6.3 化工生产（5大题型专项训练）化学沪科版必修第二册

6.3 化工生产 题型01 硫酸工业的主要原料与反应步骤 题型02 二氧化硫的转化率计算、尾气处理方式 题型03 绿色化学原则在化工中的应用 题型04 模拟硫酸工业中的热交换与能量利用 题型05 化工生产中的三废处理与资源循环利用 题型01 硫酸工业的主要原料与反应步骤 硫酸工业为典型的接触法制硫酸，工业生产需兼顾原料利用率与反应条件，核心为三步连续反应。 生产的主要原料为黄铁矿（主要成分为FeS₂，常用）、硫磺（纯度高，污染小），辅助原料为空气、水。 硫酸工业分三个核心反应步骤，均在专用设备中进行：第一步造气，黄铁矿或硫磺在沸腾炉中与空气反应生成SO₂；第二步催化氧化，SO₂在接触室中，以V₂O₅为催化剂、加热条件下被O₂氧化为SO₃；第三步吸收，SO₃在吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收（避免用水吸收形成酸雾），最终得到浓硫酸。 三步核心反应依次为：4FeS₂+11O₂高温2Fe₂O₃+8SO₂、2SO₂+O₂2SO₃、SO₃+H₂O=H₂SO₄。 【典例1】（24-25高一下·上海徐汇·期末）硫酸是重要的化工原料，被称为“化工之母”。工业上一般以硫磺或黄铁矿等为原料制备硫酸。下列有关说法正确的是 A．黄铁矿的主要成分FeS2中只含离子键 B．工业上SO2催化氧化需在高压条件进行 C．选择400～500℃是为了提高催化剂活性 D．将98.3％的浓硫酸换成水吸收效果更好 【答案】C 【分析】制硫酸涉及到下列反应：硫磺或黄铁矿在空气中燃烧生成二氧化硫，反应的化学方程式：S+O2=SO2或4FeS2+11O2 =2Fe2O3+8SO2，二氧化硫催化剂作用下加热反应生成三氧化硫，反应的化学方程式：2SO2+O2=2SO3，SO3+H2O=H2SO4，生产中用浓硫酸代替水吸收SO3，制得发烟硫酸，将发烟硫酸稀释后可制得浓硫酸。 【详解】A．中阳离子和阴离子间含离子键，S与S原子间含共价键，故A错误； B．工业上SO2催化氧化需在常压条件进行，故B错误； C．二氧化硫反应生成三氧化硫2SO2+O2=2SO3是放热反应，温度较高会使平衡逆向移动，不利于提高的转化率，选择400-500℃是因为V2O5作催化剂时保持催化活性较好，故C正确； D．吸收不能用水，用水会生成酸雾，会阻碍的吸收，故工业制硫酸用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以使吸收完全，事实上易溶于水，故D错误； 本题答案C。 【变式1-1】（24-25高二上·上海浦东新·期中）在给定条件下，下列制备过程涉及的物质转化均可实现的是 A．工业制硫酸： B．工业制漂白粉：饱和食盐水漂白粉 C．工业制硝酸： D．工业制烧碱： 【答案】C 【详解】A．工业制硫酸过程中，在高温和反应的产物为，需要在催化剂的条件下才能生成，无法一步生成，A错误； B．工业制漂白粉过程中使用石灰乳，即的悬浊液与反应制漂白粉。澄清石灰水中含量低，不适合用于工业生产，B错误； C．工业制硝酸包括通过催化氧化生成NO，NO氧化生成，与水反应生成。符合选项中的转化图，C正确； D．工业制烧碱通常采用电解食盐水法，方程式为。选项中的转化路线虽然在原理上可行，但金属钠成本过高，不适用于烧碱的工业生产，D错误； 故答案选C。 【变式1-2】（24-25高一上·上海·月考） 工业制硫酸中的一步重要反应是在下的催化氧化：，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法错误的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．提高反应时的温度，可以实现的完全转化 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．在上述条件下，不可能100%转化为 【答案】B 【详解】A．催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，提高单位时间内的生产效率，A正确； B．该反应是可逆反应，提高温度会使平衡逆向移动，SO2的转化率降低，无法完全转化，B错误； C．通过调节温度、压强等条件，可使平衡正向移动，提高反应程度（如降低温度或增大压强），C正确； D．可逆反应中反应物无法100%转化，SO2必然存在剩余，D正确； 故选B。 【变式1-3】（24-25高二下·上海·期中）下列有关物质的工业制备过程，在给定条件下能实现的是 A．冶炼铝： B．工业制硝酸： C．海带提碘： D．工业制硫酸： 【答案】B 【详解】A．AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，不能用电解无水AlCl3熔融液的方法冶炼Al，A不正确； B．工业制硝酸时，先将NH3催化氧化制得NO，再将NO用O2进一步氧化得NO2，NO2与一定量空气混合通入水中，便可制得HNO3，B正确； C．海带提碘时，先将海带灼烧成灰，灰分用水溶解，再通Cl2氧化，从而制得I2水，但乙醇与水互溶，不能作萃取剂，所以不能通过萃取提I2，C不正确； D．工业制硫酸时，以硫黄为原料，将硫黄燃烧，但只能生成SO2，不能生成SO3，D不正确； 故选B。 题型02 二氧化硫的转化率计算、尾气处理方式 SO₂的转化率计算是化工生产定量分析的核心，尾气处理则关乎环保达标，是工业生产的必要环节。 转化率计算核心公式：SO₂的转化率=已转化的SO₂物质的量÷起始的SO₂物质的量×100%，计算时需结合化学计量数，利用原料投料量或产物生成量进行推导。 硫酸工业尾气的主要成分为未反应的SO₂、O₂和N₂，其中SO₂为酸性有毒气体，直接排放会形成酸雨，必须处理后再排放。 常用尾气处理方式：① 氨水吸收法（主流），SO₂与氨水反应生成亚硫酸铵，再通入SO₂生成亚硫酸氢铵，二者均可作为化工原料；② 碱液吸收法，用NaOH等强碱溶液吸收，生成亚硫酸盐或亚硫酸氢盐；③ 催化还原法，在催化剂作用下用CO将SO₂还原为S，实现资源回收。 【典例2】（24-25高二上·上海浦东新·期中）以黄铁矿为原料来生产硫酸的工艺流程如图。下列说法正确的是 A．将黄铁矿粉碎的目的是增大接触面积，加快反应速率，提高原料的转化率 B．煅烧黄铁矿发生的反应为，还原产物只有 C．硫磺与过量氧气点燃，可直接生成三氧化硫 D．工业上也可以直接用水吸收制取硫酸 【答案】A 【分析】以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程，主要分为三个核心阶段。首先，将黄铁矿粉碎后与空气在高温下煅烧，生成二氧化硫，粉碎操作可增大接触面积，加快反应速率并提高原料利用率。其次，二氧化硫在400~500℃及五氧化二钒催化下，与氧气反应转化为三氧化硫，此为可逆反应，需控制条件以提升转化率。