6.3 化工生产（同步讲义）化学沪科版必修第二册

本讲义聚焦工业制硫酸这一核心内容，系统梳理从反应原理（硫黄/硫铁矿造气、SO₂催化转化、SO₃吸收）到生产过程（原料选择、条件控制），再到三废处理与绿色化学的知识脉络，搭建化学反应速率与平衡原理应用的学习支架。 资料通过“即学即练”“实践应用”环节，结合压强温度对SO₂转化率影响的数据分析，培养科学思维与模型认知能力，强调“绿色高效”原则与三废处理，深化科学态度与责任。课中辅助教师教学，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第6章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化工生产 教学目标 1.结合典型化工反应，理解速率、平衡原理在生产中的综合应用。 2.分析压强、催化剂等条件的选择依据，提升模型认知与应用能力。 3.认识化工生产 “绿色高效” 的核心原则，深化化学服务社会的责任意识。 重点和难点 重点：运用速率与平衡原理分析化工生产条件的优化思路。 难点：平衡移动、反应速率与生产实际（产率、成本）的综合权衡。 ◆知识点一 工业制硫酸的反应原理和原料选择 1．二氧化硫的制取 如果以硫黄为原料，化学方程式为 S+O2SO2 。 如果以硫铁矿（FeS2）为原料，化学方程式为 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 。 2．二氧化硫的转化，化学方程式为 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 。 3．硫酸的生成，化学方程式为 SO3+H2O=H2SO4 。 根据工业制硫酸的反应原理，生产过程通常可以分为 造气 、 转化 、 吸收 三个主要阶段。 4．工业制硫酸的主要原料有 硫黄 、 硫铁矿 、冶炼烟气、硫化氢以及工业废气等。 5．以硫铁矿为原料制硫酸，生产中会产生“三废”（ 废气 、 废液 、 废渣 ），存在治理成本大，能耗高，硫资源利用低等问题， 硫黄 是生产硫酸的优质原料。 即学即练 1．工业上采用接触法制硫酸，其中在接触室进行的反应是 A．S + O2 SO2 B．4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 C．2SO2 + O22SO3 D．SO3 + H2O = H2SO4 【答案】C 【详解】接触法制硫酸是利用含硫矿物在沸腾炉中和氧气反应生成二氧化硫，二氧化硫在接触室中催化氧化为三氧化硫，三氧化硫被98.3%的硫酸在吸收塔中吸收得到硫酸。 故选C。 2．下列说法不正确的是 A．硫酸工业中采用98.3%的浓硫酸吸收 B．碳酸钠可用于造纸、制皂、制玻璃等工业 C．氯气与冷的石灰水反应制漂白粉 D．液氨汽化时吸收大量的热，可用作制冷剂 【答案】C 【详解】A．硫酸工业不用水吸收三氧化硫，而是采用98.3%的浓硫酸吸收，故A正确； B．碳酸钠和二氧化硅在高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳，因此碳酸钠可用于造纸、制皂、制玻璃等工业，故B正确； C．氯气与石灰乳反应制漂白粉，不用石灰水，故C错误； D．液氨常用作制冷剂是由于液氨汽化时吸收大量的热，故D正确。 综上所述，答案为C。 ◆知识点二 工业制硫酸的生产过程 1．SO2的制取与净化 工业上，可以燃烧硫黄制得SO2，也可以从冶炼烟气中获得SO2，还可以使用硫铁矿在 沸腾炉 中煅烧，得到SO2。SO2在进行转化之前，必须通过 除尘 、 干燥 等净化处理，要目的是防止 催化剂中毒 、 腐蚀设备 。 2．SO2氧化成SO3 这一步反应是在 转化器 里进行的，反应条件是 催化剂（V2O5），高温 。写出下图A、B、C三处气体的主要成分：A SO2、O2 ，B SO2、O2 ，C SO2、O2、SO3 。 3．SO3的吸收和硫酸的生成 工业上一般用 98.3%的浓硫酸 来吸收三氧化硫，若用水或稀硫酸吸收三氧化硫，容易形成 酸雾 ，影响吸收效率。 即学即练 3．工业制硫酸的原理示意图如图。下列说法正确的是 A．在空气中燃烧时，只有硫元素被氧化 B．转化为时，需要加入合适的还原剂 C．试剂X是蒸馏水 D．常温下，可以用铝制容器盛放浓硫酸 【答案】D 【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，二氧化硫催化氧化为三氧化硫，三氧化硫被浓硫酸吸收得到浓硫酸； 【详解】A．中铁元素的化合价为+2 价，硫元素的化合价为-1价，在空气中燃烧时，硫元素被氧化为二氧化硫、铁元素被氧化为氧化铁，A错误；    B．转化为时，二氧化硫被氧化，需要加入合适的氧化剂，B错误； C．三氧化硫与水反应会剧烈放热，易形成难以吸收的酸雾（硫酸小液滴），严重影响吸收效率，故吸收三氧化硫用浓硫酸而非水，C错误； D．常温下，浓硫酸和铝发生钝化阻碍了反应进行，可以用铝制容器盛放浓硫酸，D正确； 故选D。 4．物质的转化关系如图所示(部分转化条件略去)。下列有关说法正确的是 A．若物质A为金属单质，则物质D可能是NaOH B．若物质A为非金属固态单质，则物质D一定是 C．若物质D为，则物质A一定是 D．若物质D为，则物质A可能是溶液 【答案】A 【详解】A．若A为Na，在空气中反应变为B为Na2O，继续在空气中加热生成C为Na2O2，与水反应生成NaOH，故A正确； B．若A碳单质，与少量O2可以生成B为CO，再与O2反应生成C为CO2，与水反应生成H2CO3，故B错误； C．若D为HNO3，A可以是NH3，发生催化氧化生成NO，再与O2反应生成NO2，与水反应生成HNO3，故C错误； D．若D为H2SO4，A应为H2S气体，与O2反应生成SO2，催化氧化生成SO3，再与水生成H2SO4，故D错误； 答案选A。 5．工业上常用硫黄或黄铁矿为原料来制备硫酸，工业流程如下。 下列说法正确的是 A．步骤①粉碎硫黄或黄铁矿可以增大接触面积，加快反应速率 B．步骤①增大氧气的用量可以直接将硫元素转化成，可以免去步骤② C．工业上M常用水吸收制取 D．常温下，铁与浓硫酸不反应，可以用铁罐存储运输浓硫酸 【答案】A 【分析】黄铁矿粉碎后与空气混合加热，发生氧化还原反应产生Fe2O3、SO2，将SO2与空气混合净化后加热到400-500℃，在V2O5催化下反应产生SO3，SO3被98.3%的浓硫酸吸收后产生H2SO4，据此分析解题。 【详解】A．步骤①将黄铁矿粉碎的目的是增大接触面积，从而加快反应速率，提高原料的转化率，故A正确； B．步骤①增大氧气的用量不能使S元素转化为SO3，不能免去步骤②，故B错误； C．工业上M常用98.3%的浓硫酸吸收SO3制取H2SO4，故C错误； D．常温下，浓硫酸与铁发生钝化生成致密的氧化膜，故可以用铁罐存储运输浓硫酸，故D错误； 答案选A。 ◆知识点三 硫酸工业中热能的合理利用和硫酸工业中的三废处理 1.硫酸工业中热能的合理利用 硫酸生产过程中的三个反应都是 放 热反应，为了充分利用这些热量，在生产过程中，沸腾炉外设置 废热锅炉 回收高温废热，把 热交换器 和转化器合为一体，将二氧化硫转化为三氧化硫时放出的热量及时导出用来 预热进入转化器的原料气 。 2．废气：硫酸工业的尾气中含有的有毒气体是 SO2 ，用氨酸法处理尾气的化学方程式分别为： SO2+2NH3+H2O==(NH4)2SO3 ， SO2+(NH4)2SO3+H2O==2NH4HSO3 ， 2NH4HSO3+H2SO4==(NH4)2SO4+SO2↑+2H2O 。 3．废水：没有被污染的冷却水可以被 循环利用 ；若排出的是酸性废水，一般使用石灰乳等中和处理，反应的离子方程式为 2H++Ca(OH)2==Ca2++2H2O 。 4．废渣：以硫铁矿为原料生产硫酸，废渣的主要成分是 氧化铁 、硫化亚铁及少量有害物质。用废渣可以炼制的金属是 铁 。 即学即练 6．处理制备硫酸产生的“三废”时，下列说法错误的是 A．可以用氨水吸收尾气 B．可以用石灰乳处理废液并生产石膏 C．可以循环利用尾气中的SO2 D．可以用98.3%的浓硫酸吸收尾气中的SO2 【答案】D 【详解】A．氨水溶液显碱性，能吸收尾气中的SO2、SO3，A正确； B．氢氧化钙吸收SO2、SO3分别转化为CaSO3、CaSO4，CaSO3在氧气条件下氧化可以得到CaSO4，用于生产石膏，B正确； C．SO2可以循环利用，从而充分利用资源，提高原料利用率，C正确； D．可以用98.3%的浓硫酸吸收尾气中的SO3，而非SO2，D错误； 故选D。 7．的过度排放会引起酸雨等一系列环境问题。下列措施中可用于减少排放量，且经济可行的是 A．用烧碱中和土壤的酸性 B．将工厂的烟囱造高 C．使用萃取煤炭中的硫 D．煤中添加生石灰固硫 【答案】D 【详解】A．用烧碱中和土壤的酸性，属于治理酸雨危害的后续措施，并不能减少的排放，且烧碱成本高，可能破坏土壤结构，A不符合题意； B．将工厂烟囱造高，仅扩散污染物到更远区域，无法减少的总排放量，B不符合题意； C．使用萃取煤炭中的硫，煤炭中的硫多以化合物形式存在，难以有效萃取，且有毒、成本高，经济性和可行性不足，C不符合题意； D．煤中添加生石灰固硫，生石灰（CaO）与燃烧生成的反应生成，有效减少排放，且生石灰廉价易得，经济可行，D符合题意； 故答案选D。 ◆知识点四 绿色化学 1. 核心：利用化学原理从源头上消除和减少工业生产对环境造成的污染。 2. 特征：①采用无毒无害的原料；②在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行；③产品应该是环境友好的；④具有理想的“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。 3. 原子经济性：原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为原子利用率＝×100%。 原子经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。 即学即练 8．双碱法脱除烟气中的过程如下图所示。下列说法中，不正确的是 A．是一种酸性氧化物，能与碱反应生成盐和水 B．过程Ⅰ中，生成物只有 C．过程Ⅱ中，硫元素的化合价发生改变 D．脱除的过程中，可以循环利用 【答案】B 【详解】A．SO2是酸性氧化物，能与碱（如NaOH）反应生成盐（如Na2SO3）和水，A正确； B．过程Ⅰ中，SO2与NaOH反应，化学方程式为SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O，生成物有Na2SO3和H2O，并非只有Na2SO3，B不正确； C．过程Ⅱ中Na2SO3（S为+4价）与Ca(OH)2、O2反应生成CaSO4（S为+6价），硫元素化合价从+4升高到+6，硫元素化合价发生改变，C正确； D．过程Ⅰ消耗NaOH生成Na2SO3，过程Ⅱ中Na2SO3与Ca(OH)2、O2反应又生成NaOH，故NaOH可循环利用，D正确； 故选B。 9．下列实验或叙述不符合绿色化学理念的是 A．制时先将Cu氧化成CuO后再与稀硫酸反应 B．采用银作催化剂，乙烯和氧气反应制取环氧乙烷，原子利用率100% C．用乙醇代替汽油作汽车燃料 D．用稀硝酸和铜制取 【答案】D 【详解】A．制CuSO4时先将Cu氧化成CuO后再与稀硫酸反应，反应为CuO+H2SO4=CuSO4+ H2O，无副产物，原子利用率高，符合绿色化学理念，A不符合题意； B．采用银作催化剂，乙烯和氧气反应制取环氧乙烷，原料中的原子全部转变成所需要的产物，不产生副产物，无污染，符合绿色化学理念，B不符合题意； C．用乙醇代替汽油作汽车燃料，乙醇燃烧产物较清洁（主要为CO2和H2O），减少有害气体排放，符合绿色化学理念，C不符合题意； D．用稀硝酸和Cu制取Cu(NO3)2，反应生成有毒气体NO，不符合绿色化学理念，D符合题意； 故选D。 10．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措，下列做法违背发展低碳经济的是 A．开发氢能和太阳能等新能源 B．开发回收二氧化碳的技术 C．提高原料利用率，发展绿色化学 D．用小汽车代替自行车出行 【答案】D 【详解】A．开发氢能和太阳能等新能源，可减少化石燃料消耗，降低碳排放，符合低碳经济理念，A正确； B．开发回收二氧化碳的技术，有助于减少温室气体排放，促进碳循环，符合低碳经济理念，B正确； C．提高原料利用率，发展绿色化学，能减少资源浪费和污染，实现高效清洁生产，符合低碳经济理念，C正确； D．用小汽车代替自行车出行，会增加化石燃料消耗和二氧化碳排放，违背节能减排原则，不符合低碳经济理念，D错误； 故答案选D。 11．下面反应符合绿色化学的是 A．工业制取氢氧化钠 B．实验室制取HCl C．氢氧燃料发动机的主要反应 D．氢弹的爆炸 【答案】C 【详解】A．工业制取氢氧化钠（如电解饱和食盐水），会产生氢气、氯气等副产物，且氯气是有毒气体，不符合绿色化学理念，A不符合题意； B ．实验室制取（如氯化钠与浓硫酸共热），会产生酸性气体，且原子利用率不高，有污染物排放，B不符合题意； C ．氢氧燃料发动机的主要反应（），反应物完全转化为水，无副产物，无污染，原子利用率100%，符合绿色化学，C符合题意； D． 氢弹的爆炸属于核聚变反应，会产生巨大能量和放射性物质，是核反应而非化学反应，且有严重的环境危害，不符合绿色化学，D不符合题意； 故答案选C。 一、化工生产中的化学平衡 1)合成氨的反应原理：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）＋Q 合成氨工业条件：高温——加快反应速率，该温度下催化剂活性最高。　 催化剂铁触媒——加快反应速率　 高压——使平衡向正反应，同时加快反应速率 　　　　　 循环利用——减少成本 及时分离氨气——使平衡向正反应，提高反应物转化率(注意不能加快反应速率) 2)SO3的反应原理：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) △Q＝196.6 kJ/mol 硫酸工业条件：高温——加快反应速率，在该温度下催化剂活性最高　 催化剂V2O5——加快反应速率 常压——常压下转化率已经很高了，高压设备要求高，降低成本 实践应用 1．下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析不正确的是 ①步骤②中“加压”可以加快反应速率 ②步骤②采用的压强是 因为在该压强下铁触媒的活性最大 ③目前，步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右 ④步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 【答案】B 【分析】氮气和氢气催化合成氨，液化分离出氨气，剩余氮气和氢气循环利用； 【详解】①步骤②中“加压”使得压强增大，反应速率增大，正确； ②步骤②采用的压强是 只是为了加快反应速率，并不是该压强下催化剂的活性最大，错误； ③工业合成氨反应一般采用500℃左右，因为催化剂在500℃时活性最强，而不是700℃左右，错误； ④合成氨反应是可逆反应，反应物不能反应完全，步骤④⑤将未反应完全的氢气和氮气通过液化和氨气分离开来，循环使用，有利于提高原料的利用率，能节约生产成本，正确； 故选B。 2．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。 3．氨广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域。关于工业合成氨，下列叙述错误的是 A．考虑到动力和生产设备的要求，并兼顾化学反应速率和限度，应选择合适的压强 B．考虑到催化剂的活性、化学反应速率和限度，应选择合适的温度 C．一定条件下 2.8 g N2 和 0.3 mol H2充分反应生成 0.6 mol N—H 键 D．工业合成氨反应是重要的人工固氮反应 【答案】C 【详解】A．实际生产中太大的压强需要的动力就大，对材料要求也会增高，生产成本也高，综合考虑一般采用10 ~ 30MPa的压强，A正确； B．合成氨反应为放热的反应，升高温度速率增大但是平衡逆向移动，考虑催化剂的活性、速率和限度应选择温度为400 ~ 500℃，B正确； C．2.8 gN2的物质的量是0.1 mol，该反应为可逆反应，0.1molN2与0.3molH2反应不能生成0.2molNH3，故生成 N-H键数目小于0.6 mol，C错误； D．将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为氮的固定，工业合成氨反应是重要的人工固氮反应，D正确； 故选C。 二、硫酸工业的三种场所 1.接触法制硫酸示意图： 2．应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择适宜条件 二氧化硫接触氧化的反应是一个气体总体积缩小的、放热的反应。 3、压强、温度对SO2的转化率的影响如表所示 温度 （℃） 压强（MPa） 0.1 0.5 1 10 400 99.2 99.6 99.7 99.9 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 条件选择：400-500℃，常压，催化剂 不选择高压的原因：此温度下，增大压强对SO2转化率影响不大，但加压对设备要求高 温度在400-500℃的原因：催化剂在此温度活性高；温度过低，反应速率慢；温度过高，平衡逆向移动，SO2转化率低 4．不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的浓硫酸，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸雾，且吸收速度慢。 5．硫酸生产中的“三废”处理 硫酸厂的尾气必须进行处理，因为烟道气里含有大量的二氧化硫气体，如果不加利用而排空会严重污染空气。 （１）尾气吸收 1. 用氨水吸收，再用H2SO4处理：SO2+2NH3+H2O→(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2SO4→(NH4)2SO4+SO2↑+H2O ②用Na2SO3溶液吸收：Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3 ③石灰石膏法： SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O 实践应用 4．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。 5．硫酸是重要化工原料，工业生产硫酸的原理示意图如下。 下列说法不正确的是 A．Ⅰ的化学方程式： B．Ⅱ中排放出的和可循环利用 C．将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生 D．生产过程中产生的尾气可用水吸收 【答案】D 【分析】黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应，生成SO2和Fe3O4，SO2和空气中的O2在400~500℃、常压、催化剂的作用下发生反应得到SO3，用98.3%的浓硫酸吸收SO3，得到H2SO4。 【详解】A．反应I是黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应，生成SO2和Fe3O4，A正确； B．在接触室中，和的催化氧化反应是可逆反应，未反应的和可以再次通入接触室循环反应，提高原料利用率，B正确； C．将黄铁矿换成硫黄，则不再产生Fe3O4等固体，即可以减少废渣产生，C正确； D．尾气主要成分是，用水吸收会生成亚硫酸，但亚硫酸不稳定且溶解度有限，吸收效率低；工业上通常用氨水或氢氧化钠溶液吸收，以提高吸收效果并回收硫资源，D错误； 故选D。 6．工业上制硫酸涉及的三个装置如图所示。下列有关说法中，错误的是 A．沸腾炉的进料口a加黄铁矿，进料口b通空气，发生反应的化学方程式为 B．接触室中的反应主要为 C．吸收塔中不用水吸收的原因是，溶于水时放出大量的热，从而形成酸雾，降低吸收效率 D．硫酸型酸雨样品放置一段时间后，酸雨的pH值随时间的推移会逐渐变小 【答案】A 【详解】A．沸腾炉中发生反应的化学方程式为，A错误； B．接触室内为二氧化硫与氧气发生催化氧化反应生成三氧化硫，该反应为可逆反应，反应的化学方程式为，B正确； C．三氧化硫与水反应放出大量的热，若用水吸收三氧化硫会形成酸雾，降低吸收效率，吸收塔内用98.3%的浓硫酸吸收SO3，C正确； D．硫酸型酸雨样品放置一段时间后，酸雨的pH值随时间的推移会逐渐变小，因为发生反应：、，D正确； 故答案选A。 考点一 工业制硫酸的反应原理 【例1】工业上制备下列物质的生产流程合理的是： A．工业制硝酸： B．生产硅：石英砂粗硅Si(纯) C．工业制硫酸：黄铁矿 D．由铝土矿冶炼铝：铝土矿Al 【答案】B 【详解】A．工业制硝酸中NH3催化氧化生成NO，而非直接由N2与O2反应生成NO，其余流程正确，A错误； B．生产硅的流程为石英砂与焦炭高温生成粗硅，粗硅与HCl反应生成SiHCl3，再与H2高温还原得到纯硅，流程合理，B正确； C．工业制硫酸需将SO2催化氧化为SO3，再用浓硫酸吸收，而非直接用H2O2溶液氧化SO2，C错误； D．铝冶炼应电解熔融Al2O3，AlCl3为共价化合物，熔融不导电，无法电解，D错误； 答案选B。 解题要点 硫酸工业的反应原理主要涉及三个步骤： 1．造气：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2或S+O2SO2 2．转化： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 3．吸收：SO3+H2O=H2SO4 【变式1-1】下列物质的转化过程，在给定条件下不能实现的是 A．石英砂粗硅高纯硅 B．黄铁矿 C． D． 【答案】C 【详解】A．石英砂与焦炭高温下生成粗硅，粗硅与HCl加热生成SiHCl3，再与H2高温生成高纯硅，各步均可行，A正确； B．黄铁矿高温煅烧生成SO2，SO2催化氧化为SO3，SO3用浓硫酸吸收制硫酸，过程符合工业流程，B正确； C．Na[Al(OH)4]与过量HCl反应时，过量酸会溶解Al(OH)3生成Al3⁺，无法得到Al(OH) 3沉淀，C错误； D．NH3催化氧化生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2与水反应生成HNO3，各步均可行，D正确； 答案选C。 【变式1-2】下列物质的工业制法正确的是 A．工业制硫酸： B．工业制硝酸： C．工业制高纯硅：(粗) D．工业制漂白液： 【答案】C 【详解】A．工业制硫酸中和O2反应生成Fe2O3和SO2，不能生成SO3，A错误； B．N2和O2反应生成NO的条件比较苛刻，工业制硝酸中使用氨气和氧气发生催化氧化反应制备NO，B错误； C．工业制高纯硅过程中，用C还原SiO2制备粗硅，粗硅HCl反应生成，和H2反应生成Si，C正确； D．工业制漂白液中通过电解饱和食盐水制备Cl2，D错误； 故选C。 考点二 硫酸工业的生产过程 【例2】在硫酸工业生产中，的吸收过程是在吸收塔（如图）中进行，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列有关说法错误的是 A．从①处通入的气体中含大量，整个吸收操作采取逆流的形式 B．从②处喷下98.3%的硫酸，瓷环的作用是增大接触面积 C．从③处导出的气体只含有少量，可直接排入大气 D．从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸 【答案】C 【详解】A．从①处通入的气体中含大量，采取逆流的形式，这样有利于气、液的充分接触，吸收效果好，A正确； B．在吸收塔中装有瓷环，其目的是增大浓硫酸与SO3的接触面积，使SO3尽可能被98.3%的硫酸吸收，B正确； C．从③处导出的尾气中含有SO2，O2，二氧化硫有毒，所以不可直接排入大气中，C错误； D．SO3被98.3%的硫酸吸收后得到浓度更高的浓硫酸，可用水或稀硫酸稀释使用，D正确； 故选C。 解题要点 1．沸腾炉中把硫铁矿粉碎，目的是增大固体的表面积，与空气充分接触，燃烧迅速且充分。 2．原料气要通过除尘、干燥等净化处理，目的是防止催化剂中毒，减少对设备的腐蚀。 3．转化器（又叫接触室）中有热交换器，使用的催化剂是五氧化二矾（V2O5）。 4．在转化器中，理论上需高压（既能加快反应速率，又能使化学平衡正向移动），但实际工业生产上使用的是常压，因为在常压下，该反应的转化率已经很高了，若使用高压，会增加生产成本，所以没有必要使用高压。 5．吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫，如果用水或稀硫酸吸收，易形成酸雾。 【变式2-1】在硫酸工业生产中，为了有利于的转化，且能充分利用热能，采用了下图的转化器。下列说法中，正确的是 A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度相同 B．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同 C．c、d两处的混合气体成分含量相同，温度相同 D．c、d两处的混合气体成分含量相同，温度不同 【答案】B 【详解】a处进入的气体是净化后的原料气，主要成分是SO2、空气等，气体的温度为常温；b出来的气体是被预热的气体，其成分与a气体相同，但温度升高了；c处气体是反应物第一次催化反应后的气体，成分中增加了SO3，温度比b处的高。d处是第二次催化后的气体，SO3的含量比c处的高，温度与c处也不相同；答案为B。 【变式2-2】硫酸是重要化工原料，工业生产制取硫酸的原理示意图如下。下列说法不正确的是 A．Ⅰ的化学方程式： B．II中2mol的与在题给条件下可以生成2mol的 C．将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生 D．生产过程中产生的尾气可用碱液吸收 【答案】B 【分析】黄铁矿和空气中的反应生成和，二氧化硫和空气中氧气反应生成三氧化硫，最后用98.3%浓硫酸吸收生成硫酸，据此解答。 【详解】A．反应I是黄铁矿和空气中的在加热条件下发生反应生成和，其化学方程式为：，A正确； B．二氧化硫和空气中氧气发生反应：，该反应为可逆反应，则的与在题给条件下生成的小于，B错误； C．将黄铁矿换成硫黄，即硫黄和空气中的反应生成，则不再产生，即可以减少废渣产生，C正确； D．硫酸工业产生的尾气为、，均属于酸性氧化物，可以用碱液吸收，D正确； 故选B。 考点三 化学反应速率和化学平衡在化工生产中的应用 【例3】下列关于工业合成氨的说法正确的是 A．工业合成氨采用10～30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 B．选择不同的催化剂会改变此反应△H的数值 C．合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率 D．合成氨工业中液化分离出氨，提高产率 【答案】D 【详解】A．合成氨工业采用，使反应速率快，且有利于提高平衡混合物中氨的含量，不是因为该条件下催化剂的活性最好，故A错误； B．催化剂能改变化学反应速率，不能改变反应△H的数值，故B错误； C．合成氨若采用低温可提高平衡转化率，但温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所用时间变长，在实际生产中采用的温度为400~500℃，故C错误； D．由于氨易液化，可以分离出氨，使平衡正移，提高产率，故D正确； 故选D。 解题要点 化学工业生产条件的选择，一般从下面几个方面考虑： 1．快：选择合适的外界条件，加快化学反应速率。 2．多：选择合适的外界条件，使化学平衡向正反应方向移动。 3．合理：结合工业生产的实际，优化生产条件。如：理论上硫酸工业中SO2转化为SO3需要高压，但实际工业生产上使用的是常压，因为常压下该反应的转化率已经很高了，没有必要使用高压。 【变式3-1】某工业生产中发生反应：。下列有关该工业生产的说法正确的是 A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A和B的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量 【答案】D 【详解】A．如常压下转化率较大，则不采用高压，且考虑对设备的承压要求，则不一定采用高压，故A错误； B．加入B，平衡正向移动，A的转化率增大，但B的转化率减小，故B错误； C．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，转化率减小，故C错误； D．催化剂可以提高反应速率，单位时间内生成更多的M，提高M的日产量，故D正确； 答案选D。 【变式3-2】NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的可通过催化氧化为除去。将一定比例的、和的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，的转化率、生成的选择性与温度的关系如图所示。下列说法正确的是 A．其他条件不变，升高温度，的平衡转化率增大 B．其他条件不变，在范围，随温度的升高，出口处浓度不断增大 C．催化氧化除去尾气中的应选择反应温度高于 D．高效除去尾气中的，需研发低温下转化率高和生成选择性高的催化剂 【答案】D 【详解】A．NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，升高温度，平衡都逆向移动，NH3的平衡转化率减小，A项错误； B．由图可知，225~300℃范围内NH3的转化率基本不变，而生成N2的选择性明显减小，则出口处N2的浓度减小，B项错误； C．催化氧化除去尾气中的NH3转化为N2，由图可知应选择的温度为225℃左右，此时NH3的转化率大、N2的选择性大，C项错误； D．高效除去尾气中的NH3，即将NH3多而快的转化成N2，需研发低温下NH3转化率高和生成N2选择性高的催化剂，D项正确； 答案选D。 考点四 工业三废的处理 【例4】化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。在燃煤过程中要先将煤块粉碎，经脱硫处理再在适当过量的空气中燃烧，这样做的目的不包括 A．使煤充分燃烧，提高煤的利用率 B．减少SO2的产生，避免造成酸雨 C．减少CO2的产生，避免温室效应 D．减少有毒CO的产生，避免污染空气 【答案】C 【详解】A．将煤块粉碎，增大与空气的接触面积，能使煤充分燃烧，提高煤的利用率，选项A正确； B．煤中含有S元素，燃烧时能生成，经脱硫处理可减少的产生，避免造成酸雨，选项B正确； C．无论是否脱硫处理，在适当过量的空气中燃烧，生成的量都不变，不能减少的产生，选项C错误； D．在适当过量的空气中燃烧，生成，减少的产生，选项D正确。 答案选C。 解题要点 1．工业“三废”指废气、废水、废渣，若不做处理会造成环境污染。 2．治理工业“三废”，不仅可以防止有害物质的排放，还可以生产出其他有用的产品。 【变式4-1】煤燃烧时，烟气中含量随温度和氧气含量的变化如图所示。下列说法正确的是 A．煤燃烧不影响自然界氮循环 B．燃煤温度越高污染越重 C．含氧量越高越不易生成 D．燃煤过程没有发生氮的固定 【答案】B 【详解】A．煤燃烧时发生生成的反应，污染环境，影响了氮循环，A错误； B．由图可知，温度越高，烟气中浓度越高，污染越重，B正确； C．由图可知，含氧量越高，烟气中浓度越高，越容易生成，C错误； D．燃煤过程中发生了到的反应，为氮的固定，D错误； 故选B。 【变式4-2】加强污染物协同控制是消除污染的统筹方法。下列说法正确的是 A．pH<7的雨为酸雨，可通过多植树造林解决酸雨问题 B．燃煤时加入石灰石可减少SO2的排放，最终将SO2转化为CaSO3 C．三元催化剂可同时降低尾气中NO和CO的排放 D．氮氧化合物污染物与硫氧化物污染物不能同时处理 【答案】C 【详解】A．酸雨的定义是pH<5.6的降水，而非pH<7。植树造林可以吸收部分污染物，但无法从根本上解决酸雨问题，A错误； B．燃煤时加入石灰石，在高温下分解为CaO，CaO会与和反应，最终将转化为，而非，B错误； C．三元催化剂可以在汽车尾气排放过程中，通过催化反应将有害的NO和CO转化为无害的和，从而降低其排放，C正确； D．在大气污染控制中，氮氧化物和硫氧化物可以通过多种技术同时处理，例如湿式洗涤塔等，D错误； 故答案选C。 考点五 化学工业的一般要求和绿色化学 【例5】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。 解题要点 1.化学工业一般要求： ①原料廉价且稳定，降低运输成本。 ②从环保、成本等角度选择合适的化学反应，保证在反应中能充分接触。 ③制备流程简单高效，能耗低，反应放出的热量质尽可能加以循环利用，生成副产物较少。 ④制备过程绿色、环保，不使用或生成对环境有害的物质。 2．绿色化学的特征： （1）采用无毒、无害的原料； （2）在无毒、无害的条件（包括催化剂、溶剂）下进行； （3）产品应该是环境友好的； （4）具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。 【变式5-1】2026年1月，为纪念国家“双碳”行动升级计划实施一周年，某市举办了“绿色消费赋能可持续发展”主题展览。展览中设立了绿色商品认知区，“绿色商品”是指对环境无污染的商品，下列属于“绿色商品”的是 A．含氟冰箱 B．含磷洗涤剂 C．加碘食盐 D．含铅汽油 【答案】C 【详解】A．含氟冰箱中的氟利昂会破坏大气臭氧层，对环境造成污染，不属于绿色商品，A不符合题意； B．含磷洗涤剂中的磷元素会导致水体富营养化，引发水华、赤潮等环境问题，不属于绿色商品，B不符合题意； C．加碘食盐是为了补充人体所需的碘元素，不会对环境造成污染，属于绿色商品，C符合题意； D．铅是一种有毒的重金属元素，含铅汽油燃烧后会产生含铅污染物，会污染空气和土壤，不属于绿色商品，D不符合题意； 故选C。 【变式5-2】世界城市日城市可持续发展全球大会于2023年10月31日在上海世界会客厅开幕，会议主题是“创新发展，共建以人为本的智慧城市”。会议的关键议题包括房屋品质、绿色低碳、数字治理等，以下做法不符合“绿色低碳”的是 A．外出游玩，多乘坐公共交通 B．火力发电技术成熟，应大力提倡 C．以竹代塑，可减少白色污染 D．提倡垃圾分类回收，废物再利用 【答案】B 【详解】A．公共交通（如公交车、地铁）人均能耗和碳排放远低于私家车，能有效减少交通领域的碳足迹，符合“绿色低碳”原则，A不选； B．火力发电以煤炭等化石燃料为能源，燃烧过程中排放大量二氧化碳、二氧化硫及颗粒物，是全球温室气体排放的主要来源之一，与“绿色低碳”的核心目标直接冲突，B可选； C．竹子生长周期短、可再生，替代塑料制品可减少塑料生产中的化石燃料消耗及废弃后的环境危害，契合“绿色低碳”理念，C不选； D．垃圾分类能将可回收物重新投入生产，减少对原生资源的依赖，契合“绿色低碳”理念，D不选； 故选B。 基础达标 1．（24-25高一下·上海·阶段练习）下列说法中正确的是 A．自然界中不存在游离态的硫 B．硫在空气中的燃烧产物是二氧化硫，在纯氧中的燃烧产物是三氧化硫 C．二氧化硫能使三氯化铁溶液褪色，体现了其漂白性 D．为减少酸雨的产生可向含硫燃料中加入生石灰 【答案】D 【详解】A．自然界中存在游离态的硫，如火山口存在单质硫，A错误； B．硫在空气中的燃烧产物是二氧化硫，在纯氧中的燃烧产物还是二氧化硫，B错误； C．二氧化硫能使三氯化铁溶液褪色，是因为SO2与Fe3+发生氧化还原反应将Fe3+还原为Fe2+，体现了其还原性，C错误； D．为减少酸雨的产生可向含硫燃料中加入生石灰起到脱硫的作用，D正确； 故选D。 2．下列有关工业制硫酸的说法正确的是 A．一般以硫磺或硫铁矿为原料 B．鼓入足量空气，原料直接转化为 C．用水吸收，可提高吸收效率 D．从吸收塔循环回接触室的物质只有 【答案】A 【详解】A．工业制硫酸过程中，一般将硫磺或硫铁矿为原料在氧气中焙烧生成SO2，A正确； B．鼓入足量空气，硫磺或硫铁矿与氧气反应生成，不能直接得到三氧化硫，B错误； C．用浓硫酸吸收，可提高吸收效率，避免产生酸雾，C错误； D．从吸收塔循环回接触室的物质有，还有氧气，D错误； 故选A。 3．作为燃烧化石燃料产生的气体，CO2会导致 A．酸雨 B．臭氧空洞 C．温室效应 D．光化学烟雾 【答案】C 【详解】A．酸雨是因为二氧化硫、氮氧化物的排放，A错误； C．臭氧空洞是因为氟利昂的大量使用，造成的臭氧层破坏，与CO2的排放无关，B错误； C．温室效应是因为温室气体二氧化碳、甲烷等的排放造成的，C正确； D．光化学烟雾，是城市大气中的碳氢化合物和氮氧化合物(NOx)在阳光紫外线的作用下，发生的一系列链式大气化学反应，生成以臭氧(O3)为代表的刺激性二次污染物，与CO2有关，D错误； 故选C。 4．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。 （24-25高一上·上海·期末）硫酸是重要的化工原料，查阅资料，工业制硫酸的过程如图： 5．上述过程中，没有发生氧化还原反应的是___________(填“I”、“II”或“III”)。 6．过程II的化学反应方程式为___________。 【答案】5．Ⅲ 6． 【解析】5．过程Ⅰ中FeS2与氧气反应生成氧化铁和二氧化硫，存在元素化合变化，属于氧化还原反应；过程Ⅱ中二氧化硫与氧气在催化，高温条件下反应生成三氧化硫，存在元素化合变化，属于氧化还原反应；过程Ⅲ中三氧化硫与水生成硫酸，不存在元素化合变化，不属于氧化还原反应； 6．过程Ⅱ中二氧化硫与氧气在催化，高温条件下反应生成三氧化硫，反应方程式为：。 7．硫酸工业生产的核心阶段是转化，转化率越高，则硫的利用率越高，对环境影响也越小。转化阶段发生的反应：(放热反应) (1)在如图装置中完成“转化”工序。使用该装置实现了___________。 A．充分利用热能 B．防止形成酸雾 C．加速转化 D．获取纯净 (2)图中，b处的气体是___________。 A．低温的、 B．低温的、和 C．高温的、 D．高温的、和 【答案】(1)AC (2)C 【详解】（1）使用热交换器可以充分利用热能；使用催化剂可以加速转化；无法防止形成酸雾；是可逆反应，无法获取纯净，故选AC； （2）根据装置可知，该装置是接触室，原料、从装置左侧进入热交换器，吸收热量后由b处流出再进入接触室发生反应，并放出大量的热，因此b处的气体是高温的、。 8．接触法制硫酸 (1)接触法制硫酸：    主要阶段 造气-硫铁矿煅烧制造SO2 转化-SO2接触氧化 吸收-SO3的吸收 主要设备 沸腾炉 转化器 吸收塔 化学反应 4FeS2+11O2Fe2O3+8SO2 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) SO3+H2O=H2SO4 A．转化器出来的气体主要包括：___________________________________，原料气要通过___________________等净化处理，目的是___________________。 B．使用98.3%的硫酸而不是直接用水来吸收三氧化硫的原因：_________________。 化学反应方程式 压强 温度 催化剂 SO2的氧化 2SO2+O2 2SO3 0.1MPa(常压) 400℃~500℃ V2O5等 【答案】 二氧化硫、氧气、氮气 除尘、干燥 防止催化剂中毒 在吸收塔中用水吸收三氧化硫，反应放热易形成酸雾阻止对三氧化硫的吸收 【详解】A．由图可知，转化器装置中出来的气体主要包括：三氧化硫、二氧化硫、氧气、氮气；原料气要通过除尘、干燥等净化处理，目的是防止催化剂中毒。 B．在吸收塔中用水吸收三氧化硫，反应放热易形成酸雾阻止对三氧化硫的吸收。 9．（24-25高一下·上海·期末）HCl(g)经水吸收得到盐酸。以下适合作为吸收装置的是_____。 【答案】A 【详解】工业上用水吸收HCl(g)时，采用逆流原理，以增大HCl(g)与水的接触面积，提高吸收效率，则吸收装置的是A，故答案为：A。 10．工业上以黄铁矿为原料制备硫酸，转化器中，采用400-500℃反应温度的原因是_______。 【答案】使催化剂保持最佳活性 【详解】采用400-500℃反应温度的原因是使催化剂保持最佳活性，加快反应速率。 11．（23-24高一下·上海·期中）的排放会造成酸雨，酸雨是pH________的降水.使用氨水可吸收尾气中的生成，写出该反应的化学方程式________________。 【答案】 小于5.6 【详解】根据定义酸雨的pH小于5.6，由题意可知氨水与反应生成，该反应的化学方程式。 12．合成氨工业、硫酸工业的生产工艺流程大致为： 合成塔和接触室中的反应分别为：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) △H﹤0；2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) △H﹤0 (1)操作I的名称是____________。 (2)写出流程中设备的名称：X____________。 (3)进入合成塔和接触室中的气体都要进行热处理，最理想的热处理方法是____________。 (4)从合成塔中出来的气体除了NH3之外，还有____________(写化学式)； (5)工业上常用98.3％的浓硫酸吸收SO3而不用稀硫酸或水的原因是____________。 (6)工业生产中常用氨——酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。硫酸工业尾气中的SO2经处理可以得到一种化肥，该肥料的化学式是____________。 【答案】(1)煤的干馏 (2)沸腾炉 (3)逆流换热(或用热交换器充分利用反应中放出的热量加热反应气) (4)N2、H2 (5)用稀硫酸或水吸收SO3时易形成酸雾，不利于SO3吸收 (6)(NH4)2SO4 【分析】煤干馏得到焦炭，焦炭和液态空气作用得到氮气和氢气，氮气和氢气经过压缩进入合成塔中合成氨，合成氨反应是可逆反应，为了提高原料的利用率，合成氨工业中从氨分离器分离出的N2、H2要循环使用；工业制硫酸时，在沸腾炉中煅烧硫铁矿制备SO2，炉气净化后，二氧化硫在接触室内被氧化为SO3，在吸收塔内拥 98.3％的浓硫酸吸收SO3，可用氨水吸收尾气中SO2后得到亚硫酸铵，亚硫酸铵与硫酸反应后得到硫酸铵和可循环使用的SO2。 由于合成氨和二氧化硫的催化氧化反应都是放热反应，为了充分利用热量，进入合成塔和接触室中的气体都要进行热处理，最理想的热处理方法是逆流换热(或用热交换器充分利用反应中放出的热量加热反应气)。 【详解】（1）煤的干馏可得焦炭、煤焦油和焦炉气，操作I的名称是煤的干馏。 （2）根据工业制硫酸的原理，煅烧硫铁矿应在沸腾炉中进行，设备X为沸腾炉。 （3）由于合成氨和二氧化硫的催化氧化反应都是放热反应，为了充分利用热量，进入合成塔和接触室中的气体都要进行热处理，最理想的热处理方法是逆流换热(或用热交换器充分利用反应中放出的热量加热反应气)。 （4）合成氨反应是可逆反应，则从合成塔中出来的气体除了NH3之外，还有N2、H2。 （5）工业上常用98.3％的浓硫酸吸收SO3而不用稀硫酸或水的原因是：用稀硫酸或水吸收SO3时易形成酸雾，不利于SO3吸收。 （6）氨水吸收SO2后得到亚硫酸铵，亚硫酸铵与硫酸反应后得到硫酸铵和可循环使用的SO2，所得化肥的化学式为(NH4)2SO4。 氨气广泛应用于化工、化肥、制药、合成纤维等领域。反应原理：(放热反应)。工业上合成氨的部分工艺流程如图： 13．①流程中的化学反应属于___________。 A．自然固氮        B．人工固氮 ②气体需要干燥净化的目的是___________。 ③设计热交换器的好处在于___________。 14．下列合成氨条件中，不能用化学平衡移动原理解释的是___________。 A．使用铁催化剂 B．采用500℃ C．移出液态 D．压缩加压 恒温下，向体积为4升的密闭容器中通入和，记录数据如下表： 时间/min 5 10 15 20 25 30 0.32 0.56 x 0.94 0.94 0.94 15．0～10min，___________；15min时，x___________0.80(选填“>”、“=”或“<”)，解释原因是___________。 16．反应达到化学平衡状态时，下列说法错误的是___________。 A． B．混合气体的密度保持不变 C． D．混合气体的平均分子量保持不变 【答案】13． B 除去气体中杂质，防止催化剂中毒 充分利用反应放出的热量对反应物进行预热，利于加快反应速率，提高单位时间内生成效率 14．AB 15． 0.007 < 随着反应的进行，反应物浓度下降，反应速率减小，相同时间内物质的量变化量减小 16．ABC 【分析】N2和H2混合气体经过干燥净化后进入压缩机加压，在热交换器中N2和H2在催化剂的作用下发生反应生成NH3，生成的NH3冷却后分离出来，未反应的N2和H2通入热交换器中继续反应； 13．①流程中N2和H2在催化剂的作用下发生反应生成NH3，属于人工固氮，故选B。 ②反应中需要催化剂催化反应，气体需要干燥净化的目的是除去气体中杂质，防止催化剂中毒。 ③温度升高，反应速率加快，设计热交换器的好处在于充分利用反应放出的热量对反应物进行预热，利于加快反应速率，提高单位时间内生成效率； 14．A．催化剂加快反应速率，不改变平衡的移动，A符合题意； B．反应为放热反应，升高温度不利于平衡正向移动，采用500℃是为了催化剂活性温度，B符合题意； C．分离出氨气，减小了生成物浓度，利于平衡正向移动，C不符合题意； D．反应为气体分子数减小的反应，压缩加压利于平衡正向移动，D不符合题意； 故选AB。 15．由表格数据可知，0~10min，，随着反应的进行，反应物浓度下降，反应速率减小，相同时间内物质的量变化量减小，5min时，x <0.56+（0.56-0.32）=0.80。 16．A．反应速率比等于系数比，时，不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡，故A错误； B．容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此不能说明反应已达平衡，故B错误； C．时，正逆反应速率不一定相等，不能说明反应达到平衡，故C错误； D．混合气体的平均摩尔质量为M= m/n，气体质量不变，但是气体的总物质的量随反应进行而改变，所以M会发生改变，当M不变时，反应达到平衡，故C正确； 正确答案是ABC。 综合应用 1．（24-25高一下·上海·期中）硫及其化合物对于人们日常生活，工业生产，大气环境都有深远影响。其中是工业制硫酸的重要中间物质，它可以通过与在沸腾炉中通过高温煅烧反应得到，反应方程式如下： (1)用单线桥标出该反应的电子转移方向及数目________。 (2)下列物质与其对应用途说法错误的是__________。 A．--酒类防腐剂 B．--制冷剂 C．--治疗胃酸过多 D．铝合金--飞机外壳材料 (3)与酸反应时生成与性质相似的，实验室用过量稀盐酸与混合，不可能得到的产物是__________。 A． B．S C． D． (4)含有的硫酸盐混合溶液可用于快速催化转化无毒无害的硫单质并用于回收，其转化关系如下图所示：该图示中总反应的化学方程式为____________。 中国唐朝时期即有“炼石胆取精华法”的记载，即以胆矾为原料，将其进行高温加热，发生反应，将所得气体冷凝后可得到硫酸溶液；与此同时，西方中世纪的炼金术士通过将绿矾高温加热，可以得到一种红棕色的固体和部分气体，将所得气体冷凝成液体后，其中也存在硫酸。 (5)若假设所用胆矾无其他杂质，且反应完全，理论上通过“炼石胆取精华法”可以得到的硫酸溶液的溶质的质量分数为__________（结果保留两位小数）。 (6)写出绿矾的化学式__________，并预测其高温加热发生的化学方程式__________。 (7)相比于古代西方的硫酸工艺，评价一下我国古代的硫酸工艺的优点___________。（写2点） 硫酸铵是工业中重要的一种硫酸盐，在不同温度分解出不同的产物，反应如下： ① ② (8)配平反应②化学方程式___________。 (9)写出一个上述反应中涉及的弱电解质的电离方程式：____________。 (10)将反应①得到的产物经足量无水干燥，冷却至标准状况，此时混合的气体密度为__________（结果保留两位小数）。 【答案】(1)转移4个电子到氧气，S转移40个电子到氧气 (2)C (3)A (4) (5)0.58 (6) (7)我国硫酸浓度高；原料利用率高 (8)3    1    3    6    4 (9) (10) 【详解】（1） 对于反应，FeS2中Fe为+2价，S为-1价；Fe2O3中Fe为+3价，SO2中S为+4价，O2中O为0价，反应后O为-2价。FeS2中Fe和S元素失电子，O2中O元素得电子，用单线桥法表示电子转移：从FeS2指向O2，转移电子数为44e-，； （2）A．具有还原性，可做酒类防腐剂，A正确； B．易液化，可做制冷剂，B正确； C．碱性强，不能用于治疗胃酸过多，C错误； D．铝合金密度小，硬度大，可做飞机外壳材料，D正确； 故选C。 （3）FeS2与过量稀硫酸反应的化学方程式为，H2S2不稳定会分解。因为稀硫酸过量，且FeS会与稀硫酸反应，所以不可能生成FeS，故选A； （4）由图可知，反应①是，反应②是，将反应①×2再与反应②相加，消去中间产物Fe2 + 和H+，可得总反应的化学方程式为2H2S+O22S↓+2H2O； （5）根据反应，； （6）绿矾的化学式，参考胆矾加热，可生成，同时亚铁离子可以被氧化，预测其高温加热发生的化学方程式； （7）我国硫酸浓度高，且无氨气，纯度高；原料利用率高； （8）N由-3价升高到0价，S由+6价降低到+4价，转移6个电子，故化学方程式为； （9）弱电解质为水，； （10）混合的气体为1mol氮气，3mol二氧化硫，混合的气体密度为。 2．（24-25高一下·上海·期末）已知合成氨反应。关于合成氨反应的研究发展方向是探索低温催化剂，基于目前工业合成氨的反应条件，请从速率、平衡以及综合效益的角度阐述聚焦研发低温催化剂的理由：_______。 【答案】研发低温催化剂，可以在较低温度下提供足够大的反应速率以保证生产效率；同时，低温有利于平衡正向移动，提高产率；并且，低温操作能节约能源，降低生产成本 【详解】加催化剂可以加快反应速率，提高生产效率，升高温度也可以加快反应速率，但合成氨反应的∆H＜0，即正反应为放热反应，升温平衡逆向移动，不利于提高产率，且温度越高，消耗的能源越多，对设备的要求也越高，会增加生产成本，因此开发低温催化剂，可以在较低温度下提供足够大的反应速率以保证生产效率；同时，低温有利于平衡正向移动，提高产率；并且，低温操作能节约能源，降低生产成本。 （24-25高一下·上海·期末）工业上用黄铁矿制备硫酸的工艺如下图所示。 3．下列说法不正确的是_____。 A．步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率 B．步骤Ⅱ中选择的压强是高压 C．步骤Ⅱ中使用双层催化和热交换器 D．步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂 某同学设计如图所示装置探究步骤Ⅱ中二氧化硫的转化率。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。已知装置A是用来制备SO2。 4．装置B的三个作用是a．_____；b．_____；c．通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例。 5．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，其原因除了影响催化剂活性还有_____。 6．D中锥形瓶盛放的溶液可以是(选填字母)_____。 A．足量澄清石灰水 B．足量小苏打溶液 C．足量氯化钡溶液 D．足量稀硫酸 【答案】3．B 4． 使SO2、O2混合均匀 干燥SO2和O2 5．该反应的正反应放热，温度过高平衡向逆反应方向移动，不利于三氧化的生成 6．C 【分析】黄铁矿成分为FeS2名称为二硫化亚铁，通入空气煅烧反应生成氧化铁和二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收得到硫酸， 3．A．步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率，A正确； B．已知SO2和O2反应生成SO3的反应在常压下SO2转化率就相当高，而且增大压强需增加设备和动力的投入，故工业生产中步骤Ⅱ中选择的压强是常压，B错误； C．步骤Ⅱ中常采用双层催化和热交换器，利用反应放出的热量，对原料气进行预热，从而提高能量利用率，C确； D．步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂吸收剂，而不用水吸收是防止形成酸雾阻止吸收，D正确； 故答案为：B； 4．装置B中盛有浓硫酸的三个作用是a．使SO2、O2混合均匀；b．干燥SO2和O2；c．通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例，故答案为：使SO2、O2混合均匀；干燥SO2和O2； 5．合成三氧化硫的反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，三氧化硫的产率降低，所以反应过程中温度不能过高，故答案为：该反应的正反应放热，温度过高平衡向逆反应方向移动，不利于三氧化的生成； 6．A．足量的澄清石灰水既吸收三氧化硫又吸收二氧化硫，D中产生白色沉淀CaSO3和CaSO4，但导致E溶液无法褪色，A不合题意； B．足量小苏打溶液既吸收三氧化硫又吸收二氧化硫，D中没有白色沉淀生成，同时导致E溶液无法褪色，B不合题意； C．足量氯化钡溶液只能吸收三氧化硫，产生白色沉淀BaSO4，不能吸收二氧化硫，导致E溶液褪色，C符合题意； D．足量稀硫酸只能吸收三氧化硫，产生H2SO4，无白色沉淀生成，同时不能吸收二氧化硫，导致E溶液褪色，D不合题意； 故答案为：C。 7．（24-25高一下·上海青浦·期中）工业上利用的转化制备硫酸，其模拟实验的部分装置如下图所示。 (1)装置Ⅰ不能起到的作用是___________(不定项) A．充分混合气体 B．控制气体流速 C．干燥气体 D．防止催化剂中毒 (2)装置Ⅱ反应开始后，硬质玻璃管内存在的气体有___________。 (3)装置Ⅱ中待反应进行后撤走酒精灯，无需持续加热，原因是___________。 A．反应本身无需加热    B．该反应是放热反应 (4)若用O2、水在催化剂存在时吸收尾气中的SO2，吸收完成后，随着氧化的进行，溶液的pH将___________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (5)Fe2O3可用作脱除H2S气体的脱硫剂。Fe2O3脱硫和Fe2O3再生的反应机理如图所示。写出“脱硫”时发生反应的化学方程式___________，过程中Fe2O3的作用是___________。 【答案】(1)D (2)SO3、SO2、O2 (3)B (4)减小 (5) 催化作用 【分析】装置Ⅰ中SO2、O2经干燥、充分混合，SO2、O2在装置Ⅱ中发生反应生成SO3，装置Ⅲ中SO3和水反应生成H2SO4。 【详解】（1）A. SO2、O2在浓硫酸中能充分混合，故不选A； B. 根据装置Ⅰ中导管口气泡的速度，控制气体流速，故不选B；     C. 浓硫酸具有吸水性，浓硫酸能干燥SO2、O2，故不选C；     D. 浓硫酸不能吸收杂质气体，不能防止催化剂中毒，故选D； 选D。 （2）为可逆反应，装置Ⅱ反应开始后，硬质玻璃管内存在的气体有SO3、SO2、O2； （3）装置Ⅱ中待反应进行后撤走酒精灯，无需持续加热，说明该反应是放热反应，反应放出的热维持反应进行，选B。 （4）若用O2、水在催化剂存在时吸收尾气中的SO2，发生反应SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O2=2H2SO4，吸收完成后，随着氧化的进行，弱酸变为强酸，溶液的pH将减小。 （5）Fe2O3可用作脱除H2S气体的脱硫剂。Fe2O3脱硫和Fe2O3再生的反应机理如图所示；根据图示“脱硫”时，Fe2O3和H2S反应生成FeS和S、水，发生反应的化学方程式 ；“脱硫”时消耗Fe2O3，“再生”时又生成Fe2O3，所以Fe2O3的作用是催化作用。 8．（24-25高一下·上海·阶段练习）硫酸是十分重要的化工原料。工业上用黄铁矿制备硫酸的工艺如下图所示： (1)黄铁矿(即硫铁矿)主要成分的化学式是___________。 (2)下列说法不正确的是_________(不定项选择) A．步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率 B．步骤Ⅱ中选择的压强是高压 C．步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂 D．图中每一步含硫物质均发生氧化反应 (3)小丁同学设计如图所示装置探究步骤Ⅱ中二氧化硫的转化率。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。已知装置A是用来制备SO2。 ①装置B的三个作用是a． ___________；b． ___________；c．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___________。 反应停止后，要通过测定装置D锥形瓶中产生的白色沉淀BaSO4的量，得出已被氧化的二氧化硫的量。在滤出沉淀前需要继续通氧气，使装置中的三氧化硫和二氧化硫被D、E、F吸收。 ③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，实验时还可能需要测定的数据如下，做出正确选择后，可得：二氧化硫的转化率是 ___________(用选择的m、a、b  c、d中的几种字母的代数式表示，列式即可)。 a．装置F增加的质量a g b．装置A中亚硫酸钠减少的质量bg c．装置B增加的质量cg d．装置E增加的质量d g (4)小张同学设计实验探究中+4价S的性质(请完成他的表格填写) 限选试剂：NaOH溶液、稀、溶液、溶液、淀粉KI溶液、新制溶液 实验操作 实验现象 实验结论 实验一 将SO2通入新制H2S溶液中 溶液变浑浊 SO2中+4价S具有___________性 实验二 将SO2通入②___________中 ③___________ SO2中+4价S具有还原性，反应的离子方程式为④___________ (5)除了制取硫酸本身，硫酸工业有更多副产品。以硫酸工业的二氧化硫尾气、氨水、石灰石、碳酸氢铵和氧化钾等为原料，可以制备有重要应用价值的硫酸钾、亚硫酸铵等物质，制备流程如下图。 ①反应Ⅰ是脱去SO2的一种常用方法，其反应化学方程式为___________。 ②pH和温度对石灰石浆液的脱硫效率产生一定影响，当烟气通入速度一定时，石灰石浆液的脱硫率与浆液pH的关系如下图所示。下列有关说法正确的是___________ (不定项选择)。 A．烟气通入石灰石浆液时的温度越高，吸收越快，吸收率越高 B．石灰石浆液pH>5.7烟气脱硫效果降低的原因是石灰石的溶解程度增大 C．反应时需鼓入足量的空气以保证SO2充分被氧化生成CaSO4 D．将脱硫后的气体通入KMnO4溶液，可粗略判断烟气脱硫效率 ③生产中，向反应Ⅱ中的溶液中加入适量还原性很强的对苯二酚等物质，其目的是___________。 (6)如图是利用燃料电池工作原理处理某酸性废水的示意图。b电极的电极反应式为___________。 【答案】(1)FeS2 (2)BD (3) 干燥氧气和二氧化硫 使氧气和二氧化硫混合均匀 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；影响催化剂的活性 (4) 氧化 FeCl3溶液或氯化铁溶液 溶液由(棕)黄色变成浅绿色 (5) 2CaCO3+2SO2 +O2 =2CaSO4+ 2CO2 CD 防止亚硫酸根被氧化，可以更好的得到亚硫酸铵晶体 (6)O2+ 4e- +4H+=2H2O 【分析】黄铁矿成分为FeS2名称为二硫化亚铁，通入O2煅烧反应生成氧化铁和二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收得到硫酸，(3)由题干装置图可知，装置A为制备SO2，反应原理为：Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+H2O+SO2↑，装置B的作用是干燥SO2和O2、使SO2和O2充分混合、控制SO2和O2通入的速率，装置C为模拟合成SO3，反应原理为：2SO2+O22SO3，装置D为冷却收集SO3，装置E为检验SO2，装置F为吸收尾气，防止污染环境，(4)根据流程可知，含有SO2的尾气通过反应Ⅰ，与碳酸钙和空气发生反应生成CO2和CaSO4，2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2↑；反应Ⅱ产生亚硫酸铵晶体，加入氨水，得到(NH4)2SO3•H2O晶体；反应Ⅲ向CaSO4中加入碳酸氢铵和NH3，生成CaSO3和(NH4)2SO4，过滤得到(NH4)2SO4溶液，加入KCl，生成K2SO4和NH4Cl，据此分析解题。 【详解】（1）黄铁矿的主要成分为二硫化亚铁，其化学式为：FeS2，故答案为：FeS2； （2）A．将黄铁矿粉碎能够增大接触面积，加快反应速率，故步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，A正确； B．由于常压下SO2的平衡转化率已经很高，且增大压强需要增大动力和设备的投入，故步骤Ⅱ中选择的压强是常压，B错误； C．为了避免形成酸雾，步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂，C正确； D．由分析可知，硫铁矿通入O2煅烧反应生成氧化铁和二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，均为将硫元素氧化，而SO3+H2O=H2SO4为非氧化还原反应，D错误； 故答案为：BD； （3）①由分析可知，装置B的三个作用是a．干燥SO2和O2；b．使SO2和O2充分混合；c．通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例，故答案为：干燥氧气和二氧化硫；使氧气和二氧化硫混合均匀； ②已知2SO2+O22SO3是一个放热反应，若一直加热将导致温度过高，是平衡逆向移动，不利于SO3的生成，同时可能还影响催化剂的活性，导致反应速率减慢，故实验过程中，当V2O5表面红热后，应将酒精灯移开一会儿后再继续加热，故答案为：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；影响催化剂的活性； ③若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ad，若知道装置F增加的质量ag、装置E增加的质量dg，则剩余的二氧化硫的物质的量为：mol，二氧化硫的转化率为：，故答案为： ； （4）将SO2通入新制H2S溶液中，观察到溶液变浑浊即由硫单质析出，反应方程式为：2H2S+SO2=3S+2H2O，反应中SO2中S的化合价降低被还原，即表现氧化性，要体现SO2的还原性，则需加入氧化剂FeCl3溶液，发生反应为：2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++4H++，可观察到溶液的颜色有(棕)黄色变成浅绿色，故答案为：氧化；FeCl3溶液或氯化铁溶液；溶液由(棕)黄色变成浅绿色；2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++4H++； （5）①根据流程图可知空气把SO2氧化为，反应方程式为2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2，故答案为：2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2； ② A．烟气通入石灰石浆液时的温度越高，二氧化硫气体的溶解度越小，部分二氧化硫不能被溶解，故吸收率降低，A错误； B．石灰石浆液pH＞5.7时，石灰石的溶解度小，脱硫率下降，B错误； C．结合题意，可得脱硫总反应：2CaCO3+2SO2+O2=2CaSO4+2CO2，反应时需鼓入足量的空气以保证SO2被充分氧化生成CaSO4，C正确； D．脱硫后的气体中残留SO2的量，可以通过KMnO4溶液褪色的程度和快慢来判断，从而粗略判断烟气的脱硫效率，D正确； 故答案为：CD； ③根据流程可知反应Ⅱ产生亚硫酸铵晶体，加入适量强还原剂，防止亚硫酸根被氧化，可以更好的得到亚硫酸铵晶体，故答案为：防止亚硫酸根被氧化，可以更好的得到亚硫酸铵晶体； （6）在燃料电池中通入燃料的一极为负极，由图可知，a为负极，b为正极，b电极的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，故答案为：O2+4e-+4H+=2H2O。 拓展培优 9．盐酸、硫酸、硝酸是三种最常用的工业强酸，也是无机化工的支柱之一。 (1)盐酸的生产原料来自氯碱工业。用离子方程式表示氯碱工业的反应原理______。 (2)采用离子交换膜电解槽进行氯碱工业生产时，离子交换膜能有效防止阳极生成的______（填化学式，下同）与电解液中的某种离子反应，从而避免产品NaOH溶液中产生______杂质。 (3)HCl(g)经水吸收得到盐酸。以下适合作为HCl(g)吸收装置的是______。 硫酸工业的造气阶段涉及两种原理： 原理1：；原理2：。 (4)用单线桥法标出原理2的电子转移方向和数目______。 (5)从原料利用率的角度对原理1和原理2做出评价。______。 硝酸工业以氨气为原料进行生产。 (6)若消耗44.8m3（标准状况）的氨气，氨气的总转化率为96%，则可以得到质量分数为63%的硝酸______kg。 已知：氨气的总转化率 (7)任举一例浓硝酸和浓硫酸化学性质的相同点______。 (8)以下对于“三酸”工业的叙述正确的是______。 A．生产原理都涉及到氧化还原反应 B．生产过程都使用了合适的催化剂 C．生产原料都是自然界广泛存在的物质 【答案】(1)2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑ (2) Cl2 NaClO (3)A (4) (5)原理1为化合反应，原料的利用率为100%，符合原子经济性原则，原理2中S原子被完全利用，但不符合原子经济性原则 (6)192 (7)酸性、强氧化性、腐蚀性等(任写一点) (8)A 【分析】工业制盐酸时，先电解饱和食盐水制得烧碱、氢气和氯气，再将氢气在氯气中燃烧制得盐酸；工业制HNO3时经历三步反应：氨催化氧化生成一氧化氮、一氧化氮转化为二氧化氮、二氧化氮与水反应制取硝酸；工业制硫酸时经历三步：煅烧硫铁矿、二氧化硫催化氧化、三氧化硫用水吸收制取硫酸， 【详解】（1）氯碱工业中，用电解饱和食盐水制取烧碱、氯气等，用离子方程式表示的反应原理：2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑。 （2）采用离子交换膜电解槽进行氯碱工业生产时，阳极产生Cl2，阴极产生H2和NaOH，若Cl2与NaOH相遇，会发生反应生NaClO等，则离子交换膜能有效防止阳极生成的Cl2与电解液中的OH-反应，从而避免产品NaOH溶液中产生NaClO杂质。 （3）工业上用水吸收HCl(g)时，采用逆流原理，以增大HCl(g)与水的接触面积，提高吸收效率，则吸收装置的是A。 （4） 原理2：，Fe由+2价升高到+3价，S由-1价升高到+4价，O元素由0价降低到-2价，则FeS2是还原剂，O2是氧化剂，则用单线桥法标出原理2的电子转移方向和数目为。 （5）原理1：，原理2：，原理1中原子的利用率高于原理2，则从原料利用率的角度对原理1和原理2做出评价：原理1为化合反应，原料的利用率为100%，符合原子经济性原则，原理2中S原子被完全利用，但不符合原子经济性原则。 （6）利用氮元素守恒可建立关系式：NH3——HNO3，若消耗44.8m3（标准状况）的氨气，氨气的总转化率为96%，则可以得到质量分数为63%的硝酸=192kg。 （7）浓硝酸是挥发性酸，具有腐蚀性、不稳定性、强氧化性，浓硫酸具有难挥发性、酸性、腐蚀性、吸水性、脱水性和强氧化性，任举一例浓硝酸和浓硫酸化学性质的相同点：酸性、强氧化性、腐蚀性等(任写一点)。 （8）A．工业制HNO3时经历三步反应：氨催化氧化生成一氧化氮、一氧化氮转化为二氧化氮、二氧化氮与水反应制取硝酸，三步反应都是氧化还原反应；工业制硫酸时经历三步：煅烧硫铁矿、二氧化硫催化氧化、三氧化硫用水吸收制取硫酸，前两步反应都是氧化还原反应；工业制盐酸时，先电解饱和食盐水制得氢气和氯气等，再将氢气与氯气在点燃条件下反应生成氯化氢，溶于水制得盐酸，前两步都为氧化还原反应，则它们的生产原理都涉及氧化还原反应，A正确； B．氨催化氧化使用催化剂，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，生产过程都使用了合适的催化剂，制取盐酸过程不需要催化剂，B错误； C．工业制硫酸的原料是硫黄或硫铁矿石，是自然界广泛存在的物质，但工业制硝酸的原料氨，来自氮气与氢气的合成，不是自然界广泛存在的物质，工业制盐酸时，原料为食盐水，是自然界广泛存在的物质，C错误； 故选A。 10．如图所示的是黄铁矿为主要原料接触发至硫酸工业的流程示意图以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如图： (1)接触法至硫酸的沸腾炉处理的炉气必须经过净化处理，目的是为了___________。 (2)接触法制硫酸中没有设计的设备是___________(填序号)。 A．沸腾炉 B．合成塔 C．吸收塔 D．接触室 (3)从⑤处排出的气体是___________(填序号)。 A．SO2、SO3、N2 B．SO2、O2、N2 C．SO3、O2、N2 D．水蒸气、N2 (4)对从进口⑧喷进的液体的叙述最准确的是___________(填序号)。 A．水 B．发烟硫酸 C．98.3%的浓硫酸 D．稀硫酸 (5)在生产中常使用过量的空气是为了___________。 (6)在B设备中加热到400℃～500℃是由于①加快反应速率，②___________。 (7)对于SO2接触氧化的反应，图中的甲、乙、丙分别表示在不同条件下，SO3在反应混合物中的体积分数(y)与时间(x)的关系，请按要求填写： ①若甲图两条曲线分别表示有催化剂和无催化剂的情况，则___________表示有催化剂的情况； ②若乙图两条曲线分别表示不同压强的情况，则___________表示压强较大的情况； ③若丙图两条曲线分别表示600℃和400℃的情况，则___________表示600℃的情况。 【答案】 防止催化剂中毒 B B C 提高SO2的转化率 提高催化剂的催化能力 a a b 【分析】根据以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料生产硫酸的工艺流程图可知： 第一步：SO2的制取，主要原料是黄铁矿和空气，在高温下煅烧，使硫元素转变成SO2气体，反应方程式为：4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2，设备为沸腾炉，黄铁矿需要粉碎，以增大和空气的接触面； 第二步：SO3的制取，从沸腾炉中出来的气体需经过净化、除尘，以防止催化剂中毒，进入接触室在催化剂作用下SO2和O2反应生成SO3，设备为接触室，同时涉及热量的交换、催化剂的作用、平衡的移动等问题； 第三步：硫酸的生成，从接触室中出来的气体进入吸收塔，为避免酸雾形成需用浓H2SO4吸收，以此解答(1)、(2)、(3)、(4)； (5)二氧化硫被空气氧化为三氧化硫是可逆反应； (6)合成氨的过程并必须选择适宜的温度，保障反应速率和限度较大； (7)①使用催化剂，加快反应速率，缩短到达平衡的时间，平衡不移动； ②压强大，速率大，到达平衡的时间短； ③温度大，速率大，到达平衡的时间短。 【详解】(1)煅烧黄铁矿形成的炉气主要是二氧化硫气体，另外含有杂质，能使催化剂中毒，影响催化氧化的效果；故答案为：防止催化剂中毒； (2)工业接触法制硫酸时，硫铁矿在沸腾炉灼烧来制取二氧化硫气体，二氧化硫和氧气在接触室中发生催化氧化来制备三氧化硫，三氧化硫在吸收塔中被98%的浓硫酸吸收制取发烟硫酸，所以涉及的设备有沸腾炉、接触室和吸收塔，故选B； (3)将空气鼓入接触室中，进入接触室在催化剂作用下SO2和空气中的O2反应生成SO3，三氧化硫在吸收塔中被98.3%的浓硫酸吸收制取发烟硫酸，不参加反应的N2、未反应完的SO2和O2再次进入接触室反应生成SO3，即从⑤处排出的气体是SO2和O2、N2；故选B； (4)三氧化硫在吸收塔中被98%的浓硫酸吸收制取发烟硫酸，即对从进口⑧喷进的液体的98.3%的浓硫酸；故选C； (5)用过量的空气能促进SO2的转化，平衡正向移动，则SO2的转化率增大；故答案为：提高SO2的转化率； (6)合成氨的过程中，为保障反应速率和限度较大、催化剂的活性大，要选择适宜的温度400−500℃；故答案为：提高催化剂的催化能力； (7)①使用催化剂，加快反应速率，缩短到达平衡的时间，平衡不移动，由图可知，a先到达平衡，故a曲线表示使用催化剂，b达到平衡所用时间较长，则b曲线表示没有使用催化剂；故答案为：a； ②由乙图可知，根据到达平衡时间，a所用时间短，说明a的反应速率快，所以a的压强高；故答案为：a； ③由丙图可知，根据到达平衡时间，b所用时间短，说明b的反应速率快，所以b的温度高；故答案为：b。 11．氨气是一种重要的化工产品。 (1)工业中用氯气和氢气在一定条件下合成氨气，有关方程式如下： 3H2 (g)+N2(g)⇌2NH3 (g) + 92.4 kJ ①对于该反应：要使反应物尽可能快的转化为氨气，可采用的反应条件是__________，要使反应物尽可能多的转化为氨气，可采用的反应条件是__________：(均选填字母) A．较高温度B．较低温度C．较高压强  D．较低压强  E．使用合适的催化剂 工业上对合成氨适宜反应条件选择，是综合考虑了化学反应速率、化学平衡和设备材料等的影响。 ②该反应达到平衡后，只改变其中一个因素，以下分析中不正确的是_______：(选填字母) A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C．减小生成物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 ③某化工厂为了综合利用生产过程中副产品CaSO4，和相邻的合成氨厂联合设计了制备(NH4)2SO4的工艺流程(如图)，该流程中： 向沉淀池中通入足量的氨气的目的是______________________________，可以循环使用的X是_______________。(填化学式) (2)实验室中可以用铵盐与强碱共热得到氨气。有关的离子方程式为_____________________。 ①0.01 mol/L硝酸铵溶液0.5L，与足量的氢氧化钠溶液共热，可产生氨气_____L(标准状态)。 ②若有硝酸铵和硫酸铵的混合溶液0.5L，与足量的氢氧化钠溶液共热，可产生氨气0.025mol；在反应后的溶液中加入足量的氯化钡溶液，产生0.01 mol 白色沉淀，则原混合液中，硝酸铵的浓度为_______mol/L。 ③现有硝酸铵、氯化铵和硫酸铵的混合溶液V L，将混合溶液分成两等分：一份溶液与足量的氢氧化钠溶液共热，共产生氨气A mol；另一份溶液中慢慢滴入C mol/L的氯化钡溶液B L，溶液中SO42-恰好全部沉淀；将沉淀过滤后，在滤液中继续滴入硝酸银溶液至过量，又产生D mol沉淀。则原混合溶液中，氯化铵的浓度为________mol/L，硝酸铵的浓度为_______mol/L。(用含有字母的代数式表示) 【答案】 ACE BC A 生成正盐，使Ca2+完全沉淀 CO2 NH4++OH-H2O+NH3 0.112 0.01 【分析】(1)①要使反应物尽可能快的转化为氨气，需要加快反应速率，可以通过升高温度、增大压强和使用合适的催化剂实现；要使反应物尽可能多的转化为氨气，需要反应正向移动，反应3H2 (g)+N2(g)⇌2NH3 (g) + 92.4 kJ是气体体积减小的放热反应，可以通过增大压强和较低温度实现； ②根据影响平衡移动的条件分析判断； ③在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是一方面提供反应物，另一方面使溶液呈碱性有利于CO2的吸收，在煅烧炉中发生CaCO3CaO+CO2↑，则X为CO2可在此制备实验中循环使用； (2)铵盐与强碱共热得到氨气和水； ①根据NH4+元素守恒计算； ②根据NH4+元素守恒计算；； ③一份溶液与足量的氢氧化钠溶液共热，共产生氨气A mol，根据NH4++OH-═NH3+H2O可知每份中含有AmolNH4+，与氯化钡溶液完全反应消耗C mol/LBaCl2溶液B L，根据Ba2++SO42-═BaSO4↓可知每份含有SO42-CBmol，将沉淀过滤后，在滤液中继续滴入硝酸银溶液至过量，又产生D mol沉淀，根据Ag++Cl-=AgCl↓，结合前面加入CBmol的BaCl2溶液可知，每份含有Cl-(D-2BC) mol。 【详解】(1)①要使反应物尽可能快的转化为氨气，需要加快反应速率，可以通过升高温度、增大压强和使用合适的催化剂实现，故选ACE；要使反应物尽可能多的转化为氨气，需要反应正向移动，反应3H2 (g)+N2(g)⇌2NH3 (g) + 92.4 kJ是气体体积减小的放热反应，可以通过增大压强和较低温度实现，故选BC； ②A. 反应3H2 (g)+N2(g)⇌2NH3 (g) + 92.4 kJ是气体体积减小的放热反应，升高温度反应逆向移动，说明升高温度，对逆反应的反应速率影响更大，故A错误； B. 反应3H2 (g)+N2(g)⇌2NH3 (g) + 92.4 kJ是气体体积减小的放热反应，增大压强反应速率加快，反应正向移动，说明增大压强对正反应的反应速率影响更大，故B正确； C. 减小生成物浓度，反应逆向移动，说明减小生成物浓度对逆反应的反应速率影响更大，故C正确； 故选A。 ③在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是一方面提供反应物，另一方面使溶液呈碱性有利于CO2的吸收，在煅烧炉中发生CaCO3CaO+CO2↑，则X为CO2可在此制备实验中循环使用； (2)铵盐与强碱共热得到氨气和水，离子方程式为：NH4++OH-H2O+NH3； ①0.5L 0.01 mol/L硝酸铵溶液中硝酸铵的物质的量为：0.5L0.01 mol/L=0.005mol，根据NH4+守恒，最多生成氨气0.005mol，标况下的体积为：0.005mol22.4L/mol=0.112L； ②由题意可知，在反应后的溶液中加入足量的氯化钡溶液，产生0.01 mol BaSO4白色沉淀，说明原溶液中含有硫酸根0.01mol，设硝酸铵的物质的量为xmol，根据NH4+守恒有x+0.01mol2=0.025，得x=0.005mol，硝酸铵的浓度为=0.01mol/L； ③一份溶液与足量的氢氧化钠溶液共热，共产生氨气A mol，根据NH4++OH-═NH3+H2O可知每份中含有AmolNH4+，与氯化钡溶液完全反应消耗C mol/LBaCl2溶液B L，根据Ba2++SO42-═BaSO4↓可知每份含有SO42-CBmol，将沉淀过滤后，在滤液中继续滴入硝酸银溶液至过量，又产生D mol沉淀，根据Ag++Cl-=AgCl↓，结合前面加入CBmol的BaCl2溶液可知，每份含有Cl-(D-2BC) mol，则原混合溶液中，氯化铵的浓度为 mol/L = mol/L；每份中硝酸根的物质的量为： n(NH4+)- n(Cl-)-2n(SO42-)=，硝酸铵的浓度为 mol/L = mol/L。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第6章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化工生产 教学目标 1.结合典型化工反应，理解速率、平衡原理在生产中的综合应用。 2.分析压强、催化剂等条件的选择依据，提升模型认知与应用能力。 3.认识化工生产 “绿色高效” 的核心原则，深化化学服务社会的责任意识。 重点和难点 重点：运用速率与平衡原理分析化工生产条件的优化思路。 难点：平衡移动、反应速率与生产实际（产率、成本）的综合权衡。 ◆知识点一 工业制硫酸的反应原理和原料选择 1．二氧化硫的制取 如果以硫黄为原料，化学方程式为 。 如果以硫铁矿（FeS2）为原料，化学方程式为 。 2．二氧化硫的转化，化学方程式为 。 3．硫酸的生成，化学方程式为 。 根据工业制硫酸的反应原理，生产过程通常可以分为 、 、 三个主要阶段。 4．工业制硫酸的主要原料有 、 、冶炼烟气、硫化氢以及工业废气等。 5．以硫铁矿为原料制硫酸，生产中会产生“三废”（ 、 、 ），存在治理成本大，能耗高，硫资源利用低等问题， 是生产硫酸的优质原料。 即学即练 1．工业上采用接触法制硫酸，其中在接触室进行的反应是 A．S + O2 SO2 B．4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 C．2SO2 + O22SO3 D．SO3 + H2O = H2SO4 2．下列说法不正确的是 A．硫酸工业中采用98.3%的浓硫酸吸收 B．碳酸钠可用于造纸、制皂、制玻璃等工业 C．氯气与冷的石灰水反应制漂白粉 D．液氨汽化时吸收大量的热，可用作制冷剂 ◆知识点二 工业制硫酸的生产过程 1．SO2的制取与净化 工业上，可以燃烧硫黄制得SO2，也可以从冶炼烟气中获得SO2，还可以使用硫铁矿在 中煅烧，得到SO2。SO2在进行转化之前，必须通过 、 等净化处理，要目的是防止 、 。 2．SO2氧化成SO3 这一步反应是在 里进行的，反应条件是 。写出下图A、B、C三处气体的主要成分：A ，B ，C 。 3．SO3的吸收和硫酸的生成 工业上一般用 来吸收三氧化硫，若用水或稀硫酸吸收三氧化硫，容易形成 ，影响吸收效率。 即学即练 3．工业制硫酸的原理示意图如图。下列说法正确的是 A．在空气中燃烧时，只有硫元素被氧化 B．转化为时，需要加入合适的还原剂 C．试剂X是蒸馏水 D．常温下，可以用铝制容器盛放浓硫酸 4．物质的转化关系如图所示(部分转化条件略去)。下列有关说法正确的是 A．若物质A为金属单质，则物质D可能是NaOH B．若物质A为非金属固态单质，则物质D一定是 C．若物质D为，则物质A一定是 D．若物质D为，则物质A可能是溶液 5．工业上常用硫黄或黄铁矿为原料来制备硫酸，工业流程如下。 下列说法正确的是 A．步骤①粉碎硫黄或黄铁矿可以增大接触面积，加快反应速率 B．步骤①增大氧气的用量可以直接将硫元素转化成，可以免去步骤② C．工业上M常用水吸收制取 D．常温下，铁与浓硫酸不反应，可以用铁罐存储运输浓硫酸 ◆知识点三 硫酸工业中热能的合理利用和硫酸工业中的三废处理 1.硫酸工业中热能的合理利用 硫酸生产过程中的三个反应都是 热反应，为了充分利用这些热量，在生产过程中，沸腾炉外设置 回收高温废热，把 和转化器合为一体，将二氧化硫转化为三氧化硫时放出的热量及时导出用来 。 2．废气：硫酸工业的尾气中含有的有毒气体是 ，用氨酸法处理尾气的化学方程式分别为： ， ， 。 3．废水：没有被污染的冷却水可以被 ；若排出的是酸性废水，一般使用石灰乳等中和处理，反应的离子方程式为 。 4．废渣：以硫铁矿为原料生产硫酸，废渣的主要成分是 、硫化亚铁及少量有害物质。用废渣可以炼制的金属是 。 即学即练 6．处理制备硫酸产生的“三废”时，下列说法错误的是 A．可以用氨水吸收尾气 B．可以用石灰乳处理废液并生产石膏 C．可以循环利用尾气中的SO2 D．可以用98.3%的浓硫酸吸收尾气中的SO2 7．的过度排放会引起酸雨等一系列环境问题。下列措施中可用于减少排放量，且经济可行的是 A．用烧碱中和土壤的酸性 B．将工厂的烟囱造高 C．使用萃取煤炭中的硫 D．煤中添加生石灰固硫 ◆知识点四 绿色化学 1. 核心：利用化学原理从源头上消除和减少工业生产对环境造成的污染。 2. 特征：①采用无毒无害的原料；②在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行；③产品应该是环境友好的；④具有理想的“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。 3. 原子经济性：原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为原子利用率＝×100%。 原子经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。 即学即练 8．双碱法脱除烟气中的过程如下图所示。下列说法中，不正确的是 A．是一种酸性氧化物，能与碱反应生成盐和水 B．过程Ⅰ中，生成物只有 C．过程Ⅱ中，硫元素的化合价发生改变 D．脱除的过程中，可以循环利用 9．下列实验或叙述不符合绿色化学理念的是 A．制时先将Cu氧化成CuO后再与稀硫酸反应 B．采用银作催化剂，乙烯和氧气反应制取环氧乙烷，原子利用率100% C．用乙醇代替汽油作汽车燃料 D．用稀硝酸和铜制取 10．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措，下列做法违背发展低碳经济的是 A．开发氢能和太阳能等新能源 B．开发回收二氧化碳的技术 C．提高原料利用率，发展绿色化学 D．用小汽车代替自行车出行 11．下面反应符合绿色化学的是 A．工业制取氢氧化钠 B．实验室制取HCl C．氢氧燃料发动机的主要反应 D．氢弹的爆炸 一、化工生产中的化学平衡 1)合成氨的反应原理：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）＋Q 合成氨工业条件：高温——加快反应速率，该温度下催化剂活性最高。　 催化剂铁触媒——加快反应速率　 高压——使平衡向正反应，同时加快反应速率 　　　　　 循环利用——减少成本 及时分离氨气——使平衡向正反应，提高反应物转化率(注意不能加快反应速率) 2)SO3的反应原理：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) △Q＝196.6 kJ/mol 硫酸工业条件：高温——加快反应速率，在该温度下催化剂活性最高　 催化剂V2O5——加快反应速率 常压——常压下转化率已经很高了，高压设备要求高，降低成本 实践应用 1．下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析不正确的是 ①步骤②中“加压”可以加快反应速率 ②步骤②采用的压强是 因为在该压强下铁触媒的活性最大 ③目前，步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右 ④步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 2．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 3．氨广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域。关于工业合成氨，下列叙述错误的是 A．考虑到动力和生产设备的要求，并兼顾化学反应速率和限度，应选择合适的压强 B．考虑到催化剂的活性、化学反应速率和限度，应选择合适的温度 C．一定条件下 2.8 g N2 和 0.3 mol H2充分反应生成 0.6 mol N—H 键 D．工业合成氨反应是重要的人工固氮反应 二、硫酸工业的三种场所 1.接触法制硫酸示意图： 2．应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择适宜条件 二氧化硫接触氧化的反应是一个气体总体积缩小的、放热的反应。 3、压强、温度对SO2的转化率的影响如表所示 温度 （℃） 压强（MPa） 0.1 0.5 1 10 400 99.2 99.6 99.7 99.9 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 条件选择：400-500℃，常压，催化剂 不选择高压的原因：此温度下，增大压强对SO2转化率影响不大，但加压对设备要求高 温度在400-500℃的原因：催化剂在此温度活性高；温度过低，反应速率慢；温度过高，平衡逆向移动，SO2转化率低 4．不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的浓硫酸，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸雾，且吸收速度慢。 5．硫酸生产中的“三废”处理 硫酸厂的尾气必须进行处理，因为烟道气里含有大量的二氧化硫气体，如果不加利用而排空会严重污染空气。 （１）尾气吸收 1. 用氨水吸收，再用H2SO4处理：SO2+2NH3+H2O→(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2SO4→(NH4)2SO4+SO2↑+H2O ②用Na2SO3溶液吸收：Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3 ③石灰石膏法： SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O 实践应用 4．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 5．硫酸是重要化工原料，工业生产硫酸的原理示意图如下。 下列说法不正确的是 A．Ⅰ的化学方程式： B．Ⅱ中排放出的和可循环利用 C．将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生 D．生产过程中产生的尾气可用水吸收 6．工业上制硫酸涉及的三个装置如图所示。下列有关说法中，错误的是 A．沸腾炉的进料口a加黄铁矿，进料口b通空气，发生反应的化学方程式为 B．接触室中的反应主要为 C．吸收塔中不用水吸收的原因是，溶于水时放出大量的热，从而形成酸雾，降低吸收效率 D．硫酸型酸雨样品放置一段时间后，酸雨的pH值随时间的推移会逐渐变小 考点一 工业制硫酸的反应原理 【例1】工业上制备下列物质的生产流程合理的是： A．工业制硝酸： B．生产硅：石英砂粗硅Si(纯) C．工业制硫酸：黄铁矿 D．由铝土矿冶炼铝：铝土矿Al 解题要点 硫酸工业的反应原理主要涉及三个步骤： 1．造气：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2或S+O2SO2 2．转化： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 3．吸收：SO3+H2O=H2SO4 【变式1-1】下列物质的转化过程，在给定条件下不能实现的是 A．石英砂粗硅高纯硅 B．黄铁矿 C． D． 【变式1-2】下列物质的工业制法正确的是 A．工业制硫酸： B．工业制硝酸： C．工业制高纯硅：(粗) D．工业制漂白液： 考点二 硫酸工业的生产过程 【例2】在硫酸工业生产中，的吸收过程是在吸收塔（如图）中进行，吸收塔里还装入了大量瓷环。下列有关说法错误的是 A．从①处通入的气体中含大量，整个吸收操作采取逆流的形式 B．从②处喷下98.3%的硫酸，瓷环的作用是增大接触面积 C．从③处导出的气体只含有少量，可直接排入大气 D．从④处流出的是可用水或稀硫酸稀释的浓硫酸 解题要点 1．沸腾炉中把硫铁矿粉碎，目的是增大固体的表面积，与空气充分接触，燃烧迅速且充分。 2．原料气要通过除尘、干燥等净化处理，目的是防止催化剂中毒，减少对设备的腐蚀。 3．转化器（又叫接触室）中有热交换器，使用的催化剂是五氧化二矾（V2O5）。 4．在转化器中，理论上需高压（既能加快反应速率，又能使化学平衡正向移动），但实际工业生产上使用的是常压，因为在常压下，该反应的转化率已经很高了，若使用高压，会增加生产成本，所以没有必要使用高压。 5．吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫，如果用水或稀硫酸吸收，易形成酸雾。 【变式2-1】在硫酸工业生产中，为了有利于的转化，且能充分利用热能，采用了下图的转化器。下列说法中，正确的是 A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度相同 B．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同 C．c、d两处的混合气体成分含量相同，温度相同 D．c、d两处的混合气体成分含量相同，温度不同 【变式2-2】硫酸是重要化工原料，工业生产制取硫酸的原理示意图如下。下列说法不正确的是 A．Ⅰ的化学方程式： B．II中2mol的与在题给条件下可以生成2mol的 C．将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生 D．生产过程中产生的尾气可用碱液吸收 考点三 化学反应速率和化学平衡在化工生产中的应用 【例3】下列关于工业合成氨的说法正确的是 A．工业合成氨采用10～30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 B．选择不同的催化剂会改变此反应△H的数值 C．合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率 D．合成氨工业中液化分离出氨，提高产率 解题要点 化学工业生产条件的选择，一般从下面几个方面考虑： 1．快：选择合适的外界条件，加快化学反应速率。 2．多：选择合适的外界条件，使化学平衡向正反应方向移动。 3．合理：结合工业生产的实际，优化生产条件。如：理论上硫酸工业中SO2转化为SO3需要高压，但实际工业生产上使用的是常压，因为常压下该反应的转化率已经很高了，没有必要使用高压。 【变式3-1】某工业生产中发生反应：。下列有关该工业生产的说法正确的是 A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A和B的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量 【变式3-2】NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的可通过催化氧化为除去。将一定比例的、和的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，的转化率、生成的选择性与温度的关系如图所示。下列说法正确的是 A．其他条件不变，升高温度，的平衡转化率增大 B．其他条件不变，在范围，随温度的升高，出口处浓度不断增大 C．催化氧化除去尾气中的应选择反应温度高于 D．高效除去尾气中的，需研发低温下转化率高和生成选择性高的催化剂 考点四 工业三废的处理 【例4】化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。在燃煤过程中要先将煤块粉碎，经脱硫处理再在适当过量的空气中燃烧，这样做的目的不包括 A．使煤充分燃烧，提高煤的利用率 B．减少SO2的产生，避免造成酸雨 C．减少CO2的产生，避免温室效应 D．减少有毒CO的产生，避免污染空气 解题要点 1．工业“三废”指废气、废水、废渣，若不做处理会造成环境污染。 2．治理工业“三废”，不仅可以防止有害物质的排放，还可以生产出其他有用的产品。 【变式4-1】煤燃烧时，烟气中含量随温度和氧气含量的变化如图所示。下列说法正确的是 A．煤燃烧不影响自然界氮循环 B．燃煤温度越高污染越重 C．含氧量越高越不易生成 D．燃煤过程没有发生氮的固定 【变式4-2】加强污染物协同控制是消除污染的统筹方法。下列说法正确的是 A．pH<7的雨为酸雨，可通过多植树造林解决酸雨问题 B．燃煤时加入石灰石可减少SO2的排放，最终将SO2转化为CaSO3 C．三元催化剂可同时降低尾气中NO和CO的排放 D．氮氧化合物污染物与硫氧化物污染物不能同时处理 考点五 化学工业的一般要求和绿色化学 【例5】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 解题要点 1.化学工业一般要求： ①原料廉价且稳定，降低运输成本。 ②从环保、成本等角度选择合适的化学反应，保证在反应中能充分接触。 ③制备流程简单高效，能耗低，反应放出的热量质尽可能加以循环利用，生成副产物较少。 ④制备过程绿色、环保，不使用或生成对环境有害的物质。 2．绿色化学的特征： （1）采用无毒、无害的原料； （2）在无毒、无害的条件（包括催化剂、溶剂）下进行； （3）产品应该是环境友好的； （4）具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。 【变式5-1】2026年1月，为纪念国家“双碳”行动升级计划实施一周年，某市举办了“绿色消费赋能可持续发展”主题展览。展览中设立了绿色商品认知区，“绿色商品”是指对环境无污染的商品，下列属于“绿色商品”的是 A．含氟冰箱 B．含磷洗涤剂 C．加碘食盐 D．含铅汽油 【变式5-2】世界城市日城市可持续发展全球大会于2023年10月31日在上海世界会客厅开幕，会议主题是“创新发展，共建以人为本的智慧城市”。会议的关键议题包括房屋品质、绿色低碳、数字治理等，以下做法不符合“绿色低碳”的是 A．外出游玩，多乘坐公共交通 B．火力发电技术成熟，应大力提倡 C．以竹代塑，可减少白色污染 D．提倡垃圾分类回收，废物再利用 基础达标 1．（24-25高一下·上海·阶段练习）下列说法中正确的是 A．自然界中不存在游离态的硫 B．硫在空气中的燃烧产物是二氧化硫，在纯氧中的燃烧产物是三氧化硫 C．二氧化硫能使三氯化铁溶液褪色，体现了其漂白性 D．为减少酸雨的产生可向含硫燃料中加入生石灰 2．下列有关工业制硫酸的说法正确的是 A．一般以硫磺或硫铁矿为原料 B．鼓入足量空气，原料直接转化为 C．用水吸收，可提高吸收效率 D．从吸收塔循环回接触室的物质只有 3．作为燃烧化石燃料产生的气体，CO2会导致 A．酸雨 B．臭氧空洞 C．温室效应 D．光化学烟雾 4．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___________。 （24-25高一上·上海·期末）硫酸是重要的化工原料，查阅资料，工业制硫酸的过程如图： 5．上述过程中，没有发生氧化还原反应的是___________(填“I”、“II”或“III”)。 6．过程II的化学反应方程式为___________。 7．硫酸工业生产的核心阶段是转化，转化率越高，则硫的利用率越高，对环境影响也越小。转化阶段发生的反应：(放热反应) (1)在如图装置中完成“转化”工序。使用该装置实现了___________。 A．充分利用热能 B．防止形成酸雾 C．加速转化 D．获取纯净 (2)图中，b处的气体是___________。 A．低温的、 B．低温的、和 C．高温的、 D．高温的、和 8．接触法制硫酸 (1)接触法制硫酸：    主要阶段 造气-硫铁矿煅烧制造SO2 转化-SO2接触氧化 吸收-SO3的吸收 主要设备 沸腾炉 转化器 吸收塔 化学反应 4FeS2+11O2Fe2O3+8SO2 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) SO3+H2O=H2SO4 A．转化器出来的气体主要包括：___________________________________，原料气要通过___________________等净化处理，目的是___________________。 B．使用98.3%的硫酸而不是直接用水来吸收三氧化硫的原因：_________________。 化学反应方程式 压强 温度 催化剂 SO2的氧化 2SO2+O2 2SO3 0.1MPa(常压) 400℃~500℃ V2O5等 9．（24-25高一下·上海·期末）HCl(g)经水吸收得到盐酸。以下适合作为吸收装置的是_____。 10．工业上以黄铁矿为原料制备硫酸，转化器中，采用400-500℃反应温度的原因是_______。 11．（23-24高一下·上海·期中）的排放会造成酸雨，酸雨是pH________的降水.使用氨水可吸收尾气中的生成，写出该反应的化学方程式________________。 12．合成氨工业、硫酸工业的生产工艺流程大致为： 合成塔和接触室中的反应分别为：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) △H﹤0；2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) △H﹤0 (1)操作I的名称是____________。 (2)写出流程中设备的名称：X____________。 (3)进入合成塔和接触室中的气体都要进行热处理，最理想的热处理方法是____________。 (4)从合成塔中出来的气体除了NH3之外，还有____________(写化学式)； (5)工业上常用98.3％的浓硫酸吸收SO3而不用稀硫酸或水的原因是____________。 (6)工业生产中常用氨——酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。硫酸工业尾气中的SO2经处理可以得到一种化肥，该肥料的化学式是____________。 氨气广泛应用于化工、化肥、制药、合成纤维等领域。反应原理：(放热反应)。工业上合成氨的部分工艺流程如图： 13．①流程中的化学反应属于___________。 A．自然固氮        B．人工固氮 ②气体需要干燥净化的目的是___________。 ③设计热交换器的好处在于___________。 14．下列合成氨条件中，不能用化学平衡移动原理解释的是___________。 A．使用铁催化剂 B．采用500℃ C．移出液态 D．压缩加压 恒温下，向体积为4升的密闭容器中通入和，记录数据如下表： 时间/min 5 10 15 20 25 30 0.32 0.56 x 0.94 0.94 0.94 15．0～10min，___________；15min时，x___________0.80(选填“>”、“=”或“<”)，解释原因是___________。 16．反应达到化学平衡状态时，下列说法错误的是___________。 A． B．混合气体的密度保持不变 C． D．混合气体的平均分子量保持不变 综合应用 1．（24-25高一下·上海·期中）硫及其化合物对于人们日常生活，工业生产，大气环境都有深远影响。其中是工业制硫酸的重要中间物质，它可以通过与在沸腾炉中通过高温煅烧反应得到，反应方程式如下： (1)用单线桥标出该反应的电子转移方向及数目________。 (2)下列物质与其对应用途说法错误的是__________。 A．--酒类防腐剂 B．--制冷剂 C．--治疗胃酸过多 D．铝合金--飞机外壳材料 (3)与酸反应时生成与性质相似的，实验室用过量稀盐酸与混合，不可能得到的产物是__________。 A． B．S C． D． (4)含有的硫酸盐混合溶液可用于快速催化转化无毒无害的硫单质并用于回收，其转化关系如下图所示：该图示中总反应的化学方程式为____________。 中国唐朝时期即有“炼石胆取精华法”的记载，即以胆矾为原料，将其进行高温加热，发生反应，将所得气体冷凝后可得到硫酸溶液；与此同时，西方中世纪的炼金术士通过将绿矾高温加热，可以得到一种红棕色的固体和部分气体，将所得气体冷凝成液体后，其中也存在硫酸。 (5)若假设所用胆矾无其他杂质，且反应完全，理论上通过“炼石胆取精华法”可以得到的硫酸溶液的溶质的质量分数为__________（结果保留两位小数）。 (6)写出绿矾的化学式__________，并预测其高温加热发生的化学方程式__________。 (7)相比于古代西方的硫酸工艺，评价一下我国古代的硫酸工艺的优点___________。（写2点） 硫酸铵是工业中重要的一种硫酸盐，在不同温度分解出不同的产物，反应如下： ① ② (8)配平反应②化学方程式___________。 (9)写出一个上述反应中涉及的弱电解质的电离方程式：____________。 (10)将反应①得到的产物经足量无水干燥，冷却至标准状况，此时混合的气体密度为__________（结果保留两位小数）。 2．（24-25高一下·上海·期末）已知合成氨反应。关于合成氨反应的研究发展方向是探索低温催化剂，基于目前工业合成氨的反应条件，请从速率、平衡以及综合效益的角度阐述聚焦研发低温催化剂的理由：_______。 （24-25高一下·上海·期末）工业上用黄铁矿制备硫酸的工艺如下图所示。 3．下列说法不正确的是_____。 A．步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率 B．步骤Ⅱ中选择的压强是高压 C．步骤Ⅱ中使用双层催化和热交换器 D．步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂 某同学设计如图所示装置探究步骤Ⅱ中二氧化硫的转化率。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。已知装置A是用来制备SO2。 4．装置B的三个作用是a．_____；b．_____；c．通过观察气泡的速率，控制氧气和二氧化硫的通入比例。 5．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，其原因除了影响催化剂活性还有_____。 6．D中锥形瓶盛放的溶液可以是(选填字母)_____。 A．足量澄清石灰水 B．足量小苏打溶液 C．足量氯化钡溶液 D．足量稀硫酸 7．（24-25高一下·上海青浦·期中）工业上利用的转化制备硫酸，其模拟实验的部分装置如下图所示。 (1)装置Ⅰ不能起到的作用是___________(不定项) A．充分混合气体 B．控制气体流速 C．干燥气体 D．防止催化剂中毒 (2)装置Ⅱ反应开始后，硬质玻璃管内存在的气体有___________。 (3)装置Ⅱ中待反应进行后撤走酒精灯，无需持续加热，原因是___________。 A．反应本身无需加热    B．该反应是放热反应 (4)若用O2、水在催化剂存在时吸收尾气中的SO2，吸收完成后，随着氧化的进行，溶液的pH将___________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (5)Fe2O3可用作脱除H2S气体的脱硫剂。Fe2O3脱硫和Fe2O3再生的反应机理如图所示。写出“脱硫”时发生反应的化学方程式___________，过程中Fe2O3的作用是___________。 8．（24-25高一下·上海·阶段练习）硫酸是十分重要的化工原料。工业上用黄铁矿制备硫酸的工艺如下图所示： (1)黄铁矿(即硫铁矿)主要成分的化学式是___________。 (2)下列说法不正确的是_________(不定项选择) A．步骤Ⅰ前需将黄铁矿粉碎，目的是增大接触面积，加快反应速率 B．步骤Ⅱ中选择的压强是高压 C．步骤Ⅲ中选用98.3%的浓硫酸作吸收剂 D．图中每一步含硫物质均发生氧化反应 (3)小丁同学设计如图所示装置探究步骤Ⅱ中二氧化硫的转化率。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。已知装置A是用来制备SO2。 ①装置B的三个作用是a． ___________；b． ___________；c．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___________。 反应停止后，要通过测定装置D锥形瓶中产生的白色沉淀BaSO4的量，得出已被氧化的二氧化硫的量。在滤出沉淀前需要继续通氧气，使装置中的三氧化硫和二氧化硫被D、E、F吸收。 ③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，实验时还可能需要测定的数据如下，做出正确选择后，可得：二氧化硫的转化率是 ___________(用选择的m、a、b  c、d中的几种字母的代数式表示，列式即可)。 a．装置F增加的质量a g b．装置A中亚硫酸钠减少的质量bg c．装置B增加的质量cg d．装置E增加的质量d g (4)小张同学设计实验探究中+4价S的性质(请完成他的表格填写) 限选试剂：NaOH溶液、稀、溶液、溶液、淀粉KI溶液、新制溶液 实验操作 实验现象 实验结论 实验一 将SO2通入新制H2S溶液中 溶液变浑浊 SO2中+4价S具有___________性 实验二 将SO2通入②___________中 ③___________ SO2中+4价S具有还原性，反应的离子方程式为④___________ (5)除了制取硫酸本身，硫酸工业有更多副产品。以硫酸工业的二氧化硫尾气、氨水、石灰石、碳酸氢铵和氧化钾等为原料，可以制备有重要应用价值的硫酸钾、亚硫酸铵等物质，制备流程如下图。 ①反应Ⅰ是脱去SO2的一种常用方法，其反应化学方程式为___________。 ②pH和温度对石灰石浆液的脱硫效率产生一定影响，当烟气通入速度一定时，石灰石浆液的脱硫率与浆液pH的关系如下图所示。下列有关说法正确的是___________ (不定项选择)。 A．烟气通入石灰石浆液时的温度越高，吸收越快，吸收率越高 B．石灰石浆液pH>5.7烟气脱硫效果降低的原因是石灰石的溶解程度增大 C．反应时需鼓入足量的空气以保证SO2充分被氧化生成CaSO4 D．将脱硫后的气体通入KMnO4溶液，可粗略判断烟气脱硫效率 ③生产中，向反应Ⅱ中的溶液中加入适量还原性很强的对苯二酚等物质，其目的是___________。 (6)如图是利用燃料电池工作原理处理某酸性废水的示意图。b电极的电极反应式为___________。 拓展培优 9．盐酸、硫酸、硝酸是三种最常用的工业强酸，也是无机化工的支柱之一。 (1)盐酸的生产原料来自氯碱工业。用离子方程式表示氯碱工业的反应原理______。 (2)采用离子交换膜电解槽进行氯碱工业生产时，离子交换膜能有效防止阳极生成的______（填化学式，下同）与电解液中的某种离子反应，从而避免产品NaOH溶液中产生______杂质。 (3)HCl(g)经水吸收得到盐酸。以下适合作为HCl(g)吸收装置的是______。 硫酸工业的造气阶段涉及两种原理： 原理1：；原理2：。 (4)用单线桥法标出原理2的电子转移方向和数目______。 (5)从原料利用率的角度对原理1和原理2做出评价。______。 硝酸工业以氨气为原料进行生产。 (6)若消耗44.8m3（标准状况）的氨气，氨气的总转化率为96%，则可以得到质量分数为63%的硝酸______kg。 已知：氨气的总转化率 (7)任举一例浓硝酸和浓硫酸化学性质的相同点______。 (8)以下对于“三酸”工业的叙述正确的是______。 A．生产原理都涉及到氧化还原反应 B．生产过程都使用了合适的催化剂 C．生产原料都是自然界广泛存在的物质 10．如图所示的是黄铁矿为主要原料接触发至硫酸工业的流程示意图以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如图： (1)接触法至硫酸的沸腾炉处理的炉气必须经过净化处理，目的是为了___________。 (2)接触法制硫酸中没有设计的设备是___________(填序号)。 A．沸腾炉 B．合成塔 C．吸收塔 D．接触室 (3)从⑤处排出的气体是___________(填序号)。 A．SO2、SO3、N2 B．SO2、O2、N2 C．SO3、O2、N2 D．水蒸气、N2 (4)对从进口⑧喷进的液体的叙述最准确的是___________(填序号)。 A．水 B．发烟硫酸 C．98.3%的浓硫酸 D．稀硫酸 (5)在生产中常使用过量的空气是为了___________。 (6)在B设备中加热到400℃～500℃是由于①加快反应速率，②___________。 (7)对于SO2接触氧化的反应，图中的甲、乙、丙分别表示在不同条件下，SO3在反应混合物中的体积分数(y)与时间(x)的关系，请按要求填写： ①若甲图两条曲线分别表示有催化剂和无催化剂的情况，则___________表示有催化剂的情况； ②若乙图两条曲线分别表示不同压强的情况，则___________表示压强较大的情况； ③若丙图两条曲线分别表示600℃和400℃的情况，则___________表示600℃的情况。 11．氨气是一种重要的化工产品。 (1)工业中用氯气和氢气在一定条件下合成氨气，有关方程式如下： 3H2 (g)+N2(g)⇌2NH3 (g) + 92.4 kJ ①对于该反应：要使反应物尽可能快的转化为氨气，可采用的反应条件是__________，要使反应物尽可能多的转化为氨气，可采用的反应条件是__________：(均选填字母) A．较高温度B．较低温度C．较高压强  D．较低压强  E．使用合适的催化剂 工业上对合成氨适宜反应条件选择，是综合考虑了化学反应速率、化学平衡和设备材料等的影响。 ②该反应达到平衡后，只改变其中一个因素，以下分析中不正确的是_______：(选填字母) A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C．减小生成物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 ③某化工厂为了综合利用生产过程中副产品CaSO4，和相邻的合成氨厂联合设计了制备(NH4)2SO4的工艺流程(如图)，该流程中： 向沉淀池中通入足量的氨气的目的是______________________________，可以循环使用的X是_______________。(填化学式) (2)实验室中可以用铵盐与强碱共热得到氨气。有关的离子方程式为_____________________。 ①0.01 mol/L硝酸铵溶液0.5L，与足量的氢氧化钠溶液共热，可产生氨气_____L(标准状态)。 ②若有硝酸铵和硫酸铵的混合溶液0.5L，与足量的氢氧化钠溶液共热，可产生氨气0.025mol；在反应后的溶液中加入足量的氯化钡溶液，产生0.01 mol 白色沉淀，则原混合液中，硝酸铵的浓度为_______mol/L。 ③现有硝酸铵、氯化铵和硫酸铵的混合溶液V L，将混合溶液分成两等分：一份溶液与足量的氢氧化钠溶液共热，共产生氨气A mol；另一份溶液中慢慢滴入C mol/L的氯化钡溶液B L，溶液中SO42-恰好全部沉淀；将沉淀过滤后，在滤液中继续滴入硝酸银溶液至过量，又产生D mol沉淀。则原混合溶液中，氯化铵的浓度为________mol/L，硝酸铵的浓度为_______mol/L。(用含有字母的代数式表示) 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $