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    [接触法制硫酸]接触法制硫酸工艺流程

    时间:2019-09-13 08:19:29来源:佩佩美文网 本文已影响 佩佩美文网手机站
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    接触法制硫酸

    [知识讲解] 中学无机化工生产简介

    硫酸车间

    一、造气 1.原料

    接触法制硫酸可以用硫黄、黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的烟气(含有一定量的SO2)等作原料。

    从原料成本、环境保护等角度考虑,硫黄是制硫酸的首选材料。我国由于硫黄矿产资源较少,主要用黄铁矿作原料。 世界硫酸产量的60%以上来自硫黄,另一方面,由于有色冶金工业的发展和日趋严格的环保法则,有色金属冶炼烟气制酸的产量逐年增加。相反,黄铁矿制酸的比重却呈下降趋势,90年代初,世界硫酸生产的原料构成为: 硫黄 黄铁矿 其他 65% 16% 19%

    2.煅烧黄铁矿

    将硫黄或经过粉碎的黄铁矿,分别放在专门设计的燃烧炉中,利用空气中的氧气使其燃烧,就可以得到SO2。 煅烧黄铁矿在沸腾炉中进行。 造气阶段的反应原理:

    S(s)+O2

    (g)SO2(g);△H= -297kJ/mol 或者FeS2(s)+O2

    (g)Fe2O3(s)+2SO2(g);△H= -853kJ/mol

    黄铁矿粉碎的目的:一是燃烧迅速,二是燃烧充分,提高原料的利用率。

    沸腾炉的名称是因为从炉底通入的强大空气流,在炉内一定空间里把矿粒吹得剧烈翻腾,好像“沸腾着的液体”,所以,人们把这种燃烧炉叫做沸腾炉。在此阶段中,空气是过量的,目的就是让黄铁矿充分反应。

    3.炉气净化干燥

    从燃烧炉中出来的气体叫做炉气,用燃烧黄铁矿制得的炉气含有SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质,如砷、硒等的化合物和矿尘等。杂质和矿尘都会使催化剂中毒,水蒸气对设备和生产也有不良影响,因此,在进行下一步氧化反应前,必须对炉气进行净化。

    炉气净化主要除去砷、硒等化合物和矿尘;炉气干燥主要除去水蒸气。

    二、接触氧化

    1.反应原理

    SO2跟O2是在催化剂(如V2O5)表面上接触时发生反应的,所以,这种生产硫酸的方法叫做接触法。

    从沸腾炉出来的气体主要有:SO2、O2、N2,它们进入接触室,发生如下反应:SO2

    (g)+-98.3kJ/mol。

    2.SO2接触氧化反应条件选择 (1)温度

    O2

    (g)SO3(g);△H=

    在具体实际生产中,温度低了反应速率就低,更为重要的是催化剂活性在低温时不高,从综合经济效益考虑,温度过低对生产不利。选定400℃~500℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,催化剂的活性(反应速率)和SO2的平衡转化率(93.5%~99.2%)都比较理想。

    (2)压强

    理论上:接触氧化是一个体积缩小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,可提高SO2的转化率。 实际上:常压操作,并不加压。

    原因有两点:一是在常压时SO2的平衡转化率已经很高,增大压强后,SO2的平衡转化率提高得并不多;二是加压对设备的要求高且耗能多,这样将增大投资和能量消耗。

    (3)热交换器

    进入接触室的SO2和O2需要加热,而接触氧化生成SO3时放出热量,反应环境温度会不断升高,用热交换器将这些热量来预热SO2和O2反应。

    由于接触氧化是一个放热反应,要想增大SO2的转化率、提高SO3的产率,平衡要向正反应方向移动,根据平衡移动理论,高温不利于SO3的生成,所以装一个热交换器可用来把反应生成的热传给需预热的炉气。

    在热交换器中,冷气体(SO2和O2等)在管道外流动,热气体(SO3等)在管道内流动,两种气体流向是逆向的,这样有利于热交换充分。

    三、三氧化硫的吸收 1.SO3的吸收

    吸收过程是在吸收塔里进行的。从接触室出来的气体,主要是SO3、N2以及未起反应的O2和SO2。SO3与H2O化合生成H2SO4。H2SO4虽然由SO3跟H2O化合制得的,但工业上并不直接用H2O或稀H2SO4来吸收SO3。 SO3的吸收反应原理:SO3(g)+H2O(l)═H2SO4(l);△H= -130.3kJ/mol

    由于反应SO3+H2O= H2SO4是一个放热反应,如果用水或稀硫酸吸收SO3,放出的热量会使溶液形成大量的酸雾,不利于SO3的吸收,所以工业上用98.3%的浓酸吸收SO3,然后在水或稀硫酸中稀释浓硫酸,制得各种浓度的硫酸产品。 吸收塔里装填了大量瓷环,目的是增大接触面积,吸收操作采取逆流形式也是为了让SO3气体和98.3%浓硫酸充分接触,有利于吸收充分。

    2.尾气的处理

    从吸收塔上部导出的是N2、没有起反应的O2和少量SO2,若直接排放,即浪费又污染环境,需进行尾气处理。尾气处理要经过两个过程:一是进行第二次氧化,即直接将尾气再次通入接触室让其反应;二是两次氧化后的气体加以净化回收处理。

    [小结]

    硫酸的工业制法:

    (1)三原料:黄铁矿(FeS2)或S、空气、98.3%的浓H2SO4。

    (2)三个反应:4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2或S+O

    2SO2(沸腾炉)

    2SO2+O22SO3(接触室)

    SO3+H2O=H2SO4(吸收塔内,实际用98.3%的浓H2SO4吸收SO3)。 (3)三套设备:沸腾炉 接触室 吸收塔

    (4)三阶段:造气→接触氧气→三氧化硫的吸收。 (沸腾炉)(接触室) (吸收塔)

    (5)炉气中的杂质和危害:矿尘、砷、硒等的化合物可使催化剂中毒,水蒸气与SO2、SO3生成酸腐蚀设备,影响生产。

    (6)三步净化:除尘、洗涤、干燥

    (7)六个原理措施:①增大接触面积,充分利用原料的原理(粉碎矿石);②增大反应物浓度原理(通入廉价的过量空气使较贵的SO2充分利用);③热交换原理;④逆流、浓H2SO4吸收原理;⑤催化原理;⑥循环连续生产,提高原料利用率的原理。

    四、工业生产中物质纯度、转化率、产率的计算方法:

    (1)物质的纯度(%)

    =×100%

    (2)原料利用率(%)

    =×100%=1-原料的损耗率 实际利用原料量

    (3)产率(%)

    =

    理论产量>实际产量

    [典型例题解析]

    ×100%

    例1.下列反应能用化学平衡原理解释的是( ) ①使黄铁矿矿粒在过量的空气中燃烧 ②增大气体压强能提高SO2的转化率 ③使SO2氧化成SO3应使用催化剂(V2O5等) ④SO2接触氧化的温度不能太高

    ⑤燃烧黄铁矿制得的炉气,在进行氧化前必须净化和干燥

    A.①②③ B.③④⑤ C.③⑤ D.①②④

    [分析]过量的空气,使O2的浓度超过反应所需的量,可加速正反应的进行,使化学平衡向生成物方向移动。SO2氧化是气体体积缩小的反应,所以增大压强,能提高SO2的转化率。使用催化剂能加快正、逆反应速率,不能用化学平衡原理解释。SO2氧化是放热的可逆反应,所以温度升高,会加速SO3的分解。炉气需净化和干燥,主要为不使催化剂中毒。所以①可用浓度、②可用压强、④可用温度对化学平衡移动的影响来解释。

    例2.工业上用接触法制取硫酸,今有含FeS290%的硫铁矿500t,煅烧时损失5%的硫,SO2转化为SO3时又损失15%的SO2,SO3被水吸收时又损失SO3 0.5%。求这些硫铁矿最终可制得98%的硫酸多少吨? [分析]本题中有关反应的化学方程式为: 4FeS2+11O

    2

    2Fe2O3+8SO2 2SO2+O

    2

    2SO3 SO3+H2O=H2SO4

    可知为连续反应(即上一步反应的产物做为下一步反应的反应物),根据各步反应方程式中反应物和生成物之间量的关系,可找出FeS2与每一步反应中产物之间的关系式(也可直接根据S守恒来找到对应关系): 4FeS2~8SO2~8SO3~8H2SO4

    计算时可将中间物质省略,直接根据FeS2~2H2SO4的关系式,一步就可以求出制得硫酸的量。题目给出的是在生产过程中损失S、SO2和SO3,而不是损失FeS2。因为每一种化合物都有固定的组成,所以在反应中当原料有损失时,则组成该原料的各元素也随之损失,且原料的损失率等于其组成中各元素的损失率。反过来原料中各元素的损失率,也就是该原料的损失率。

    本题中损失5%的硫,即硫铁矿中FeS2损失5%,也就是FeS2的利用率为95%,SO2转化为SO3时损失15%,即SO2转化率85%,换算成硫铁矿中FeS2利用了95%的85%。SO3被吸收时损失0.5%,即SO2利用了99.5%,换算成FeS2的利用率为95%×85%×99.5%。

    解:设可制得98%H2SO4的质量为x,有关反应的化学方程式: 4FeS2+11O

    2

    2Fe2O3+8SO2 2SO2+O

    2

    2SO3 SO3+H2O=H2SO4

    关系式:FeS2 ~ 2H2SO4 120t 2×98t

    500t×90%×95%×85%×99.5% x·98% 解得:x=602.6t

    例3.黄铁矿样品1g,设灼烧后生成的SO2完全转化成硫酸。加入BaCl2溶液后得3.5g BaSO4沉淀。求该矿石样品中FeS2的质量分数是多少? 解:(1)由方程式找关系式

    4FeS2+11O

    22Fe2O3+8SO2 2SO2+O

    22SO3

    SO3+H2O=H2SO4 H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl (2)设1g样品中含FeS2的质量为x。 FeS2 ~ 2BaSO4 120g 2×233g x 3.5g

    120g∶(2×233)g=x∶3.5g x=0.90g

    例4.某工厂处理含二氧化硫废气时,采用“将二氧化硫转化为硫酸铵”的方法,该厂初步处理后的废气中氧气的体积分数为10%,二氧化硫的体积分数为0.2%。使该废气在400℃时以5m3/h的速率通过催化剂层与速率为20L/h的氨气混合,再喷水使之发生反应:2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4,将得到的溶液在结晶装置中处理,可得到硫酸铵晶体,气体体积都已折合为标准状况,试计算:

    (1)该工业为什么将废气以5m3/h的速率与速率为20L/h的氨气混合为最佳配比?(用计算说明)

    (2)若该厂每天排放10000m3这种废气,按上述方法该厂每月(按30天计算)可得到硫酸铵多少吨?消耗氨气多少立方米?

    [分析]从每小时排放SO2的物质的量与每小时需NH3气的物质的量,找出它们的比,与化学方程式里化学计量数对照,找到工厂采用题给配比的原因,后一问按每月排放SO2的体积代入化学方程式,求得需NH3的体积和生成(NH4)2SO4的质量。

    解:(1)每小时排出的废气中SO2的体积为:5×0.2%=5×2×10-3(m3),即10L。 根据题意,每小时送入氨的体积为20L,2SO2+O

    2

    2SO3;2NH3+SO3+H2O=(NH4)2SO4

    ∴NH3与SO2的体积比或物质的量比均为2∶1,恰与反应化学方程式中反应物系数之比为2∶1一致。 (2)每月排放的废气中SO2的体积为:1×104m3×30×0.2%×103L/m3=6×105(L)。

    可制得(NH4)2SO4的质量根据2NH3~SO2~(NH4)2SO4计算为:

    (NH4)2SO4

    的质量为:

    ×132g/mol×10-6t/g=3.535t;

    消耗NH3的体积为:6×105L×2×10-3m3/L=1.2×103m3

    关于硫酸工业综合经济效益的讨论

    [知识讲解]

    化工生产与科学实验的区别在于:化工生产着重考虑综合经济效益;科学实验着重于探索某个重要反应或原理,不惜花费大量的时间和金钱。 二、能量的充分利用

    1.硫酸生产过程中需要消耗的能量

    需要消耗的能量

    2.硫酸生产过程中放出的能量

    放出的能量

    3.能量的充分利用

    沸腾炉产生蒸气来发电

    接触室

    用SO2氧化成SO3放出的热来预热即将参加反应的SO2和O2。

    在生产硫酸过程中,如能充分利用这些“废热”,则不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量,而且还可以由硫酸厂向外界输出大量的能量。

    三、生产规模和厂址选择 1.生产规模

    现代化工厂生产一般要求有较大的规模,这是因为大型工厂的投资较大,便于采用先进的技术和设备以提高劳动生产率,而且有关“废热”利用、环境保护等辅助设施也便于处理。

    考虑我国的实际情况,有关部门主张,在一般情况下,应发展年产4万吨以上的制硫酸装置。

    3.关于课本的两个讨论题 (1)全面分析三个条件:

    第一条件有利于在A城市建硫酸厂;第二条件从市场需求和运输成本考虑,在A城市建厂不如在B城市建厂合算;

    第三个条件从根本上否定了在A城市建厂的设想。因为一个风光秀丽的旅游城市,对环保的要求一定很高,而且该地的土地价格也较贵。如果在该地建污染比较严重的硫酸厂,必然会破坏旅游资源,得不偿失。所以结论是:在B城市建硫酸厂,再运输少量硫酸到A城市供应生产的需要,这样资源配置比较合理。 (2)题设有四个条件:

    第一个条件说明C地对于肥料(包括磷肥以及制造磷肥的硫酸)有很大的市场需求;第二个条件指出C地有丰富的磷矿资源,而且其他条件也很优越,适合于建设大型磷肥厂;第三个条件指出制造磷肥需消耗硫酸,暗示建磷肥厂必须配套建硫酸厂;第四个条件指出该地无硫酸厂,而邻近的D地有丰富的黄铁矿资源,暗示通过运进黄铁矿的方式在C地建硫酸厂是可行的。结论是:在C地建一个大型磷肥厂,并配套建一个大型硫酸厂的建议是正确的。

    [例题剖析]

    例1.下图为某地工业联系图。我国中西部地区大型铁矿附近存在炼焦煤、石灰石,粘土矿和丰富的地下水资源。该地区接近河流和铁路干线,周围是盛产小麦、棉花的农业地区。根据上述信息,完成下列要求:

    (1)随着大型铁矿的开发,该地区建立了焦化厂、钢铁厂、发电厂和水泥厂。通过分析,请将这四个工厂的名称填入工业联系图空白框内;

    (2)从当地农业需要和综合利用资源方面考虑该地区还将建立氮肥厂,其原料供应的利用条件是_____________________。

    (3)为充分利用当地资源,该地还可以建立的轻工业工厂有(说出两个)___________________。

    (4)写出以焦炭、磁铁矿为主要原料冶炼生铁的化学方程式:①____________,②___________,③_________, ④__________。石灰石的作用是___________。

    [分析]焦化厂、钢铁厂和水泥厂都需要使用电能,根据题图结构,可以判定A框为火力发电厂;钢铁厂需要的主要燃料是焦炭,原料是铁矿石,添加剂是石灰石,故C框肯定为钢铁厂;B框 则为炼焦厂。剩下的D框即为水泥厂,它的原料主要是石灰石、粘土和钢铁厂里的废渣,还应包括火力发电厂的煤灰等,其燃料仍是煤。

    根据该地区的工业结构应属重工业区,可能建立的轻工业部门可为面粉厂、食品厂(已知周边地区盛产小麦);由于周围又是棉区,故还可建纺织厂;另外,该地区有丰富的地下水,可建饮料厂等。这些工业部门既可满足市场需要,又可以平衡当地职工性别构成比的社会需要。

    [答案](1)A→B→C→D依次为:发电厂→焦化厂→钢铁厂→水泥厂。 (2)焦化厂回收焦炉气中的粗氨、提纯后生产氮肥。 (3)食品厂、棉纺厂、面粉厂等中选的2个。 (4)①C+O

    2

    CO2,②CO2

    +C

    2CO,③Fe3O4

    +2C

    3Fe+2CO2↑,④Fe3O4

    +4CO

    CaO+CO2↑,CaO+SiO

    2

    3Fe+4CO2; CaSiO3(炉渣)

    石灰石作熔剂,除去铁矿石中的脉石,反应式为:CaCO

    3

    例2.1982年6月18日,重庆市降了一场较大的酸雨,使得市郊两万亩水稻、西瓜叶片突然变黄,几天后局部全部

    枯死。

    (1)简述酸雨的成因,写出化学方程式。 (2)酸雨导致水稻枯死的原因是什么?

    (3)澄清石灰水,熟石灰水浊液,烧碱溶液都能吸收大气中的SO2,从净化效果和经济效益考虑,你认为用哪一种试剂比较合理?

    (4)请提出两条预防酸雨的措施。

    答案:(1)矿物燃料的燃烧产生大量SO2,硝酸工厂及汽车尾气等产生大量氮氧化物NOx,它们在空气中氧气和水蒸气作用下转变成硫酸和硝酸,降落到地面形成酸雨。主要反应式为: 气相反应:2SO2+O2

    或2SO2+O2+2H2

    O

    液相反应:SO2+H2O=H2SO3 2H2SO3+O2=2H2SO4 硝酸型的酸雨形成:2NO+O2=2NO2,2NO2+H2O=HNO3+HNO2 (2)酸雨破坏了水稻生长需要的酸碱度。

    (3)Ca(OH)2溶解度较小,故澄清石灰水中Ca(OH)2浓度很小,吸收SO2量少且速度慢。NaOH吸收效果好但成本较高。熟石灰的悬浊液克服了上述二者的缺点,效果好,耗费低,故熟石灰水浊液较适宜。

    (4)①控制SO2和氮氧化物NOx的排放量,堵塞污染源。②积极推广燃料脱硫技术,改进燃料燃烧设备和装置,开发新型燃料。

    例3.如图为某城市自然环境图。该市气候偏干燥,常刮西北风。现欲在该市建一个大型化工基地,有甲、乙、丙、丁四个地点,你认为理想的地点是( )

    A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

    2SO3;SO3+H2O=H2SO4 H2SO4

    [分析]在选择化工基地时应考虑:水源充足,交通方便,且尽量远离居民生活区以防污染。甲在居民区的西北方向,刮西北风时,恰好使烟尘尾气等带入居民生活区而造成空气污染;乙在山区交通不方便;丁在居民生活区。所以甲、乙、丁三个位置都不能选为化工基地。

    例4.汽车尾气(含有烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源之一,治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”(用铂、钯合金做催化剂),它的特点是使CO与NO反应,生成参与大气生态环境循环的无毒气体,并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。

    (1)写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式:________________________。

    (2)“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度,其原因是___________________。 (3)控制城市空气污染的方法可以有_____________(多选扣分)。

    A.开发氢能源 B.使用电动车 C.植树造林 D.戴上呼吸面具

    [分析]根据题示信息:CO与NO反应生成可参加大气生态循环的无毒气体,可知该反应是以NO为氧化剂,将CO氧化为CO2,而本身被还原为N2。仔细阅读试题,根据催化剂可促进SO2的氧化,可推知SO2转化为SO3产生H2SO4酸雾,增加空气的酸度。 答案:(1)

    2CO+2NO

    2CO2+N2 (2)SO2能转化为SO3,产生硫酸酸雾 (3)A、B

    硫酸工业综合能力测试

    一.选择题(本题包括5小题,每一小题只有一个正确答案,5×4=20分) 1.你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是( )

    ①少用煤做燃料;②把工厂的烟囱造高;③燃料脱硫;④在已酸化的土壤中加石灰;⑤开发新能源。 A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤

    2.常见的污染物分为一次污染物和二次污染物。二次污染物是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或微生物作用下,发生变化所生成的新污染物。如:反应:2NO+O2=2NO2中,NO2为二次污染物。下列三种气体①SO2 ②NO2 ③H2S,其中能生成二次污染物的是( )

    A.只有①② B.只有②③ C.只有①③ D.全部都是 3.人体内必需的下列元素中,因摄入量而导致骨质疏松的是( ) A.K B.Ca C. Na D.Fe 4.目前,在我国城市环境中主要的大气污染物是( ) A.CO2、Cl2、N2、酸雨 B.NH3、CO2、NO、雾 C.HCl、SO2、N2、粉尘 D.SO2、NO2、CO、粉尘

    5.若a g FeS2在空气中充分燃烧,共转移n个电子,则阿伏加德罗常数值可表示为( )

    A

    B. C

    . D

    二、选择题(本题包括10小题,有1-2个正确答案,10×4=40分)

    6.在硫酸的工业制法中,下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都是正确的是( ) A.硫铁矿燃烧前要粉碎,因为大块的硫铁矿不能燃烧 B.从沸腾炉出来的炉气需净化,因为炉气中SO2会与杂质反应 C.SO2氧化为SO3时需使用催化剂,这样可以提高SO2的转化率

    D.SO3用98.3%的浓H2SO4吸收,目的是防止形成酸雾,以便SO3吸收完全

    7.20世纪90年代初,国际上提出了“预防污染”的新概念。“绿色化学”是预防污染的基本手段,下列各项中属于“绿色化学”的是( )

    A.处理废弃物 B.杜绝污染源 C.减少有毒物 D.治理污染点

    8.某工厂排放的酸性废水中含有较多的Cu2+,对农作物和人畜都有害。欲采用化学方法除掉有害成份,最好加入下列物质中的( )

    A.食盐和硫酸 B.胆矾和石灰水 C. 铁粉和生石灰 D.小苏打和盐酸 9.为了保护臭氧层,可采取的有效措施是( )

    A.减少二氧化硫的排放量 B.减少含铅废气的排放量 C.减少氟氯代烃的排放量 D.减少二氧化碳的排放量

    10.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是( ) A.利用电池外壳的金属材料

    B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D.回收其中石墨电极

    11.导致下列现象的主要原因与排放SO2有关的是( )

    A.酸雨 B.光化学烟雾 C.臭氧层空洞 D.温室效应

    12.正常雨水的pH约为5.6,酸雨的pH一般小于4.5。下列有关酸雨的论述不正确的是( ) A.空气中硫和氮的氧化物随雨水降下成为酸雨 B.正常雨水也有微酸性,这是由于溶有CO2的缘故 C.酸雨中因含有亚硫酸,其pH会慢慢下降到一定值 D.酸雨和正常雨水的样品煮沸后酸性都减弱

    13.燃烧硫铁矿时损失了的x%硫,则FeS2的损失率与硫的损失率比较( ) A.大于x% B.小于x% C.等于x% D.不能确定

    14.金属加工后的废切削液中含有2%-5%的NaNO2,它是一种环境污染物,直接排放会造成环境污染。人们使用NH4Cl溶液来处理此废切削液,使NaNO2转化为无毒物质。该反应分两步进行:第一步:NaNO2+NH4Cl→NaCl+NH4NO2,

    第二步:

    ,下列对第二步反应的叙述中正确的是( )

    ①NH4NO2是氧化剂 ②NH4NO2是还原剂 ③NH4NO2发生了分解反应 ④只有氮元素的化合价发生了变化 ⑤NH4NO2既是氧化剂又是还原剂 A.①③ B.①④ C.②③④ D.③④⑤

    15.化工厂厂址选择是一个复杂的问题,受到原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等诸多因素的制约。硫酸厂应建在( )

    ①靠近原料产地远离消费中心。 ②靠近消费中心,稍偏离原料产地。

    ③交通便利,人口稠密的居民区。 ④建在环保要求高的地方,便于“三废”的治理。 A.①②③④ B.①③④ C.①②④ D.只有②

    第 Ⅱ 卷(非选择题,共90分)

    三、(本题包括2小题,共28分)

    16.在硫酸工业生产中,为了防止污染,保护环境,尾气可用______吸收,然后再用__________处理,这样得到的气体中SO2的含量较高,可返回车间再用。写出有关的反应的方程式:__________。

    17.在某厂的废气中含有很少量的氯气,在排放前要进行处理,除去氯气后达到排放标准。现有: ①烧碱 ②熟石灰 ③浸有铁屑的氯化亚铁溶液。

    试回答:(1)用上述三种物质的哪种处理废气最适宜?__________,理由是__________。 (2)写出有关的化学方程式__________。

    四、(本题包括3小题,共27分)

    18.某化工厂排放的污水中含有Zn2+、Hg2+、Fe2+、Cu2+四种离子,甲、乙、丙三位学生分别设计从该污水中回收金属铜的方案如图所示:

    (1)甲、乙、丙提出的实验方案是否都可以得到铜(填“能”或“不能”)甲_____;乙_____;丙_____。

    (2)在制得铜的方案中哪一步操作会导致环境污染__________,并应增加哪些措施防止污染__________。

    19.保护环境已成为当前和未来的一项全球性重大课题之一,为消除目前燃料使用过程中的环境污染问题,并缓解能源危机,有的专家提出了利用太阳能促使燃料循环使用的构想,如图所示。这种构想或方案可用下列反应来表示:

    ① ②H2O→ ③N2+H2O→ ④CO2+_____→2CH3OH+______。

    ⑤_______+H2O→CH4+_______。

    (1)请完成上述化学反应方程式。

    (2)要实现上述的一些构想,目前和今后要解决的关键问题是:_____________。

    (3)如果光子的能量不够,上述化学反应是无法完成的。而大自然已经解决了这个问题。即:__________。它是地球上最重要的化学反应之一,请写出该化学反应的方程式__________。

    20.环境污染已成为人类的一大杀手,各种污染数不胜数。

    (1)下列名词与污染无关的是( )

    A.温室效应 B.赤潮 C.酸雨 D.大脖子病 E.光化学烟雾 F.潮汐

    (2)水俣病是由于含_____________元素的工业废水造成的,该元素转化成_____________后,富集在鱼、虾和贝类的体内,人们如果长期食用这些鱼、虾和贝类,该物质就会引起以______损伤为主的慢性中毒。

    (3)某工厂的燃料煤中硫的质量分数为0.32%,该厂每天烧这种煤100t。

    A.有人设计向该厂燃料中掺入生石灰,可排除SO2的污染,试写出有关的化学方程式:__________。

    B.若不采取任何措施,每天该工厂排出的SO2,体积是多少升?(标况)

    C.若将煤中的硫转化为硫酸(设硫的转化率为80%),每天可制得98%(质量分数)的硫酸多少吨?

    五、(本题包括2小题,共16分)

    21.某河道旁有甲、乙两厂。它们排放的工业废水中,共含有K+、Ag+、Fe3+、Cl-、OH-、NO3- 六种离子。

    甲厂的废水明显呈碱性,故甲厂废水中所含的三种离子是________、________、________;乙厂废水中含有的另外

    三种离子是________、________、________。

    有一种设想是将甲厂和乙厂的废水按适当的比例混合,可使废水中的________(填写离子符号)转化为沉淀。经过滤后的废水主要含________,可用来浇灌农田。

    22.酸雨是指pH小于5.6的各种大气降水,酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理现象,它是大气受污染的产物和表现。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,多数情况下以硫酸为主。燃料燃烧、火山喷发、枯死植物腐烂、从含硫的金属矿石中提炼金属的过程中都会产生二氧化硫,二氧化硫在空气中、云中发生化学反应形成硫酸。请根据以上材料。回答:

    (1)以上材料中,哪些是属于引起酸雨的人为因素?

    (2)用化学方程式表示SO2形成酸雨的过程。

    (3)酸雨不仅使土壤酸化,而且使土壤贫瘠,请说明酸雨使土壤贫瘠的原因。

    (4)你认为应该如何控制酸雨污染物,防止酸雨的危害。

    六、(本题包括2小题,共19分)

    23.在硫酸工业生产中,通过下列反应使SO2转化为SO3

    -196.6kJ,已知常压下SO3的体积分数为91%,试回答下列问题:

    (1)在生产中常用过量的空气是为了____________________。

    (2)加热到400℃-500℃是由于____________________。

    (3)压强应采用________选填(“加压”、“常压”、“减压”),原因是____________________。

    (4)常用浓硫酸来吸收SO3而不用水,其原因是__________。

    (5)尾气中的SO2常采用氨水等碱溶液吸收,是因为____________________。

    ;△H=

    24,化学耗氧量(COD)是水体质量的控制项目之一,它是度量水中还原性污染物含量的重要指标。COD是指强氧化剂(我国采用K2Cr2O7)处理一定水样时所消耗氧化剂的量,并换算成以氧气为氧化剂时,1L水样所消耗氧气的质量(O2 mg/L)。我国明文规定:COD>500mg/L的污水不得直接排放。

    现有某废水样品20.0mL,加入10.00mL 0.04000mol/LK2Cr2O7溶液,并加入适量的酸和催化剂,加热反应2小时,在指示剂存在下用0.1000mol/L (NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定多余的K2Cr2O7溶液,共用去(NH4)2Fe(SO4)2溶液12.00mL。

    (1)已知K2Cr2O7在酸性溶液中作氧化剂时,被还原为Cr3+,Fe2+被氧化为Fe3+,写出K2Cr2O7与(NH4)2Fe(SO4)2在H2SO4存在下反应的化学方程式:______________。

    (2)计算20.0mL废水所消耗的K2Cr2O7的物质的量。

    (3)计算20.0mL该废水水样的COD。

    (4)在锻造、机械、印染、造纸、电镀、蓄电池等工厂所排故的污水中,COD值特别高的是_________。

    硫酸工业综合能力测试参考答案

    1.答案:C

    解析:酸雨的主要成因是大气污染物SO2,SO2以及其在氮氧化物或飘尘的作用下产生污染更严重的SO3溶于雨水中而形成酸雨。减少酸雨产生的手段是降低排放出废气中SO2的数量。煤中含硫较多,燃煤能向空气中释放大量的SO2,加高烟囱只是“降低了地表”SO2的浓度,把含SO2的废气送到远处而不能减少其排放量。燃料脱硫和开发新能源可减少SO2的排放,而在已酸化的土壤中加石灰只是克服土壤过多酸性,与SO2的排放量无关。

    2.答案:D

    分析:

    SO2、NO2可进一步形成酸雨;H2S可进一步氧化成SO2等。

    3.答案:B

    解析:

    骨骼的主要成分中含有Ca,Ca摄入量不足,骨骼的形成、生长和新陈代谢都会受到影响。人体摄入Fe是为了补充血液中的血红蛋白所需;摄入K、Na是为了保持体液内电解质平衡;摄入Ca是骨骼、牙齿生长所必需。

    4.答案:D

    分析:

    此题要求了解大气污染及其危害。

    5.答案:D

    分析:

    FeS2 ~ 11e

    120g 11NA

    a g n -

    解得:

    6.答案:D

    解析:

    将硫铁矿粉碎使燃烧速率更快、反应更充分;净化SO2的主要目的是防止杂质使催化剂中毒;催化剂只能提高反应速率,不能提高SO2的转化率。

    7.答案:B

    解析:

    “绿色化学”指充分利用无毒害原材料,在生产的各环节实现净化和无污染的化学生产工艺。它有利于工业上对“三废”的处理与利用。

    8.答案:C

    分析:

    应考虑①去除Cu2+,②中和废水中的酸2个方面。

    9.答案:C

    解析:

    臭氧层位于高空,含铅废气难以到达,二氧化硫在对流层就被O2氧化或被水蒸气吸收后氧化。二氧化碳没有还原性,与O3不发生反应,只有氟烃如CF2Cl2、CFCl3比较稳定,到高空中才被O3分解,同时也破坏了臭氧层。只要关注社会热点和电视新闻,应该很容易找到正确答案C。

    10.答案:B

    解析:

    逐项分析,每一项都有道理,找出首要原因。抓住生活质量提高这一关键词,其他三项对提高生活质量直接影响不大。环境污染直接影响到生活质量。

    11.答案:A

    解析:

    酸雨—SO2,光化学烟雾——汽车尾气中NOx与有机物,臭氧层空洞——氟氯代烃,温室效应——CO2。SO2易溶于水,生成的H2SO3易被O2氧化H2SO4,则雨水的pH减小形成酸雨。

    12.答案:D

    解析:

    由SO2形成的酸雨,最终成分是H2SO4煮沸后也不分解。

    13.答案:C

    解析:

    有固定组成的物质中,其中某种元素损失a%,则组成该物质的其他元素也损失a%,即整个物质损失a%,这样才能保持物质组成不变。

    14.答案:D

    提示:

    从有关概念和价态变化分析。

    15.答案:D

    解析:

    由于硫酸是腐蚀性液体,运输价格比较贵,这就决定了硫酸厂靠近消费中心,比靠近原料产地更为有利,①错,②对。硫酸厂对环境的污染比较严重,因此不应建在人口稠密的居民区和环保要求高的地区。③、④错误。

    16.答案:

    氨水,硫酸;2NH3+SO2+H2O=(NH4)2SO3,(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H2O

    注意:

    氨水过量,生成物是(NH4)2SO3而不是NH4HSO3。

    17.答案:

    (1)③,因洗气便于操作且效高。当FeCl2被氯气氧化后生成的FeCl3又与Fe反应而回收FeCl2。只需消耗价廉的铁屑。

    (2)2FeCl2+Cl2=2FeCl3,2FeCl3+Fe=3FeCl2

    解析:

    若仅认为石灰价廉,去吸收Cl2较好时,忘了废气中氯是很少的,不足以生产漂粉精,且若Ca(OH)2较少则吸收Cl2效率太低。另有,废气中若混入CO2和水蒸气无法制得漂粉精。用③为好,因为用溶液洗气便于操作,且FeCl2转为FeCl3后,又与Fe反应补充FeCl2实际只耗用一些铁屑。

    18.答案:

    (1)不能;能;不能。

    (2)乙方案的第三步操作,加热会生成汞蒸气,导致环境污染,应增加冷凝回收汞蒸气的装置。

    解析:

    甲的方案第①步加入过量NaOH溶液后,沉淀为Hg(OH)2、Fe(OH)3、Cu(OH)2的混合物,加热时分别生成Hg、Fe2O3和CuO,用H2还原得到Fe与Cu的混合物。乙的方案第①步加入过量铁粉,置换出Hg与Cu,并Fe3+反应生成Fe2+。过滤后,滤渣中有Fe、Hg、Cu三种单质。加入HCl,Fe溶解,过滤分离;滤渣中只剩Hg与Cu。加热,Cu被空气中O2的氧化为CuO,汞转化为蒸气;用H2还原CuO可以得到Cu,此方案合理;但有汞蒸气(剧毒)污染环境,须用冷凝装置回收。丙的方案第①步与乙相同,但缺少加HCl这一步,没有除掉过量的铁粉。他的第二步操作中得到Fe2O3(或Fe3O4)与CuO两种物质,最后仍得到Fe与Cu的混合物。

    19.答案:

    (1)

    (3)绿色植物的光合作用

    20.答案:

    (1)D、F

    (2)Hg、甲基汞、脑细胞

    (3)a.CaO+SO2=CaSO3

    (2)寻找使物质吸收光能转变为所需物质的物质(如催化剂)或方法(可以模拟叶绿素的功能)

    b.根据硫守恒,排出SO2体积为V

    ,则

    c.设生产98%H2SO4的质量为x

    S — H2SO4

    32t 98t

    100t×0.32%×80% 98%x

    x=0.8t

    解析:

    环境污染包括大气污染、水源污染、食品污染、土壤污染等,这些污染均会给人类带来不同程度的健康危害,如温室效应、酸雨、赤潮、光化学烟雾、臭氧层被破坏等,大脖子病是缺碘所致,水俣病是汞中毒的结果,潮汐是一种自然现象。人类在生产和生活中消耗大量的煤和石油。所含的硫元素经燃烧后产生的SO2在大气中经尘粒催化氧化成三氧化硫,从而造成危害严重的酸雨,工业上常采用熟石灰脱硫。

    21.答案:

    甲:K+、Cl—、OH—离子。

    乙:Ag+、Fe3+、NO3—离子,Fe3+与OH—、Ag+与Cl—,K+,NO3—离子(或KNO3)。

    解析:

    甲厂的废水明显呈碱性,说明含有大量OH—,则Ag+、Fe3+因与之反应而不能共存,阳离子只可能含有K+.另一种离子待定。

    乙厂中含有另外三种离子,结合甲中分折,一定含有Ag+、Fe3+,而Ag+与Cl—反应不能大量共存,故阴离子只可能是NO3—,所以Cl—属于甲厂废水。

    甲厂和乙厂护应当按适当的比例混合,因Fe3+与OH—、Ag+与Cl—反应转化为沉淀而被过滤后,溶液中只余K+、NO3—离子(钾肥、氮肥),故可作为化肥用来浇灌农田。

    22.答案:

    (1)燃料燃烧、从含硫的金属矿石中提炼金属;

    (2)SO2+H2O=H2SO3,2H2SO3+O2=2H2SO4;

    SO3+H2O=H2SO4;

    (3)酸雨使土壤pH下降,抑制了土壤中微生物的繁殖,从而影响有机物的分解和生物的固氮能力,造成土壤贫瘠。

    (4)控制二氧化硫的人为排放量,积极推广燃料的脱硫技术,改革燃料燃烧的设备和装置,开发新型燃料。

    23.答案:

    (1)通入过量空气是为了使平衡向正反应方向移动,提高SO2的转化率,使成本较高的SO2得以较充分的利用。

    (2)400℃—500℃是该反应催化剂的活性温度,选择此温度可提高反应速率,缩短达到平衡所需的时间,提高单位时间内的产量。

    (3)常压;常压下SO3的体积分数已达91%,而增大压强对设备、动力系统要求高,成本增大,综合经济效益降低,故工业生产中常用常压。

    (4)用水吸收SO3会形成酸雾,吸收速率减慢。

    (5)因为SO2是酸性氧化物,能被碱吸收且SO2有毒,是大气污染物,吸收回收SO2是为了减少对环境的污染。

    解析:

    (1)工业生产中常采取增某一廉价反应物的浓度,以提高另一反应物的转化率。硫酸工业生产中通入过量空气同样是为了使平稳向正反应方向移动,提高SO2的转化率,使成本较高的SO2得以较充分的利用。

    (2)温度的选择不仅要从反应的程度考虑,更要从反应的速率和催化剂的活性考虑。400℃—500℃是该反应催化剂的活性温度,选择此温度可提高反应速率,缩短达到平衡所需的时间,提高单位的时间内的产量。

    (3)压强的选择主要考虑平衡的移动、设备及动力系统等方面因素。虽然增大压强可提高该反应中SO2的转化率,但在常压下SO3的体积分数已达91%,而增大压强对设备、动力系统要求高。成本增大,不合算,故工业生产中采用常压。

    (4)无论是用浓硫酸还是用水吸收SO3,其本质都是发生SO3+H2O=H2SO4的反应,用浓硫酸吸收SO3是从吸收过程中发生的反应对吸收速率的影响去分析的,用水吸收SO3会形成酸雾,使吸收速率减慢。

    (5) 因为SO2有毒,是大气污染物,尾气中的SO2的吸收回收是为了减少对环境的污染。

    24.答案:

    (1)K2Cr2O7+6(NH4)2Fe(SO4)2+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+6(NH4)2SO4+Cr2(SO4)3+7H2O+K2SO4;

    (2)2.000×10—4mol;

    (3)COD=480mg/L;

    (4)印染厂、造纸厂

    解析:

    (1)根据题示信息K3Cr2O7→Cr3+,Fe2+→Fe3+,

    K2Cr2O7+6(NH4)2Fe(SO4)2+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+6(NH4)2SO4+Cr2(SO4)3+7H2O+K2SO4

    (2)给出的K2Cr2O7的物质的量:0.04000mol/L×10.00mL×103L/mL=4×104mol --

    由K2Cr2O7—6(NH4)2Fe(SO4)2,(NH4)2Fe(SO4)2消耗的K2Cr2O7的物质的量:

    ×103L/mL=2×104mol --

    -- 废水消耗掉的K2Cr2O7的物质的量:4×104mol-2×104mol=2.000×10—4mol

    (3)由题示信息,K2Cr2O7与O2的量的关系为:2K2Cr2O7—3O2,所以20.0mL废水消耗O2

    的物质的量是:

    ,则1L废水中消耗O2的质量是,

    即废水水样的COD为:480mg/L。

    特别高。

    环保专题

    1.造成环境污染的物质及其来源

    (1)二氧化硫:大量的二氧化硫主要来源于煤和石油的燃烧、金属矿石的冶炼等。 (4)COD值特别高的是印染厂、造纸厂所排放的污水。因为这些工厂大量使用还原剂,所排放的污水COD值就

    (2)氮的氧化物:主要来自煤、石油等燃料的燃烧和使用硝酸的工厂以及汽车等排放的废气。

    (3)碳的氧化物:主要来自煤、石油等燃料的燃烧。

    (4)煤烟:主要来自煤的不完全燃烧(主要成分是没燃烧的炭粒)。

    (5)碳氢化合物:主要来自于石油的开采、炼制和使用。

    2.部分有关环境保护知识

    (1)环境:大气、土地、水、矿产、森林、生物及风景游览区、自然保护区、生活居住区等构成了人类生存的环境。

    (2)环境污染:主要大气污染、水污染、土壤污染、食品污染等,还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。

    (3)酸雨:空气中硫的氧化物和氮的氧化物随雨水降下就成为酸雨。其危害有:可使湖泊水质酸化、毒害鱼类和其他水生物;使土壤酸化、破坏农田、损害农作物和森林;腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹等。

    (4)工业三废:废水、废气、废渣。

    (5)粉尘:指煤、矿石等固体物料在运输、筛选、粉碎、卸料等机械处理过程中产生的或是由风扬起的灰尘等。

    (6)破坏臭氧层的物质:SO2、NO、NO2、CF2Cl2(氟利昂)。

    (7)氰化物:CN有剧毒(电镀液中常含有),含CN的污水、废气会严重污染环境。

    --

    (8)汞:剧毒,不慎洒出,可在汞上撒上硫粉(Hg+S=HgS);为了排除室内汞蒸气,排风机应装在墙的下部。

    (9)Cu、Hg、Pb、Ba、Sn等重金属盐可使人中毒,误食后应立即喝大量生蛋清或生牛奶解毒。

    (10)NaNO2:有毒,外观类似食盐,易误食,NaNO2进入血液,可把亚铁血红蛋白氧化为高铁血红蛋白,使血液失去携氧功能,造成组织缺氧。

    从能源利用条件看,我国主要的大气污染是煤烟型及SO2和烟尘。

    3.有毒有机物质

    (1)甲醇:有毒,饮后会使人失明,量多可致死。工业酒精中含甲醇,不可饮用勾兑酒。

    (2)苯酚:有毒,其浓溶液对皮肤有强烈腐蚀作用,不慎沾到皮肤上应立即用酒精清洗。

    (3)硝基苯:有毒,它与皮肤接触或其蒸气被人体吸收可引起中毒。

    4.工业尾气及其主要成分

    (1)硫酸厂尾气:SO2、O2、N2等,一般用氨水吸收。

    (2)硝酸厂尾气:NO、NO2、N2、O2等,一般用NaOH溶液吸收。

    (3)高炉煤气:CO、CO2、N2等,一般回收利用。

    (4)炼钢烟气:Fe2O3烟尘、CO等,一般回收利用。

    (5)焦炉气:H2、CH4、CO、CO2、C2H4、N2,可用作燃烧等。

    (6)氯碱工业:Cl2,一般用NaOH溶液吸收。

    5、环保措施:

    控制和减少污染物的排放,如工厂尾气在排放前的回收处理、城市机动车的排气限制等。

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