最后，三氧化硫不直接用水吸收，而是采用 98.3%的浓硫酸吸收，避免形成酸雾，确保吸收效率，最终制得硫酸。 【详解】A．将黄铁矿粉碎，能增大其与空气的接触面积，使反应更充分，从而加快反应速率并提高原料的转化率，A正确； B．在煅烧反应中，氧气作为氧化剂，被还原的氧元素存在于Fe2​O3​和SO2​中，故两者也都是还原产物，并非只有SO2​，B错误； C．硫磺与过量氧气点燃，反应生成的是SO2​，SO2​转化为SO3​需要在催化剂和加热条件下进行，不能直接生成，C错误； D．若直接用水吸收SO3​，会形成酸雾，导致吸收效率低，工业上采用 98.3% 的浓硫酸吸收 SO3​，D错误； 故选A。 【变式2-1】（24-25高二上·上海浦东新·期末）工业上用氧气和二氧化硫催化氧化合成三氧化硫：，下列有关说法错误的是 A．增大的浓度，可加快反应速率 B．达到平衡时，反应达到了最大限度 C．达到平衡时，的转化率为100% D．达到平衡时，正反应速率与逆反应速率相等 【答案】C 【详解】A．增大的浓度，单位体积内活化分子数增大，有效碰撞次数增多，反应速率加快，故A正确； B．达到平衡时，正、逆反应速率相等，平衡不再移动，反应达到了最大限度，故B正确； C．该反应是可逆反应，反应物不可能100%转化，故C错误； D．可逆反应中，正、逆反应速率相等时，反应达到平衡状态，故D正确； 答案选C。 【变式2-2】（24-25高二下·上海·期中）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 【详解】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2-3】（25-26高一下·上海静海·期中）下列关于工业合成氨反应的说法正确的是 A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率和平衡转化率 B．左右比室温更有利于合成氨的反应，提高的平衡转化率 C．合成氨采用，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间 【答案】D 【详解】A．催化剂只能加快反应速率，不影响平衡转化率，A错误； B．500℃高温会降低平衡转化率（因反应放热），但实际选择该温度是为了催化剂活性和反应速率，B错误； C．高压主要促进平衡正向移动，而非因催化剂活性，C错误； D．高压既提高转化率（平衡移动）又加快反应速率（浓度增加），缩短平衡时间，D正确； 故选D。 题型03 绿色化学原则在化工中的应用 绿色化学又称环境友好化学，核心是从源头上减少或消除化工生产的污染，而非末端治理，其原则贯穿化工生产全流程。 绿色化学核心原则为：原料无害化、反应原子经济性（反应物原子尽可能全部转化为生成物）、过程无污染、产品环境友好、能量合理化。 在化工生产中的具体应用：① 原料选择：硫酸工业中优先用硫磺代替黄铁矿，减少废渣（Fe₂O₃）产生；② 反应条件优化：选择高效催化剂，降低反应温度，减少能耗；③ 工艺改进：采用循环操作，将未反应的原料重新通入反应器，提高原料利用率；④ 产品设计：生产无毒、可降解的化工产品，避免二次污染。 绿色化学的核心目标：实现化工生产中污染零排放，兼顾经济效益与生态效益。 【典例3】（25-26高一下·上海·期中）党的二十大报告提出：“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。”下列做法不符合绿色化学理念的是 A．生产过程中“先污染后治理” B．提高化工生产中的能源利用率 C．研究开发可降解的高分子材料 D．用原子利用率100%的反应生产环氧乙烷 【答案】A 【详解】A．“先污染后治理” 违背了绿色化学从源头上减少或消除污染的理念。在生产过程中，污染物一旦产生，即使后续进行治理，也已经对环境造成了破坏，并且治理往往需要耗费大量的人力、物力和财力，还可能无法完全恢复环境原貌，A错误； B．提高化工生产中的能源利用率，能够减少能源的浪费，降低因能源生产和使用过程中产生的污染物排放，B正确； C．研究开发可降解的高分子材料，当这些材料废弃后，能够在自然环境中逐渐降解，避免了传统不可降解高分子材料造成的 “白色污染” 等环境问题，C正确； D．用原子利用率100%的反应生产环氧乙烷，意味着反应物中的原子全部转化为目标产物，没有副产物生成，最大限度地利用了资源，减少了废弃物的产生，D正确； 故答案选A。 【变式3-1】（25-26高一上·上海·期末）“绿色化学”又称清洁化学。下列有关措施或方法与“绿色化学”观念不吻合的是 A．推广使用燃料电池，减少燃油车的销售 B．新茶采摘前应多施农药，减少病虫害，促进地方经济发展 C．开发技术把废弃的生物质转化为动物饲料、工业化学品和燃料 D．化工生产中尽可能采用对人类和环境低毒或无毒的可行的合成路线 【答案】B 【分析】绿色化学的核心是从源头减少污染，强调原子经济性、使用无害原料、安全工艺及废物资源化。 【详解】A．燃料电池（如氢能）产物为水，无污染，替代燃油车可减少大气污染物（CO、等），符合绿色化学理念，A不符合题意； B．新茶采摘前多施农药，过量农药会残留于茶叶、土壤、水体等，通过食物链富集危害生态，且可能含致癌物，违背“预防污染”原则，不符合绿色化学理念，B符合题意； C．生物质（如秸秆）转化利用（如生物燃料）减少焚烧污染，实现资源循环，符合“废物再利用”要求，C不符合题意； D．用对人类和环境低毒或无毒的可行的合成路线能降低生产风险，符合“设计安全化学品”原则，D不符合题意； 故选B。 【变式3-2】（24-25高二上·上海浦东新·期末）化学与生活、生产、科技、环境等密切相关。下列说法正确的个数是 ①处方药的包装上印有“OTC”标识 ②胆矾可以和石灰乳混合制成一种常用的农药——波尔多液 ③碳酸氢钠、碳酸氢铵可以作为加工馒头、面包等食品的膨松剂 ④柠檬黄常用来作着色剂，改善食品色泽；卤制品中加入亚硝酸钠作为保鲜剂 ⑤乙烯为原料生产环氧乙烷：2CH2=CH2+O2符合“绿色化学”思想 ⑥石油裂化和裂解的目的是获取乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料 ⑦石油的分馏、煤的干馏、煤的液化都是化学变化 A．3 B．4 C．5 D．6 【答案】B 【详解】①处方药的包装上印有“R”标识，非处方药上印有“OTC”标识，①错误； ②由胆矾（五水硫酸铜，化学式为 CuSO4・5H2O）与石灰乳（主要成分为氢氧化钙）混合后可制成波尔多液，这是一种广泛使用的无机铜杀菌剂，②正确； ③加工馒头、面包和饼干等产品时，加入的一些膨松剂(如碳酸氢铵、碳酸氢钠)可中和酸并受热分解，产生大量气体，使面团疏松、多孔，生产的食品松软，易消化吸收，但是碳酸氢铵分解产生的氨气具有刺激性气味，若用量过多，会导致食品带有氨味，影响风味，因此通常用于水分较少的食品（如饼干、桃酥等），且需严格控制用量，③正确； ④着色剂可改善食品色泽，柠檬黄是常用的着色剂；亚硝酸钠有毒，在卤制品中加入亚硝酸钠，可以作为保鲜剂，但需控制用量，④正确； ⑤乙烯生产环氧乙烷：2CH2=CH2+O2反应产物唯一，原子利用率为100%，符合“绿色化学”思想，⑤正确； ⑥石油裂化的目的是提高轻质油（如汽油）的产量和质量，石油裂解的目的是获取乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料，⑥错误； ⑦石油的分馏是物理变化；煤的干馏、煤的气化和煤的液化都属于化学变化，⑦错误； 正确的有②③④⑤，共4个正确； 故答案选B。 