：2=1：1可得x=2，反应式中反应前后气体物质的量相等，因此恒温达到平衡时，容器内的压强与开始的压强比为1：1，故答案为：1：1。 （3）根据总反应式可知，金属锌失电子作负极；负极电极反应式为：；每消耗65gZn转移2mol电子，则每消耗13gZn，电池中转移的电子物质的量为=0.4mol，故答案为：锌；；0.4mol。 （4）A．硫酸参与反应生成硫酸铅和水，硫酸浓度降低，A项错误； B．PbO2得电子作正极，反应式为：，B项正确； C．负极反应式为，则每转移1mol电子，理论上负极质量增加，C项正确； D．原电池中阴离子向负极移动，D项错误； 答案选BC。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题01 化工生产 题型一 工业制取硫酸的反应原理及生产过程 题型二 硫酸工业中热能的合理利用 题型三 硫酸工业中的三废处理 题型四 硫酸工业中涉及的类似化工生产模型 ◆题型一 工业制取硫酸的反应原理及生产过程 解题要点 工业制取硫酸的反应： 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2↑ SO3 + H2O = H2SO4 【例1-1】工业上以硫铁矿为原料制硫酸的生产过程中，下列措施能提高硫酸产率的是 A．直接把矿石送入沸腾炉 B．沸腾炉中通入过量空气 C．对炉气进行除尘、洗涤、干燥处理 D．转化器内用催化剂 【例1-2】工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是 温度/℃ 不同压强下接触室中的平衡转化率/% 1MPa 10MPa 450 99.2 99.7 550 94.9 97.7 工艺流程 A．循环利用的物质是 B．为放热反应 C．吸收塔中使用98.3%的原因是其具有强氧化性 D．实际生产中，接触室中应采用温度550℃，压强10MPa 【变式1-1】和是重要的工业产品，工业上合成氨以及氨氧化制硝酸的流程如图，下列说法错误的是    A．增大压强，可使合成塔中的原料气完全转化为 B．吸收塔中发生的反应有 C．可用溶液处理尾气中的氮氧化物 D．常温下，可用铁制容器盛装得到的浓硝酸，利用了钝化原理 【变式1-2】填写工业制硫酸的相关内容： 生产阶段 化学方程式 工业设备 沸腾炉 转化 SO3+H2O=H2SO4 【变式1-3】用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16.8℃，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 + SO2↑ (1)根据实验需要，应该在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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、Ⅱ、Ⅲ处连接的装置分别是 、 、 。 (2)从乙处均匀通入O2，为使SO2有较高的转化率，实验中在：① 加热催化剂；② 滴加浓硫酸的顺序中，应采取的操作是先 后 (填编号)。在制取SO3的过程中，若温度过高，SO2的转化率会 (填“升高”、“不变”或“降低”)。 (3)有一小组在实验中发现，SO2气体产生缓慢，以致后续实验现象不明显，但又不存在气密性问题，请你根据以下推测的原因说明相应的验证方法。 ① Na2SO3已变质。验证方法 。 ② 甲中用稀H2SO4代替浓H2SO4。验证方法 。 (4)用a mol Na2SO3粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，继续通入O2一段时间后，测得装置Ⅲ增重了b g，则实验中SO2的转化率为 ％(用含a、b的代数式填写)。 ◆题型二 硫酸工业中热能的合理利用 解题要点 工艺措施 目的 沸腾炉外设置废热锅炉 回收高温废热，降低能耗 把热交换器置于转化器内 利用SO2转化为SO3时放出的热，预热进入转化器的原料气，降低能耗，加快化学反应速率，又使更多SO2转化为SO3。 【例2-1】在接触法产生H2SO4的过程中，对“废气、废水、废渣、余热”的处理不当的是 A．把烟囱加高，将废气直接排放 B．污水用石灰乳处理 C．废渣用来造水泥或炼铁 D．设置“废热”锅炉产生蒸气来供热或发电 【例2-2】下面是以硫黄为原料制备硫酸的工业流程。已知SO₃的熔点是：16.8℃，沸点是44.8℃。 (1)通入催化剂层后，体系(剩余反应物与生成物)温度升高的原因在于 。 (2)每轮反应后都要进行热交换降温的目的是 。 【变式2-1】已知氢氧化钙和碳酸钙在水中存在下列溶解平衡：Ca(OH)2(s) Ca2＋(aq)＋2OH-(aq)，CaCO3(s) CO (aq)＋Ca2＋(aq)。在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO2、O2、N2、CO2等。为了除去有害气体SO2并变废为宝，常常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气。 (1)写出上述两个反应的化学方程式： ①SO2与CaCO3悬浊液反应 ； ②SO2与Ca(OH)2悬浊液反应 。 (2)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的理由 。 (3)在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地表面的SO2浓度。在上世纪的60～70年代的十年间，由发电厂排放的SO2增加了45%，但由于建造高烟囱的结果，地表面SO2浓度却降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取并简述理由： 。 【变式2-2】硫酸最古老的生产方法是：把绿矾(FeSO4﹒7H2O)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色(Fe2O3)。写出这个变化的化学方程式 、SO3+H2O=H2SO4。 【变式2-3】回答下列有关工业制硫酸的问题： (1)硫铁矿在煅烧时为什么要粉碎 ？ (2)从沸腾炉中出来的气体为什么要进行净化处理 ？ (3)进入反应器的原料气中为什么空气一般是过量的 ？ (4)在反应器中，理论上要高压，实际工业生产上为什么常压 ？ (5)从吸收塔中放出的尾气中为什么仍然含有二氧化硫 ？ (6)为什么用98.3%的浓硫酸吸收而不用水或稀硫酸吸收SO3 ？ (7)吸收SO3时，浓硫酸为什么要从上向下喷下来 ？ ◆题型三 硫酸工业中的三废处理 解题要点 “三废” 主要成分 处理方法 废气 SO2、硫酸雾、颗粒物等 SO2+2NH3+H2O ═══ (NH4)2SO3 SO2+(NH4)2SO3+H2O ═══ 2NH4HSO3 2NH4HSO3+H2SO4 ═══ (NH4)2SO4+2SO2↑+2H2O 废液 H2SO4 Ca(OH)2＋H2SO4 ═══ CaSO4↓+2H2O 废渣 Fe2O3、FeS等 作为炼铁的原料； 制备铁的系列化工产品，如FeCl3、FeSO4、铁红等 【例3-1】硫酸的消耗量是衡量一个国家化学工业发展水平的标志。以硫铁矿(主要成分为)为原料生产。已知：(放热反应)。 (1)中铁元素的化合价为 。 (2)若要增大煅烧过程的反应速率，可采取的措施是 (任写一条即可)。 (3)工业生产硫酸的步骤2生产设备名称为 。 (4)下列关于硫酸工业制法的说法中错误的是 (填字母)。 A．原料气进入转化器前须净化，目的是防止催化剂中毒 B．用98.3%浓硫酸吸收可防止形成酸雾 C．用澄清石灰水吸收尾气中的硫的氧化物 【例3-2】某同学设计如图所示装置探究工业制硫酸转化器中的反应，并测定此条件下二氧化硫的转化率。实验时，装置D锥形瓶中溶液产生白色沉淀，装置E中溶液褪色。 回答下列问题： (1)装置B的三个作用是① ；② ；③通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例。 (2)实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热，其原因是 。 (3)D中锥形瓶盛放的溶液可以是(选填序号) 。 ①足量澄清石灰水        ②足量小苏打溶液 ③足量氯化钡溶液        ④足量稀硫酸 反应停止后，要通过测定装置D锥形瓶中产生的白色沉淀的量，得出已被氧化的二氧化硫的量，在滤出沉淀前必须进行的一步实验操作是(简述过程) 。 (4)若从锥形瓶溶液中得到的沉淀质量为m g，要测定该条件下二氧化硫的转化率，实验时还需要测定的数据是(选填序号) ，二氧化硫的转化率是 (用含有m、a、b  c、d中的一种或几种字母的代数式表示)。 ①装置F增加的质量a g ②装置A中亚硫酸钠减少的质量bg ③装置B增加的质量cg ④装置E增加的质量d g 【变式3-1】硫酸是十分重要的化工原料。工业上用黄铁矿又称为二硫化亚铁制备硫酸的工艺如下图所示。 (1)FeS2中硫元素的化合价是 。 (2)写出过程Ⅱ发生反应的化学方程式 。 (3)过程Ⅲ用98.3%的浓硫酸吸收SO3后再稀释为各种浓度的稀硫酸，写出浓硫酸稀释为稀硫酸的操作过程： 。 下图是模拟工业过程Ⅱ来探究SO2的催化氧化过程。 (4)装置甲的作用是 。 (5)装置丙中盛放的是18.4mol/L的浓硫酸，目的是 。反应结束后取1.0mL丙中的流液稀释为10.0mL的稀硫酸，滴加几滴酚酞试剂、缓慢加入1.0mol/L 的NaOH溶液，当混合溶液变红时，认为硫酸恰好完全反应，此时所用NaOH溶液体积大于 mL，说明SO2催化氧化时有SO3生成。 (6)装置丁的作用是吸收并检验SO2已除净，现象时酸性高锰酸钾红色变浅，写出反应的离子方程式 。 (7)装置戊中的现象是 ，说明SO2催化氧化时有O2剩余。 【变式3-2】硫酸是工农业生产的重要化工原料。以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程如下图所示。 (1)燃烧前，黄铁矿需粉碎，目的是 。 (2)黄铁矿燃烧主要经过以下两个过程： I．分解：； Ⅱ．燃烧：、 。 (3)实验发现，在二氧化硫与氧气的反应中，无论怎样改变条件都不能使二氧化硫全部转化为三氧化硫，原因是 。 (4)空气中二氧化硫的简易测定方法如下图所示。 ①准确移取碘溶液，注入测定装置的试管中，加入滴淀粉溶液，此时溶液呈 色。 ②连接仪器，在测定地点慢慢抽气，每次抽气，直到溶液的颜色全部褪尽为止，共抽气n次。空气中二氧化硫的含量为 。 ③若空气中二氧化硫的允许含量以为标准，则抽气次数 次才符合标准，否则超标。 ◆题型四 硫酸工业中涉及的类似化工生产模型 【例4】硫酸工业中通过_______合理利用反应中产生的热量。 A．沸腾炉 B．净化器 C．热交换器 D．吸收塔 【变式4-1】下图为合成氨生产设备流程示意图。 2．下列说法错误的是___________。 A．为防止原料气中混有的杂质使催化剂“中毒”而丧失催化活性，原料气必须经过净化 B．压缩机加压过程，既要考虑平衡移动的问题，又要考虑加压对设备材料的强度设备的制造要求 C．合成氨反应的温度控制在500℃左右，此温度下反应物的平衡转化率最大 D．冷却过程，及时将从平衡混合物中分离除去，促使合成氨反应向生成氨气的方向移动 3．设备中设置热交换器的目的是 。 【变式4-2】硫酸是重要的化工产品，可用于生产化肥、农药、炸药、染料等。工业制硫酸的原理(反应条件和部分生成物已略去)如图所示： 回答下列问题： (1)中硫元素的化合价是 ，“过程I”发生的反应为，其中氧化产物是 (填化学式)。为了提高过程I的效率，可以采取的措施为 (答一条即可)。 (2)“过程II”中由制备的化学方程式为 。 (3)某企业利用下列流程(下图)综合处理工厂排放的含的烟气，以减少其对环境造成的污染。“吸收塔”中发生反应的化学方程式为 ，该流程中可循环利用的物质为 (填化学式)。图中的氨气来源于工业生产，而实验室制取的方法与其不同，写出实验室制取氨气的化学方程式 ，实验室制取氨气时常用的干燥剂为 (填名称)。 【变式4-3】I．把6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中，在一定条件下发生反应：，经5min达到平衡，此时生成C为2mol，测定D的平均反应速率为0.1mol/(L·min)，计算： (1)B的转化率 。 (2)恒温达平衡时容器内的压强与开始时压强比 。 Ⅱ．化学电池在通讯，交通及日常生活中有着广泛的应用。 (3)碱性锌锰干电池(如图所示)是应用最普遍的电池之一，电池总反应为，碱性锌锰干电池的负极材料是 (填名称)，负极上发生的电极反应为 。若反应消耗13g负极材料，则电池中转移电子的物质的量为 mol。 (4)铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极格板都是惰性材料，电池总反应式为。下列说法正确的是_______(填标号)。 A．电解液中H2SO4的浓度始终保持不变 B．放电时正极上的电极反应式为 C．放电时，当外电路通过1mol电子时，理论上负极质量增加48g D．放电时，溶液中的SO向正极移动 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$