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硫酸工业中的三废处理及能量利用课堂练习（附解析新人教版选修2）
资料简介
硫酸工业中的三废处理及能量利用
1.接触法制硫酸的接触室里有一个热交换器,有关它的下列说法正确的是( )
A.其主要作用是给催化剂加热
B.其作用是把生成的热量传递给需要预热的混合气体,并将反应后生成的气体冷却
C.为了充分利用余热,使冷水经过热交换器,从而得到热水
D.进行热量传递时,冷、热气体流向相同
解析:接触室中的热交换器是在每两层催化剂的中间,因此起不到给催化剂加热的作用,热交换器管内和管外流动的均是气体,且采用的是逆流(即气体流向相反)形式。
答案:B
2.下列说法中,不正确的是( )
A.硫酸工业的尾气必须回收、净化处理,主要为了充分利用原料
B.所谓“酸雨”,主要含有硫的氧化物以及形成的硫酸及亚硫酸
C.大气中,大量的SO2来源于煤和石油的燃烧、金属矿石的冶炼
D.消除大气污染的主要方法之一是减少污染物的排放
解析:硫酸工业尾气中主要含SO2,如直接排入空气中,一是污染大气,二是浪费原料,所以尾气的回收、净化处理有两方面的原因,不单单是充分利用原料。
答案:A
3.你认为减少酸雨的形成可以采取的措施是( )
①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高 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
解析:酸雨的形成主要是因为大量燃烧含硫的煤产生大量SO2排放到大气中造成的,所以①③⑤能减少酸雨的形成,而把烟囱造高对SO2的产生不影响。在酸化的土壤中加石灰是对酸雨造成的危害的处理,故②④不正确。
答案:C
4.工业制硫酸用硫黄作为原料产生的污染比用黄铁矿小,主要方面是( )
A.废气 B.废渣
C.废水 D.酸雨
解析:用黄铁矿制硫酸,废渣较多,而用硫黄作为原料,几乎没有废渣,但废气的量没有减少,也会产生废水。
答案:B
5.工业上制硫酸时,下列措施不合理的是( )
A.用98%的硫酸代替水吸收SO3
B.将尾气直接放空
4
C.将矿石粉碎成很细的颗粒
D.接触室内安装热交换器
解析:B项中尾气中含SO2对环境有污染,不能直接放空。C项正确,把矿石粉碎是为了增大矿石与O2的接触面积,增大反应速率。D项正确,接触室内安装热交换器,预热反应气体。
答案:B
6.“飘尘”是物质燃烧时产生的粒状漂浮物,颗粒很小(直径小于10-7),不易沉降(可飘浮数小时甚至数年),它与空气中的SO2、O2接触时,SO2会部分转化为SO3,使空气酸度增加,飘尘所起的主要作用是( )
A.氧化剂 B.还原剂
C.吸附剂 D.催化剂
解析:空气中SO2、O2接触时,SO2会部分转化为SO3,“飘尘”的作用是催化剂。
答案:D
7.接触法生产硫酸的过程中,对废气、废水、废渣、废热的处理正确的是( )
①尾气用氨水处理 ②污水用石灰乳处理 ③废渣用来造水泥、炼铁 ④设置废热锅炉产生蒸汽、供热或发电
A.①②
B.①③④
C.①②③
D.①②③④
解析:硫酸厂尾气中含有SO2,可用氨水吸收处理;硫酸厂废水中含有硫酸可用石灰乳中和;硫酸厂废渣中含有SiO2、Fe2O3等,可用于制造水泥、炼铁;由于硫酸生产过程中三个化学反应都是放热反应,可以充分利用这些反应放出的热能来降低生产成本。
答案:D
8.下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是( )
A.在接触室中使用铁粉作催化剂
B.在接触室中运用热交换技术可充分利用能源
C.把硫铁矿磨成细粉末,可以提高原料的利用率
D.该反应采用450~500 ℃主要是因为该温度下催化剂活性好
解析:硫酸工业生产过程中,接触室中发生反应的化学方程式为2SO2+O22SO3,所用催化剂为V2O5。
答案:A
9.读某城市的城市布局示意图,回答有关问题:
①煤炭基地 ②大型硫酸厂 ③自来水厂 ④疗养院
⑤大型商场 ⑥食品厂 ⑦化工厂 ⑧造纸厂 ⑨污水处理厂 ⑩高等院校
4
(1)该城市布局是否合理?请分析原因。
(2)图中②处分布大型黄铁矿(主要成分是FeS2)。写出制取二氧化硫、三氧化硫的化学方程式。
(3)接触法制硫酸的尾气中还含有少量的二氧化硫,如果排入大气,就会造成环境污染。你认为该企业应该采用什么方法回收、利用尾气中的二氧化硫,写出有关反应的化学方程式。
(4)该市经济发达,每天有大量的汽车排放氮氧化合物、碳氢化合物,以及企业、家庭炉灶排放大量的二氧化硫、二氧化碳等,会导致市民心脏出现什么后果?该市应采取哪些措施防治大气污染?
解析:(1)煤炭基地、大型硫酸厂、化工厂布局合理,理由是煤炭基地、大型硫酸厂离消费中心近而化工厂接近原料基地,且在垂直风向的郊外;自来水厂、疗养院、大型商场、食品厂布局合理,自来水厂在河流上游,不受或少受污染,分布在居民区中心地带;造纸厂布局不合理,理由是它位于夏季风的上风地带,且离居民区、高等院校较近,大气污染严重;铁路穿过市区不合理,因为噪声污染、大气污染严重。
(4)心脏供氧不足,心脏收缩性减弱,因而心脏输出量减少。
答案:(1)煤炭基地、大型硫酸厂、化工厂布局合理,自来水厂、疗养院、大型商场、食品厂布局合理。造纸厂布局不合理,铁路穿过市区不合理。
(2)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
2SO2+O22SO3
(3)氨吸收法:SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2↑+H2O
(4)心脏供氧不足,心脏收缩性减弱,因而心脏输出量减少。该市应采取的措施是:①大力植树造林;②限制大量汽车将碳氢化合物、氮氧化合物排入大气;③采用科学技术对硫酸厂、化工厂、造纸厂、煤炭基地的废气进行回收处理;④创造条件,将造纸厂迁移到远离市区的郊外等等。
10.酸雨能使大片水稻突然枯死,我国每年因酸雨污染都造成大量的经济损失。
(1)酸雨的形成主要是由于空气中含有 气体。现取一份雨水,每隔一段时间测定其pH,结果如下:
0
1
2
4
8
4
测定时间/h
雨水pH
4.73
4.62
4.56
4.55
4.55
产生上述结果的原因是
。
(2)空气中的二氧化硫在烟尘的作用下与氧气结合也能形成酸雨,请写出反应的化学方程式: 。
(3)请提出两条防治酸雨的措施。
答案:(1)SO2 SO2溶于水形成H2SO3,由于空气中的氧气可以缓慢氧化H2SO3生成H2SO4 ,而硫酸是强酸,故溶液的pH逐渐减小
(2)2SO2+O2+2H2O2H2SO4
(3)①控制空气中SO2和氮氧化物的排放量 ②植树造林,净化空气
11.某化工厂以硫黄为主要原料之一生产硫酸,每小时生产98%(质量分数)的硫酸的质量为a t,为使硫充分燃烧,且在下一步催化氧化时不再补充空气,要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为b%。若空气中氧气的体积分数为21%且不考虑各生产阶段的物料损失,则:
(1)该厂每小时消耗标准状况下的空气体积为 m3。
(2)为满足题设要求,b%的下限等于 。
解析:(1)由硫黄转化为硫酸的化学方程式为:
S+O2SO2 2SO2+O22SO3 SO3+H2OH2SO4
氧气和硫酸之间的量的关系为(不计原料损失):
3O2 ~ 2H2SO4
3×22.4 L 2×98 g
V a×106 g×98%
V(O2)==(3.36×105)a L
则每小时消耗标准状况下的空气为:
V(空气)==1.6×106a L=1 600a m3
(2)由S(s)+O2(g)SO2(g)可知,在同温同压下,硫黄燃烧前后气体体积不变。
a t 98%的硫酸中H2SO4的物质的量为a×10 kmol,则硫黄燃烧生成的SO2的物质的量也为a×10 kmol。
根据O2体积守恒,列代数方程:
1 600a m3×21%=1 600a m3×b%+a×10 kmol×22.4 m3·kmol-1
化简得:b%=7%
答案:(1)1 600a (2)7%
4
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