【变式3-3】（24-25高二上·上海·期中）根据“绿色化学”的思想，某化学家设计了下列化学反应步骤： ① CaBr2＋H2OCaO＋2HBr   ② 2HBr＋HgHgBr2＋H2↑ ③ HgBr2＋CaOHgO＋CaBr2 ④ 2HgO2Hg＋O2↑ 下列关于该方案的相关叙述正确的是 A．该实验的目的是制取HBr B．该过程的副产品是Hg C．该过程得到的气体只有H2 D．该过程的本质是水的分解 【答案】D 【详解】A．HBr在反应①中生成，在②中被消耗，HBr是中间产物而非最终产物，因此实验目的不是制取HBr，A错误； B．Hg在反应中循环使用（在步骤②消耗，步骤④生成），是中间产物而非副产品，B错误； C．该过程得到的气体包括和（步骤②生成，步骤④生成），并非只有，C错误； D．通过将四个反应相加（①×2 + ②×2 + ③×2 + ④）可得总反应，本质是水的分解，D正确； 故答案选D。 题型04 模拟硫酸工业中的热交换与能量利用 硫酸工业为放热反应主导的工艺，热交换与能量利用是降低生产成本、实现节能的关键，核心设备为接触室。 硫酸工业中的放热环节：造气阶段黄铁矿燃烧剧烈放热，催化氧化阶段SO₂氧化为SO₃为可逆放热反应，两个环节均会释放大量热能。 接触室的热交换器是能量利用的核心装置，工作原理：将催化氧化阶段产生的热量，传递给进入接触室的冷原料气（SO₂和空气的混合气体），使冷原料气预热至反应所需温度，同时冷却反应后的高温气体，利于后续SO₃的吸收。 模拟实验中能量利用的关键：通过热交换装置实现余热回收，减少外部加热能耗，体现化工生产的节能原则，模拟时需关注热交换的方向性和热量利用率。 【典例4】（24-25高二上·上海·期中）下面是制备硫酸的工业流程： (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_______；每轮反应后进行热交换降温的目的是_______。 【答案】 二氧化硫和氧气的反应是放热反应 及时分离出三氧化硫并充分利用能量 【详解】（1） 是放热反应，所以通入催化剂层后，体系(剩余反应物与生成物)温度升高；每轮反应后进行热交换降温是为了在冷却产物气体的同时预热原料气体，从而提高能量的利用率，并及时分离出三氧化硫。 【变式4-1】（24-25高一下·上海徐汇·阶段练习）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。 【详解】（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4-2】（24-25高二上·上海浦东新·期末）利用金属矿渣(含有FeS2、SiO2及Cu2O)制备(NH4)2Fe(SO4)2晶体的流程如下。 已知：SiO2不与稀硫酸反应；Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O 下列说法不正确的是 A．“煅烧”过程中FeS2转化为Fe2O3的反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 B．若“酸浸”后溶液中无Fe2+，说明“煅烧”过程中Cu2O全部转化为CuO C．“还原”得到溶液中的离子主要有：Fe2+、 D．“过滤”后滤渣的成分为SiO2及铁屑 【答案】D 【分析】矿渣在空气中煅烧时，FeS2与空气中的氧气高温条件下反应生成Fe2O3和SO2、Cu2O与空气中氧气高温下反应转化为CuO；向煅烧渣中加入稀硫酸酸浸，金属氧化物溶于稀硫酸转化为可溶的硫酸盐，二氧化硅与稀硫酸不反应；向溶液中加入过量铁屑，硫酸铁溶液与铁反应生成硫酸亚铁、硫酸铜溶液与铁反应生成硫酸亚铁和铜，过滤含有二氧化硅、铁屑、铜的滤渣和硫酸亚铁溶液；硫酸亚铁溶液经多步转化制得硫酸亚铁铵。 【详解】A．由分析可知，煅烧时，二硫化铁与空气中的氧气高温条件下反应生成氧化铁和二氧化硫，反应的化学方程式为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，故A正确； B．如果煅烧过程中Cu2O没有全部转化为CuO，与酸反应之后会有单质铜生成，铜会与铁离子反应生成亚铁离子，如果没有亚铁离子，则说明煅烧过程中Cu2O没有全部转化为CuO，故B正确； C．由分析可知，还原所得溶液为硫酸亚铁溶液，所以溶液中的离子主要为Fe2+和，故C正确； D．由分析可知，过滤得到的滤渣的成分为二氧化硅、铁屑、铜，故D错误； 故选：D。 【变式4-3】（24-25高二上·上海·期中）工业上利用黄铁矿(FeS2)制取硫酸，其反应流程如下： 下列说法错误的是 A．反应①矿石粉碎的目的是提高反应速率 B．反应②中即使通入过量的氧气，也不能将SO2全部转化成SO3 C．接触室选择500℃左右的温度是因为比常温更有利于合成SO3 D．过量的氨水吸收SO2的化学方程式：2NH3·H2O+SO2=(NH4)2SO3+H2O 【答案】C 【分析】由图可知，黄铁矿粉碎后，通入空气高温煅烧生成二氧化硫，二氧化硫催化氧化转化为三氧化硫，三氧化硫被吸收生成硫酸； 【详解】A．将黄铁矿粉碎，增大反应物的接触面积，煅烧时可加快反应速率，A正确； B．SO2转化为SO3是可逆反应，即使通入过量的氧气，SO2不能完全转化为SO3，B正确； C．接触室选择500℃左右的温度是因为此时催化剂活性最大，C错误； D．过量的氨水吸收SO2生成亚硫酸铵和水，故D正确； 故选C。 题型05 化工生产中的三废处理与资源循环利 化工生产中的三废指废水、废渣、废气，三废处理是环保要求，资源循环利用则是提高经济效益的核心手段，二者结合是现代化工的发展趋势。 废气处理：除硫酸工业的SO₂尾气处理外，其他化工废气（如Cl₂、HCl）均采用酸性气体用碱液吸收、碱性气体用酸液吸收的原则，部分可转化为化工原料，实现变废为宝。 废渣处理：硫酸工业的黄铁矿废渣主要成分为Fe₂O₃，可用于炼铁，也可制备铁红颜料；化工废渣需先检测毒性，无毒废渣可综合利用，有毒废渣需无害化处理后再处置。 废水处理：化工废水含酸、碱、重金属离子等杂质，需依次进行中和处理（调节pH）、沉淀处理（除去重金属离子）、过滤吸附（除去悬浮物），达标后排放，部分中水可循环利用于生产冷却。 资源循环利用核心：将未反应的原料、反应副产物、余热、中水等重新引入生产流程，实现原料利用率最大化和废弃物最小化。 【典例5】（24-25高一下·上海·期末）“碳达峰・碳中和”是我国社会发展重大战略之一，甲烷化技术是循环再利用最有效的技术之一。 (1)一定温度下，向容积为的密闭容器中通入和，反应过程中各物质的量随时间变化的曲线如图所示： ①该反应的化学反应方程式：___________。 ②的平均反应速率是___________。 ③下列措施能增大该反应的反应速率的是___________(填编号)。 A．分离出产物水　　　　　B．恒容条件下充入         C．升高体系温度    　　　　D．恒容条件下充入 ④若向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的和发生上述反应，下列条件不能判断反应达到平衡状态的是___________(填编号)。 A．容器内压强不变　　　　　　　　B．混合气体的密度保持不变 C．的体积分数保持不变　　　D． (2)甲烷磷酸燃料电池是当前商业化发展最快的一种燃料电池。该电池使用浓磷酸作电解质，浓磷酸通常位于碳化硅基质中。其工作原理如图所示： ①该装置的能量转化形式为：___________。 ②该电池工作时的外电路电流方向是从___________(“电极a到电极b”或“电极b到电极a”)。 ③写出电极a的电极反应式___________。 【答案】(1) CD BD (2) 化学能转化为电能 电极b到电极a 【详解】（1）由图像可知，该反应为可逆反应，当t=6s时达到平衡，根据相同时间内物质的量变化之比=化学计量数之比，H2、CO2的减少量与CH4、H2O的增加量之比为（7-1）：（2-0.5）：1.5:3=4:1:1:2，故化学反应方程式为：； ②； ③A．分离出产物水,导致压强减小，化学反应速率减小，A错误； B．恒容条件下充入，导致反应物和生成物浓度减小，化学反应速率减小，B错误； C．升高体系温度，化学反应速率增大，C正确； D．恒容条件下充入，增大了反应物浓度，化学反应速率增大，D正确； 答案选CD； ④A．该反应前后气体系数之和不相等，因此恒温恒容的条件下，压强不变可以判定反应达到平衡状态，A不符合题意； B．混合气体的密度,m和V都为不变量，故为不变量，因此密度不变不能说明反应达到平衡状态，B符合题意； C．CH4的体积分数是变量，CH4的体积分数保持不变可以判定反应达到平衡状态，C不符合题意； D．平衡时正反应速率等于逆反应速率，不同物质的正逆反应速率之比应满足化学计量数之比，时反应达到平衡状态，故不能判定反应达到平衡状态，D符合题意； 答案选BD； （2）①甲烷磷酸燃料电池是将：化学能转化为电能； ②电极a是甲烷发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，故电极a为负极，电极b为正极，故电流方向：电极b到电极a； ③电极a是甲烷发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，故电极反应式为： 【变式5-1】（24-25高二上·上海青浦·期末）“氢经济”是“双碳”转型中非常关键的一环。大量安全制氢是关键技术之一、 方法一：工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应： 反应① 反应② (1)下列操作中，能提高平衡转化率的是___________。 A．增大的浓度 B．分离出CO C．恒温恒容下通入惰性气体 D．加入催化剂 (2)恒温条件下，1L密闭容器中，1mol 和1mol 反应达平衡时，的转化率为x，的物质的量为y mol，则反应①的平衡常数___________。(用x、y表示，并写出计算过程) 方法二：可利用金属硫化物催化下列反应，既可以除去天然气中的，又可以获得。   (3)的电子式为___________。 (4)该反应中元素电负性从大到小的排序为___________。 (5)该反应自发进行的条件是___________。 A．高温下容易自发 B．低温下容易自发 C．任何温度下都容易自发 D．任何温度下都不容易自发 (6)在恒温、恒容密闭容器中发生该反应，可判断该反应已经达到平衡的是___________。 A．混合气体的平均摩尔质量不变 B．混合气体的气味不变 C．密闭容器中混合气体的密度不变 D．与的速率之比为 (7)在恒温、体积为2L的恒容密闭容器中，通入4mol 和1mol 的混合气体，初始压强为8MPa，10min时体系的压强为8.8MPa，则0~10min内，___________。 (8)若在恒温、恒容的密闭容器中发生该反应，下列有关说法正确的是___________。 A．平衡移动，K不一定变化 B．和按投料反应，当和的物质的量之比不变时反应到达平衡 C．金属硫化物催化该反应的原理是降低活化能，增大活化分子百分数，增加单位时间内有效碰撞次数，从而加快反应速率 D．达到平衡后，缩小容器体积，正反应速率先减小后变大 (9)一种在酸性介质中进行天然气脱硫的原理示意图如下图所示，反应②的离子方程式为___________。 (10)由上图可知该天然气脱硫过程中起到催化剂作用的微粒是___________。 A． B． C． D． 方法三：“太阳能热化学循环制氢”是将太阳能转化成化学能，通过多个化学过程产生。如常见的铁氧化物循环制氢过程如图所示。 (11)写出反应II的化学方程式：___________。 (12)若该反应生成标准状况下5.6L氧气，转移电子数目为___________。 【答案】(1)B (2) (3) (4)S>C>H (5)A (6)B (7)0.025 (8)C (9)4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O (10)C (11) (12) 【详解】（1）A．增大甲烷的浓度，反应①的平衡向正反应方向移动，但甲烷的转化率减小，故A错误； B．分离出一氧化碳，反应②的反应物的浓度减小，平衡向逆反应方向移动，氢气的浓度减小，则反应①的生成物浓度都减小，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故B正确； C．恒温恒容下通入惰性气体，参与反应气体分压不变，则甲烷的转化率不变，故C错误； D．加入催化剂，化学反应速率加快，但平衡不移动，则甲烷的转化率不变，故D错误； 故答案为B； （2）由题目所给数据可建立三段式：、，则由三段式数据可知，1L容器中反应①的平衡常数为； （3）CS2与CO2互为等电子体，C最外层有4个电子，S最外层有6个电子，C与S之间形成两对共用电子对，电子式为； （4）非金属性越强，元素的电负性越大，该反应中元素电负性从大到小的排序为S>C>H； （5）反应CH4(g)+2H2S(g)=CS2(g)+4H2(g)的气体分子数增加，ΔS>0，已知ΔH>0，则该反应在高温条件下易自发进行，故答案为A； （6）A．由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，该反应是气体体积不变的反应，反应中混合气体的平均摩尔质量不变，则容器中混合气体的平均摩尔质量不变不能说明反应已达到平衡，故A错误； B．反应中只有H2S与CS2具有刺激性气味，且反应中含硫物质的物质的量减少，随着反应进行，气味减弱，因此混合气体的气味不变可以说明反应已达到平衡，故B正确； C．混合气体的质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不变，不能确定达到平衡状态，故C错误； D．没有说明CH4与CS2的速率是生成速率还是消耗速率，故D错误； 故答案为B； （7）设10min内CH4转化了xmol，可列出三段式：，恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，，解得，内，； （8）A．平衡常数K只受温度影响，平衡移动，可能是浓度或压强造成的，温度不变，则K不变，故A错误； B．CH4和H2S按1:2投料反应，根据CH4(g)+2H2S(g)=CS2(g)+4H2(g)可知CH4和H2S物质的量按1:2反应消耗，则CH4和H2S的物质的量之比一直不变，不能说明反应到达平衡，故B错误； C．催化剂通过降低反应的活化能来影响反应速率，金属硫化物催化该反应的原理是降低活化能，增大活化分子百分数，增加单位时间内有效碰撞次数，从而加快反应速率，故C正确； D．达到平衡后，缩小容器体积，反应物浓度瞬间增大，正反应速率先变大，缩小容器体积来增大压强，平衡正向移动，反应物浓度减小，正反应速率后变小，故D错误； 故答案为C； （9）由示意图可知，在脱硫过程中Fe2(SO4)3与H2S发生反应①：Fe2(SO4)3+H2S=2FeSO4+H2SO4+S↓，然后发生反应②：4FeSO4+O2+2H2SO4=Fe2(SO4)3+2H2O，离子方程式为：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O； （10）由示意图可知，在脱硫过程中Fe2(SO4)3与H2S发生反应①：Fe2(SO4)3+H2S=2FeSO4+H2SO4+S↓，然后发生反应②：4FeSO4+O2+2H2SO4=Fe2(SO4)3+2H2O，则总反应方程式为：2H2S+O2=2S↓+2H2O可知，Fe2(SO4)3是反应的催化剂，CH4未参与反应不是催化剂，故答案为C； （11）根据图示，反应II是Fe3O4在2500K、光照的条件下反应生成FeO和O2，反应的化学方程式为 （12）如图所示，反应I是FeO和H2O(g)在1000K得条件下生成Fe3O4和H2，反应的化学方程式为，反应II是Fe3O4在2500K、光照的条件下反应生成FeO和O2，反应的化学方程式为，由Fe3O4生成1molO2转移4mol电子，同时生成6molFeO，6molFeO与H2O(g)反应生成2molH2，因此具有如下计量关系：4e-~O2~2H2，因此在标准状况下生成5.6L氧气，转移电子数目为。 【变式5-2】（24-25高一下·上海·期末）硫酸是工业生产的重要原料，曾被誉为“工业之母”，广泛应用于石化、轻工、纺织、有色冶金、钢铁等行业。利用硫铁矿(主要成分)生产硫酸和绿矾()的工业流程示意图如图： (1)硫原子的结构示意图是_______，水分子的结构式是_______。 (2)下图是转化器，有关说法正确的是_______。 A．该装置能充分利用热能 B．进入转化器气体要净化操作 C．遇到上层催化剂时能达到的最大转化率 D．该装置a端出来的气体只有 (3)混合气体Ⅱ是从吸收塔的_______(选填“顶部”、“底部”或“中部”)，实际使用_______(填试剂名称)吸收。 (4)固体X是_______(填化学式)。操作a的过程为_______。 (5)处理制备硫酸时产生的尾气，下列说法错误的是_______。 A．可以用氨水吸收尾气 B．可以用石灰乳吸收并生产石膏 C．可以循环利用 D．可以设置超高空排放烟囱 (6)在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，平衡转化率随温度的变化如图所示。反应在5.0MPa、550℃时的_______。影响的因素有_______(任写两个)。 【答案】(1) H-O-H (2)AB (3) 底部 98.3%的硫酸 (4) Fe 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥 (5)D (6) 0.975 温度、压强 【分析】燃烧硫铁矿生成二氧化硫净化后得到混合气Ⅰ，二氧化硫在接触室中催化氧化生成三氧化硫得到混合气Ⅱ，三氧化硫在吸收塔中吸收、稀释后得浓硫酸；得到的烧渣加入硫酸和氧气得到含量硫、二氧化硅的固体和含硫酸铁的溶液Ⅰ，硫酸铁加入铁单质转化为硫酸亚铁且不引入新杂质得到溶液Ⅱ，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到绿矾。 【详解】（1）硫为16号元素，其原子的结构示意图是，H2O为共价化合物，其结构式是H-O-H。 （2）A．该装置利用反应放出的热量对初始反应物进行预热，能充分利用热能，A正确； B．进入转化器气体要净化操作，防止杂质使催化剂中毒，B正确； C．催化剂能加快反应速率，但是不能使平衡移动，不能提高物质转化率，C错误； D．二氧化硫和氧气生成三氧化硫的反应为可逆反应，该装置a端出来的气体中含有二氧化硫、氧气等，D错误； 故选AB。 （3）吸收塔中SO3如果用水吸收，发生反应：SO3+H2O=H2SO4，该反应为放热反应，放出的热量易导致酸雾形成，腐蚀设备，同时三氧化硫易溶于浓硫酸，所以工业上从吸收塔顶部喷洒98.3%的硫酸作吸收液，混合气体是从吸收塔的底部进入逆向吸收，最终得到“发烟”硫酸； （4）由分析可知，X是Fe，铁和铁离子反应生成亚铁离子，操作a的过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，从而得到绿矾。 （5）A．氨水显碱性，能吸收尾气中的二氧化硫、三氧化硫，A正确； B．氢氧化钙吸收二氧化硫、三氧化硫，亚硫酸钙氧化可以得到硫酸钙，用于生产石膏，B正确； C．未反用完的二氧化硫可以循环利用，从而充分利用资源，提高原理利用率，C正确； D．超高空排放烟囱仍然会排放有毒气体，导致污染，D错误； 故选D。 （6）增大压强平衡正向移动，SO2的平衡转化率增大，由图示可知，相同温度下， p3、p2、p1条件下SO2的平衡转化率增大，所以p1为5.0MPa，p3为0.5MPa，由图中数据可知，反应在5.0MPa、550℃时的0.975，合成三氧化硫的反应为放热反应，降温平衡正向移动，平衡转化率增大；合成三氧化硫的反应为气体体积减小反应，加压平衡正向移动，平衡转化率增大；其他条件相同，增大氧气的浓度，平衡转化率增大，分离出产物SO3，平衡正向移动，平衡转化率增大，影响的因素有温度、压强、反应物的浓度、生成物的浓度等。 【变式5-3】（24-25高一下·上海松江·期末）利用硫铁矿(主要成分)生产硫酸和绿矾()的工业流程示意图如图： 20．硫原子的结构示意图是___________，水分子的结构式是___________。 21．沸腾炉中，硫铁矿进行粉碎处理的目的是___________。 22．转化器中的催化剂是___________(填名称)，发生的主要反应是与的反应，其化学方程式是___________。 23．对于转化器中的催化氧化反应，下列说法错误的是___________。 A．使用催化剂能加快化学反应速率 B．增大压强(减小容器容积)对反应速率无影响 C．降低反应温度，化学反应速率减慢 D．增大浓度，化学反应速率增大 24．下图是转化器，有关说法正确的是___________。 A．该装置能充分利用热能 B．进入转化器气体要净化操作 C．遇到上层催化剂时能达到的最大转化率 D．该装置a端出来的气体只有 25．混合气体是从吸收塔的___________(选填“顶部”、“底部”或“中部”)，实际使用___________(填试剂名称)吸收。 26．制备硫酸时产生的尾气中含有、、，下列说法错误的是___________。 A．可以用氨水吸收尾气 B．可以用石灰乳吸收并生产石膏 C．可以循环利用 D．可以设置超高空排放烟囱 27．固体X是___________(填化学式)。加入固体X发生的反应离子方程式是___________。 【答案】20． H-O-H 21．增大接触面，提高反应速率 22． 五氧化二钒 23．B 24．AB 25． 底部 98.3%的硫酸 26．D 27． Fe 【分析】燃烧黄铁矿生成二氧化硫得到混合气Ⅰ，二氧化硫接触室中催化氧化和氧气生成三氧化硫得到混合气Ⅱ，三氧化硫在吸收塔中生成硫酸；得到烧渣加入硫酸和氧气得到含量硫、二氧化硅的固体和含硫酸铁的溶液Ⅰ，硫酸铁加入铁单质转化为硫酸亚铁且不引入新杂质得到溶液Ⅱ，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干得到绿矾； 20． 硫为16号元素，其原子的结构示意图是，水分子为共价分子，其结构式是H-O-H； 21．在沸腾炉中，原料黄铁矿是固体、空气是气体，为了加快反应速率，所以要将黄铁矿粉碎，增大接触面，提高反应速率； 22．转化器中的催化剂是为五氧化二钒，发生的主要反应是与催化氧化生成三氧化硫，其化学方程式是：； 23．A．使用催化剂能降低反应活化能，加快化学反应速率，A正确； B．增大压强(减小容器容积)可以增大反应物的浓度，增加反应速率，B错误； C．降低反应温度，活化分子比例减小，化学反应速率减慢，C正确； D．增大浓度，物质浓度增大，化学反应速率增大，D正确； 故选B。 24．A．该装置利用反应放出的热量对初始反应物进行预热，能充分利用热能，A正确； B．进入转化器气体要净化操作，防止杂质使得催化剂中毒，B正确； C．催化剂加快反应速率，但是不改变平衡移动，不能提高物质转化率，C错误； D．反应为可逆反应，该装置a端出来的气体中含有二氧化硫、氧气、，D错误； 故选AB。 25．吸收塔中SO3如果用水吸收，发生反应：SO3+H2O=H2SO4，该反应为放热反应，放出的热量易导致酸雾形成，阻隔在三氧化硫和水之间，阻碍水对三氧化硫的吸收；而浓硫酸的沸点高，难以气化，不会形成酸雾，同时三氧化硫易溶于浓硫酸，所以工业上从吸收塔顶部喷洒98.3%的硫酸作吸收液，混合气体是从吸收塔的底部进入，最终得到“发烟”硫酸； 26．A．氨水溶液显碱性，能吸收尾气中的二氧化碳、三氧化硫，A正确； B．氢氧化钙吸收二氧化硫、三氧化硫，在氧气条件下氧化可以得到硫酸钙，用于生产石膏，B正确； C．二氧化硫可以循环利用，从而充分利用资源，提高原理利用率，C正确； D．超高空排放烟囱仍然会排放有毒气体，导致污染，D错误； 故选D。 27．由分析可知，X是Fe，铁和铁离子反应生成亚铁离子，发生的反应离子方程式是：。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 6.3 化工生产 题型01 硫酸工业的主要原料与反应步骤 题型02 二氧化硫的转化率计算、尾气处理方式 题型03 绿色化学原则在化工中的应用 题型04 模拟硫酸工业中的热交换与能量利用 题型05 化工生产中的三废处理与资源循环利用 题型01 硫酸工业的主要原料与反应步骤 硫酸工业为典型的 ，工业生产需兼顾原料利用率与反应条件，核心为三步连续反应。 生产的主要原料为 主要成分为FeS₂，常用）、 （纯度高，污染小），辅助原料为空气、水。 硫酸工业分三个核心反应步骤，均在专用设备中进行：第一步 ，黄铁矿或硫磺在 中与空气反应生成SO₂；第二步 ，SO₂在 中，以 为催化剂、加热条件下被O₂氧化为SO₃；第三步 ，SO₃在 中用98.3%的 吸收（避免用水吸收形成酸雾），最终得到浓硫酸。 三步核心反应依次为：4FeS₂+11O₂高温2Fe₂O₃+8SO₂、2SO₂+O₂2SO₃、SO₃+H₂O=H₂SO₄。 【典例1】（24-25高一下·上海徐汇·期末）硫酸是重要的化工原料，被称为“化工之母”。工业上一般以硫磺或黄铁矿等为原料制备硫酸。下列有关说法正确的是 A．黄铁矿的主要成分FeS2中只含离子键 B．工业上SO2催化氧化需在高压条件进行 C．选择400～500℃是为了提高催化剂活性 D．将98.3％的浓硫酸换成水吸收效果更好 【变式1-1】（24-25高二上·上海浦东新·期中）在给定条件下，下列制备过程涉及的物质转化均可实现的是 A．工业制硫酸： B．工业制漂白粉：饱和食盐水漂白粉 C．工业制硝酸： D．工业制烧碱： 【变式1-2】（24-25高一上·上海·月考） 工业制硫酸中的一步重要反应是在下的催化氧化：，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法错误的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．提高反应时的温度，可以实现的完全转化 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．在上述条件下，不可能100%转化为 【变式1-3】（24-25高二下·上海·期中）下列有关物质的工业制备过程，在给定条件下能实现的是 A．冶炼铝： B．工业制硝酸： C．海带提碘： D．工业制硫酸： 题型02 二氧化硫的转化率计算、尾气处理方式 SO₂的转化率计算是化工生产定量分析的核心，尾气处理则关乎 ，是工业生产的必要环节。 转化率计算核心公式：SO₂的转化率= ÷ ×100%，计算时需结合化学计量数，利用 或 进行推导。 硫酸工业尾气的主要成分为未反应的SO₂、O₂和N₂，其中 为酸性有毒气体，直接排放会形成酸雨，必须处理后再排放。 常用尾气处理方式：① 氨水吸收法（主流），SO₂与氨水反应生成 ，再通入SO₂生成亚硫酸氢铵，二者均可作为化工原料；② 碱液吸收法，用NaOH等强碱溶液吸收，生成亚硫酸盐或亚硫酸氢盐；③ 催化还原法，在催化剂作用下用CO将SO₂还原为S，实现 。 【典例2】（24-25高二上·上海浦东新·期中）以黄铁矿为原料来生产硫酸的工艺流程如图。下列说法正确的是 A．将黄铁矿粉碎的目的是增大接触面积，加快反应速率，提高原料的转化率 B．煅烧黄铁矿发生的反应为，还原产物只有 C．硫磺与过量氧气点燃，可直接生成三氧化硫 D．工业上也可以直接用水吸收制取硫酸 【变式2-1】（24-25高二上·上海浦东新·期末）工业上用氧气和二氧化硫催化氧化合成三氧化硫：，下列有关说法错误的是 A．增大的浓度，可加快反应速率 B．达到平衡时，反应达到了最大限度 C．达到平衡时，的转化率为100% D．达到平衡时，正反应速率与逆反应速率相等 【变式2-2】（24-25高二下·上海·期中）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2-3】（25-26高一下·上海静海·期中）下列关于工业合成氨反应的说法正确的是 A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率和平衡转化率 B．左右比室温更有利于合成氨的反应，提高的平衡转化率 C．合成氨采用，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间 题型03 绿色化学原则在化工中的应用 绿色化学又称 ，核心是从源头上减少或消除化工生产的污染，而非末端治理，其原则贯穿化工生产全流程。 绿色化学核心原则为：原料 、反应 （反应物原子尽可能全部转化为生成物）、过程 、产品 、能量 。 在化工生产中的具体应用：① 原料选择：硫酸工业中优先用硫磺代替黄铁矿，减少 （Fe₂O₃）产生；② 反应条件优化：选择高效催化剂，降低反应温度，减少能耗；③ 工艺改进：采用 ，将未反应的原料重新通入反应器，提高原料利用率；④ 产品设计：生产无毒、可降解的化工产品，避免二次污染。 绿色化学的核心目标：实现化工生产中 ，兼顾经济效益与生态效益。 【典例3】（25-26高一下·上海·期中）党的二十大报告提出：“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。”下列做法不符合绿色化学理念的是 A．生产过程中“先污染后治理” B．提高化工生产中的能源利用率 C．研究开发可降解的高分子材料 D．用原子利用率100%的反应生产环氧乙烷 【变式3-1】（25-26高一上·上海·期末）“绿色化学”又称清洁化学。下列有关措施或方法与“绿色化学”观念不吻合的是 A．推广使用燃料电池，减少燃油车的销售 B．新茶采摘前应多施农药，减少病虫害，促进地方经济发展 C．开发技术把废弃的生物质转化为动物饲料、工业化学品和燃料 D．化工生产中尽可能采用对人类和环境低毒或无毒的可行的合成路线 【变式3-2】（24-25高二上·上海浦东新·期末）化学与生活、生产、科技、环境等密切相关。下列说法正确的个数是 ①处方药的包装上印有“OTC”标识 ②胆矾可以和石灰乳混合制成一种常用的农药——波尔多液 ③碳酸氢钠、碳酸氢铵可以作为加工馒头、面包等食品的膨松剂 ④柠檬黄常用来作着色剂，改善食品色泽；卤制品中加入亚硝酸钠作为保鲜剂 ⑤乙烯为原料生产环氧乙烷：2CH2=CH2+O2符合“绿色化学”思想 ⑥石油裂化和裂解的目的是获取乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料 ⑦石油的分馏、煤的干馏、煤的液化都是化学变化 A．3 B．4 C．5 D．6 【变式3-3】（24-25高二上·上海·期中）根据“绿色化学”的思想，某化学家设计了下列化学反应步骤： ① CaBr2＋H2OCaO＋2HBr   ② 2HBr＋HgHgBr2＋H2↑ ③ HgBr2＋CaOHgO＋CaBr2 ④ 2HgO2Hg＋O2↑ 下列关于该方案的相关叙述正确的是 A．该实验的目的是制取HBr B．该过程的副产品是Hg C．该过程得到的气体只有H2 D．该过程的本质是水的分解 题型04 模拟硫酸工业中的热交换与能量利用 硫酸工业为 主导的工艺，热交换与能量利用是降低生产成本、实现节能的关键，核心设备为接触室。 硫酸工业中的放热环节：造气阶段黄铁矿燃烧 ，催化氧化阶段SO₂氧化为SO₃为 ，两个环节均会释放大量热能。 接触室的 是能量利用的核心装置，工作原理：将催化氧化阶段产生的热量，传递给进入接触室的 （SO₂和空气的混合气体），使冷原料气预热至反应所需温度，同时冷却反应后的高温气体，利于后续SO₃的吸收。 模拟实验中能量利用的关键：通过热交换装置实现 ，减少外部加热能耗，体现化工生产的 ，模拟时需关注热交换的方向性和热量利用率。 【典例4】（24-25高二上·上海·期中）下面是制备硫酸的工业流程： (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_______；每轮反应后进行热交换降温的目的是_______。 【变式4-1】（24-25高一下·上海徐汇·阶段练习）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4-2】（24-25高二上·上海浦东新·期末）利用金属矿渣(含有FeS2、SiO2及Cu2O)制备(NH4)2Fe(SO4)2晶体的流程如下。 已知：SiO2不与稀硫酸反应；Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O 下列说法不正确的是 A．“煅烧”过程中FeS2转化为Fe2O3的反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 B．若“酸浸”后溶液中无Fe2+，说明“煅烧”过程中Cu2O全部转化为CuO C．“还原”得到溶液中的离子主要有：Fe2+、 D．“过滤”后滤渣的成分为SiO2及铁屑 【变式4-3】（24-25高二上·上海·期中）工业上利用黄铁矿(FeS2)制取硫酸，其反应流程如下： 下列说法错误的是 A．反应①矿石粉碎的目的是提高反应速率 B．反应②中即使通入过量的氧气，也不能将SO2全部转化成SO3 C．接触室选择500℃左右的温度是因为比常温更有利于合成SO3 D．过量的氨水吸收SO2的化学方程式：2NH3·H2O+SO2=(NH4)2SO3+H2O 题型05 化工生产中的三废处理与资源循环利 化工生产中的三废指 、 、 ，三废处理是环保要求，资源循环利用则是提高经济效益的核心手段，二者结合是现代化工的发展趋势。 废气处理：除硫酸工业的SO₂尾气处理外，其他化工废气（如Cl₂、HCl）均采用 、 的原则，部分可转化为化工原料，实现变废为宝。 废渣处理：硫酸工业的黄铁矿废渣主要成分为Fe₂O₃，可用于 ，也可制备铁红颜料；化工废渣需先检测毒性，无毒废渣可综合利用，有毒废渣需 后再处置。 废水处理：化工废水含酸、碱、重金属离子等杂质，需依次进行 调节pH）、 （除去重金属离子）、 （除去悬浮物），达标后排放，部分中水可 于生产冷却。 资源循环利用核心：将未反应的原料、反应副产物、余热、中水等重新引入生产流程，实现 和 。 【典例5】（24-25高一下·上海·期末）“碳达峰・碳中和”是我国社会发展重大战略之一，甲烷化技术是循环再利用最有效的技术之一。 (1)一定温度下，向容积为的密闭容器中通入和，反应过程中各物质的量随时间变化的曲线如图所示： ①该反应的化学反应方程式：___________。 ②的平均反应速率是___________。 ③下列措施能增大该反应的反应速率的是___________(填编号)。 A．分离出产物水　　　　　B．恒容条件下充入         C．升高体系温度    　　　　D．恒容条件下充入 ④若向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的和发生上述反应，下列条件不能判断反应达到平衡状态的是___________(填编号)。 A．容器内压强不变　　　　　　　　B．混合气体的密度保持不变 C．的体积分数保持不变　　　D． (2)甲烷磷酸燃料电池是当前商业化发展最快的一种燃料电池。该电池使用浓磷酸作电解质，浓磷酸通常位于碳化硅基质中。其工作原理如图所示： ①该装置的能量转化形式为：___________。 ②该电池工作时的外电路电流方向是从___________(“电极a到电极b”或“电极b到电极a”)。 ③写出电极a的电极反应式___________。 【变式5-1】（24-25高二上·上海青浦·期末）“氢经济”是“双碳”转型中非常关键的一环。大量安全制氢是关键技术之一、 方法一：工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应： 反应① 反应② (1)下列操作中，能提高平衡转化率的是___________。 A．增大的浓度 B．分离出CO C．恒温恒容下通入惰性气体 D．加入催化剂 (2)恒温条件下，1L密闭容器中，1mol 和1mol 反应达平衡时，的转化率为x，的物质的量为y mol，则反应①的平衡常数___________。(用x、y表示，并写出计算过程) 方法二：可利用金属硫化物催化下列反应，既可以除去天然气中的，又可以获得。   (3)的电子式为___________。 (4)该反应中元素电负性从大到小的排序为___________。 (5)该反应自发进行的条件是___________。 A．高温下容易自发 B．低温下容易自发 C．任何温度下都容易自发 D．任何温度下都不容易自发 (6)在恒温、恒容密闭容器中发生该反应，可判断该反应已经达到平衡的是___________。 A．混合气体的平均摩尔质量不变 B．混合气体的气味不变 C．密闭容器中混合气体的密度不变 D．与的速率之比为 (7)在恒温、体积为2L的恒容密闭容器中，通入4mol 和1mol 的混合气体，初始压强为8MPa，10min时体系的压强为8.8MPa，则0~10min内，___________。 (8)若在恒温、恒容的密闭容器中发生该反应，下列有关说法正确的是___________。 A．平衡移动，K不一定变化 B．和按投料反应，当和的物质的量之比不变时反应到达平衡 C．金属硫化物催化该反应的原理是降低活化能，增大活化分子百分数，增加单位时间内有效碰撞次数，从而加快反应速率 D．达到平衡后，缩小容器体积，正反应速率先减小后变大 (9)一种在酸性介质中进行天然气脱硫的原理示意图如下图所示，反应②的离子方程式为___________。 (10)由上图可知该天然气脱硫过程中起到催化剂作用的微粒是___________。 A． B． C． D． 方法三：“太阳能热化学循环制氢”是将太阳能转化成化学能，通过多个化学过程产生。如常见的铁氧化物循环制氢过程如图所示。 (11)写出反应II的化学方程式：___________。 (12)若该反应生成标准状况下5.6L氧气，转移电子数目为___________。 【变式5-2】（24-25高一下·上海·期末）硫酸是工业生产的重要原料，曾被誉为“工业之母”，广泛应用于石化、轻工、纺织、有色冶金、钢铁等行业。利用硫铁矿(主要成分)生产硫酸和绿矾()的工业流程示意图如图： (1)硫原子的结构示意图是_______，水分子的结构式是_______。 (2)下图是转化器，有关说法正确的是_______。 A．该装置能充分利用热能 B．进入转化器气体要净化操作 C．遇到上层催化剂时能达到的最大转化率 D．该装置a端出来的气体只有 (3)混合气体Ⅱ是从吸收塔的_______(选填“顶部”、“底部”或“中部”)，实际使用_______(填试剂名称)吸收。 (4)固体X是_______(填化学式)。操作a的过程为_______。 (5)处理制备硫酸时产生的尾气，下列说法错误的是_______。 A．可以用氨水吸收尾气 B．可以用石灰乳吸收并生产石膏 C．可以循环利用 D．可以设置超高空排放烟囱 (6)在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，平衡转化率随温度的变化如图所示。反应在5.0MPa、550℃时的_______。影响的因素有_______(任写两个)。 【变式5-3】（24-25高一下·上海松江·期末）利用硫铁矿(主要成分)生产硫酸和绿矾()的工业流程示意图如图： 20．硫原子的结构示意图是___________，水分子的结构式是___________。 21．沸腾炉中，硫铁矿进行粉碎处理的目的是___________。 22．转化器中的催化剂是___________(填名称)，发生的主要反应是与的反应，其化学方程式是___________。 23．对于转化器中的催化氧化反应，下列说法错误的是___________。 A．使用催化剂能加快化学反应速率 B．增大压强(减小容器容积)对反应速率无影响 C．降低反应温度，化学反应速率减慢 D．增大浓度，化学反应速率增大 24．下图是转化器，有关说法正确的是___________。 A．该装置能充分利用热能 B．进入转化器气体要净化操作 C．遇到上层催化剂时能达到的最大转化率 D．该装置a端出来的气体只有 25．混合气体是从吸收塔的___________(选填“顶部”、“底部”或“中部”)，实际使用___________(填试剂名称)吸收。 26．制备硫酸时产生的尾气中含有、、，下列说法错误的是___________。 A．可以用氨水吸收尾气 B．可以用石灰乳吸收并生产石膏 C．可以循环利用 D．可以设置超高空排放烟囱 27．固体X是___________(填化学式)。加入固体X发生的反应离子方程式是___________。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $