1、第六单元 化学与技术(选考)第29讲 化学与工农业生产 考纲导视 考纲定位 1.了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类。2.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。3.了解精细化工产品的生产特点及在社会发展中的作用。4.了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。基础反馈正误判断，正确的画“”，错误的画“”。(1)国际上提出的“绿色化学”是指在化工生产中少用或不用有害物质以及少排放或不排放有害物质()。(2)与以黄铁矿为原料的生产工艺相比，以硫黄为原料的生产工艺的特点是 SO2 的转化率提高()。(3)对于可逆反应 N2(g)3H2(g)
2、2NH3(g)H0，加入催化剂可以缩短到达平衡的时间，这是因为加快了正反应的速率，而减慢了逆反应的速率()。(4)合成氨工业使反应混合物中的氨液化有利于合成氨的反应能用勒夏特列原理解释()。(5)氨碱法生产纯碱的原料便宜易得，步骤简单，是最早的制碱工艺()。(6)索尔维制碱法析出 NaHCO3 后的母液中已无 NaCl，只有NH4Cl()。(7)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()。(8)可逆反应 X(g)2Y(g)2Z(g)(正反应吸热)。为了有利于 Z 的生成，应采用的反应条件是高温低压()。(9)合成氨工业中，从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨
3、的工厂的效率都很低()。(10)分别用炒锅加热纯碱和小苏打样品，全部分解挥发，没有残留物的是小苏打()。答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)考点一硫酸工业【知识梳理】1合成硫酸的三种原料：_、_、_。2三个主要反应：造气：_；接触氧化：_；三氧化硫的吸收：_。3黄铁矿制硫酸的三个主要设备：_、_、_。硫黄(或黄铁矿)空气水S(s)O2(g)=SO2(g)H297 kJmol12SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJmol1SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l)H130.0 kJmol1沸腾炉吸收塔接触室4接触室中三个反应条件：_的温度；常压操
4、作；适当_的空气提高 SO2 的转化率。400 500 过量5“三废”处理和能量综合利用。(1)“三废”处理方法：尾气吸收：_，CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O；废水处理：根据杂质的性质，采用不同的化学方法，如酸碱中和法、重金属离子沉淀法；废渣利用：制砖或制造水泥，提炼贵重金属。CaSO3H2OSO2Ca(OH)2=(2)能量的充分利用：硫酸生产中的反应热可用于预热反应物满足自身能量的需要，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。【考点集训】例1在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如右图)中进行的，吸收塔里还装入大量瓷环。下列有关说法中，不正确的是()。A从处通入
5、SO3，整个吸收操作采取逆流的形式B从处喷下 98.3%的硫酸，瓷环的作用是增大接触面积C从处导出的气体只含有少量 SO2，可直接排入大气D从处流出的是可用水或稀硫酸稀释的硫酸答案：C例2以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：请回答下列问题：(1)在炉气制造中，生成 SO2 的化学方程式为_。(2)炉气精制的作用是将含 SO2 的炉气_、_及干燥，如果炉气不经过精制，对 SO2 催化氧化的影响是_。(3)精制炉气(含 SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%)中 SO2 平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2 催化氧化反应的条件选择常压、450 左右(对
6、应图中 A 点)，而没有选择 SO2 转化率更高的 B 或 C 点对应的反应条件，其原因分别是_、_。(4)在 SO2 催化氧化设备中设置热交换器的目的是_，从而充分利用能源。思路指导：SO2 在催化氧化过程中，炉气中含有的砷、硒化合物等杂质和矿尘，都会使催化剂中毒，失去催化能力。答案：(1)4FeS211O22Fe2O38SO2(2)除尘水洗矿尘，砷、硒等元素的化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响(3)不选 B 点，是因为压强大对设备的投资大，消耗的动能大，同温度下 SO2 原料的转化率在 0.1 MPa 已达到 97%左右不选择 C 点，是因为温度低，SO2 转化率虽然更高，但
7、催化剂的催化作用受影响，反应速率低，450 时，催化剂的催化效率最高(4)利用反应放出的热量预热原料气例3(2015 年辽宁大连质检)硫酸工厂排放的尾气中，含少量的二氧化硫。为防止污染大气，在排放前必须进行尾气处理并设法进行综合利用。(1)硫酸工厂排放尾气中的 SO2 通常用足量石灰水吸收，然后再用稀硫酸处理。写出上述过程的化学反应方程式：_。请写出这种尾气处理方法的优点(写出两点即可):_。若某硫酸厂每天排放的 1 万立方米(标准状况)尾气中含0.2%(体积百分数)的 SO2，通过上述方法处理，理论上需生石灰_kg。(2)近年美国和日本正在研究用 Na2SO3 吸收法作为治理SO2污染的一种
8、新方法，该方法为第一步是用Na2SO3水溶液吸收 SO2，第二步是加热吸收溶液，可得到含高浓度 SO2 的水蒸气副产品。这种尾气处理方法与(1)相比的优点是_。(3)某研究小组用 NaOH 溶液吸收尾气中的二氧化硫，将所得的 Na2SO3 溶液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法；其中阴阳膜组合循环再生机理如图，a、b 离子交换膜将电解槽分为三个区域，电极材料为石墨。图中a表示_离子交换膜(填“阴”或“阳”)。AE 分别代表生产中的原料或产品，其中 C 为硫酸，则 A 表示_，E 表示_。阳极的电极反应式为_。解析：(3)根据电解规律，阴极反应式为 2H2e=H2，促进了水的电离，该极
9、附近溶液碱性增强，生成 NaOH，A 为NaOH，E 为 H2，a 为阳离子交换膜；阳极发生氧化反应，且生成物为 H2SO4，则阳极反应式为 SO23 H2O2e=2HSO24。H2答案：(1)SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O、CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O原料生石灰、硫酸价格便宜且容易获得；可得到石膏副产品；产生的 SO2 含量较高可循环作为原料(任选两点)50(2)Na2SO3 可循环使用(3)阳NaOHSO23 2eH2O=2HSO24方法技巧化学原理在硫酸工业生产中的应用(1)逆流原理：沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应充分进行
10、；吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片)，浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。(2)热交换原理：由于 2SO2O22SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，用反应放出的热量预热接触室的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。(3)循环操作原理：由于2SO2O22SO3是可逆反应，尾气中还有一定的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气体送回接触室，提高原料利用率，同时减少废气排放。考点二合成氨工业【知识梳理】1反应原理：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H02基本生产过程：加压降温液化(1)造气：将空气_、_后蒸发分离出 O2而获得 N2；或将空气通过灼热的碳生成 CO2，再除
11、去 CO2 后得N2。H2 来源于水蒸气和燃料(焦炭、煤、石油、天然气等)的反应，反应方程式为_。CH2O(g)COH2，COH2O(g)CO2H2(2)净化：原料气中的主要杂质 H2S、CO、CO2、O2 等会导致催化剂中毒。H2S 用_吸收，反应方程式：_；CO 首先被氧化生成 CO2，再被_ 吸收，反应方程式为_、_。(3)合成与分离：合成氨的主要设备为_。氨的分离是通过_将氨液化，然后将液氨分离，分离出来的混合气体经循环压缩机，再送到_中继续合成。合成氨的流程为：原料气的制取净化压缩液氨。氨水H2S=NH4HSH2ONH3H2OK2CO3 溶液COH2OCO2H2K2CO3CO2H2O
12、=2KHCO3合成塔合成塔冷凝器3合成氨条件的选择：温度：_；压强：_；催化剂：以_为主的催化剂。400 500 10 MPa30 MPa铁【考点集训】例4(2014 年天津卷)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4kJmol1 一种工业合成氨的简易流程图如下：H41.2 kJmol1，对于反应，一定可以提高平衡体系(1)步骤中制氢气原理如下：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H 206.4 kJmol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)中H2 百分含量，又能加快反应速率的措施是_。a升高温度c加入催化剂b增大水
13、蒸气浓度d降低压强利用反应，将CO进一步转化，可提高 H2 的产量。若1 molCO 和 H2 的混合气体(CO 的体积分数为 20%)与 H2O 反应，得到 1.18 mol CO、CO2 和 H2 的 混 合 气 体，则 CO 转 化 率 为_。(2)图甲表示 500、60.0 MPa 条件下，原料气投料比与平衡时 NH3 体积分数的关系。根据图中 a 点数据计算 N2 的平衡体积分数：_。(3)依据温度对合成氨反应的影响，在图乙坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3 物质的量变化的曲线示意图。(4)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要
14、步骤是(填序号)_。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_。解析：(1)反应是一个吸热反应，升高温度平衡正向移动，将会增加 H2 的百分含量，同时提高反应速率；增大水蒸气的浓 度，会提高反应速率，但 H2 的百分含量会降低；加入催化剂，不会引起 H2 百分含量的改变；降低压强，反应速率减小。设 CO 反应了n mol。CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始量/mol变化量/mol平衡量/mol0.2n0.2n0nn0.8n0.8n则：0.2nn0.8n1.18 解得：n0.18CO 的转化率为0.18 mol0.2 mol 100%90%。100%42%，解得 m0.59，所以
15、平衡(2)a 点时，H2、N2物质的量之比为31，设投入N2和H2的物质的量分别是1 mol、3 mol，平衡时N2 反应掉m mol。N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始量/mol变化量/mol平衡量/mol1m1m33m33m02m2m根据题意：2m42m(10.59)mol时N2 的体积分数为 (420.59)mol100%14.5%。(3)通入原料气，反应开始，温度达到一定程度时反应开始，氨气的量增加，因为合成氨是一个放热反应，当达到平衡后温度升高，氨气的含量将减小。(2)14.5%答案：(1)a 90%(3)对原料气加压；分离液氨后，未反应的 N2、H2 循(4)环使用例5(20
16、15 年辽宁沈阳模拟)制取硝酸铵的流程图如下：请回答下列问题：(1)合成氨原料的来源：_。(2)已知N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92 kJmol1。请解释：可逆反应：_。为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取的措施是_。(3)氨催化氧化的化学方程式为_，铂-铑合金网的作用为_，铂-铑合金网未预热也呈红热状态的原因是_。(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，如何消除它们对大气的污染：_，写出有关化学反应方程式：_。(5)硝酸铵的两种主要用途是_。(6)在一定温度和压强的密闭容器中，将 H2 和 N2 混合，混合物平均相对分子质量为8.5，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气的平均相
17、对分子质量为 10，试求此时 N2 的转化率和平衡混合气体中 NH3 的体积分数分别为_、_。，x3.4，反解析：(6)根据“十字交叉法”可得：，则n(N2)n(H2)6.519.513。设反应前混合气体的总物质的 量为4 mol，平均相对分子质量与气体的总物质的量成反比，设反应后气体的总物质的量为x mol，则有：8.510 x4应前后气体的物质的量差值为0.6 mol，设反应消耗N2的物质 的量为 y mol，生成氨的物质的量为 z mol，则有：N23H22NH3物质的量之差1y mol2z mol20.6 moly0.3，z0.6，N2的转化率为0.31 100%30%；氨的体积分数为
18、0.63.4100%17.6%。(3)4NH35O2=4NO6H2O答案：(1)N2 来源于空气，H2 可来源于水煤气(2)在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应增压、适当温度Pt-Rh作催化剂氨的催化氧化反应是放热反应，可使 Pt-Rh 合金网达到一定温度而不必预热NONO2(4)可用碱溶液吸收氮的氧化物2NaNO2H2O(5)可作化肥和炸药(6)30%17.6%2NaOH=方法技巧在合成氨的工业生产中，要综合考虑原料来源、动力、设备等因素，控制适宜的反应条件，以取得最佳经济效益。(1)温度：(2)压强：(3)催化剂：加快反应速率但不影响平衡，提高单位时间氨的产量，目
19、前工业上以铁触媒为催化剂。(4)循环操作：合成氨转化率较低，要采用循环操作。混合气体通过冷凝器，使氨液化，将氨分离出来，并将没有完全反应的 N2 和 H2 经过循环压缩机，再送入合成塔，使其被充分利用。制备方法氨碱法(索尔维)联合制碱法(侯德榜)原理NaClNH3CO2H2O=NaHCO3NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3CO2H2O原料NaCl、NH3、CaCO3(制备 CO2 和CaO)NaCl、NH3、CO2生产流程优、缺点原料便宜，步骤简单，但是产生大量 CaCl2，食盐利用率低产品纯度高，原料利用率高，同时得到氮肥 NH4Cl，但加重设备的腐蚀考点三纯碱工业【知识梳理】【考点集训
20、】例6工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：完成下列填空：(1)粗盐水加入沉淀剂 A、B 除杂质(沉淀剂A来源于石灰窑厂)，写出 A、B 的化学式：A_，B_。(2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为：取样、_、沉淀、_、_、冷却结晶、_、烘干。(3)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是_。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是_。(4)碳酸化后过滤，滤液 D 最主要的成分是_(填写化学式)，检验这一成分的阴离子的具体方法是：_。(5)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液 D 加入石灰水产生氨加石灰水后所发生的反应的离子方程式为：_，滤液 D 加石灰水前先要加热，原因是_。(6)产品纯碱中含有
21、碳酸氢钠如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：_。(注明你的表达式中所用的有关符号的含义)其和石灰水反应时：NH4 OH84(m1m2)84(m1m2)解析：(1)沉淀剂 A 源于石灰窑，说明其是生石灰或熟石灰；粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去，(4)根据操作过程，氨化后通入二氧化碳的溶液发生复分解反应，反应的化学方程式为：H2OCO2NH3NaCl=NaHCO3NH4Cl，最终得到 NH4Cl 还有碳酸氢钠等，碳酸氢钠溶解度很小而结晶，故酸化后滤液的主要成分是NH4Cl；检验其中的氯离子时，要经过取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴
22、离子是氯离子。(5)滤液中主要含有的是氯化铵，NH3H2O；由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠，故此加石灰水前先加热，是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀。(6)假设加热前纯碱的质量为 m1，加热后的质量 为m2，则加热损失的质量为：m1m2，则纯碱中碳酸氢钠的质量为：31，故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为31m1。答案：(1)Ca(OH)2 或 CaONa2CO3(2)溶解过滤蒸发过滤(3)有晶体析出(或出现浑浊)碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离(4)NH4Cl子是氯离子(6)84(m1m2)31m1(加热前纯碱的质量为m1，加热后的质量为 m2)(5)NH
23、4 OHNH3H2O 防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀例7工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题：(1)路布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取、结晶而制得纯碱。食盐和浓硫酸反应的化学方程式为_；硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为_(已知产物之一为CaS)。(2)氨碱法的工艺如图所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。图中的中间产物C是_(写化学式，后同)，D是_；装置乙中发生反应的化学方程式为_。(3)联合制碱法是对氨碱法的改进，其优点是_。(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石等为原料制碳酸钾
24、。请结合下图的溶解度(S)随温度变化曲线，分析说明是否可行？_。答案：(1)2NaClH2SO4(浓)Na2SO4 CaCO3 4CNa2SO42HClCaS Na2CO3 4CO 或Na2SO42CCaCO3CaSNa2CO32CO2(2)Ca(OH)2NH3NH3CO2NaClH2O=NaHCO3NH4Cl(3)提高了食盐的利用率；NH4Cl 可作氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气转化成 CO2，节省原料(4)不可行，由溶解度(S)随温度变化曲线可知，NaHCO3的溶解度较小且受温度的影响不大；KHCO3的溶解度较大且受温度的影响较大，并且 KHCO3 的溶解度与 NH4Cl相差不大
25、，故不能用氨碱法制碳酸钾方法技巧(1)向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳的顺序是先通氨气再通二氧化碳，因为氨气在水中的溶解度大，先通氨气会吸收更多的二氧化碳，有利于生成较多的碳酸氢钠而析出。(2)在氨碱法和联合制碱法的过程中，CO2均可循环利用。(3)联合制碱法和氨碱法相比较，主要优点是提高了原料的利用率，同时得到氮肥。考点四农药、化肥和表面活性剂【知识梳理】1化肥为农作物补充必要的营养元素。农业生产中，大量施用的化肥主要是_、_和_。磷肥包括_主要成分是_，简称_，还有_主要成分是_；钾肥主要包括_、_、_ 等；氮肥包括_、_、_等；尿素的工业生产原氮肥磷肥钾肥过磷酸钙Ca(H2PO4)2H2
26、O和CaSO4普钙Ca3(PO4)2 和 Mg3(PO4)2草木灰钙镁磷肥KClK2SO4尿素CO(NH2)2NH4NO3NH4HCO3理用化学方程式表示为_，_；硝酸铵工业生产方法为_，_，_，_；复合肥料是指氮、磷、钾三种养分中，至少有两种养分，常见的复合肥料有：NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、KNO3、KH2PO4。2NH3CO2H2NCOONH4H2NCOONH4H2NCONH2H2O4NH35O24NO6H2O2NOO2=2NO23NO2H2O=2HNO3NONH3HNO3=NH4NO32农药按用途分为：杀虫剂，如有机氯类、有机磷类、拟除虫菊酯类等；杀菌剂，如波尔多液等；除草
27、剂，如 2,4-D 等；植物生长调节剂，如_等。农药的主要危害是：对农产品造成污染，危及食品安全；破坏生物链，影响生态平衡；对环境造成严重污染，危及人类健康和生命安全。乙烯利3肥皂。4合成洗涤剂的主要成分是表面活性剂(如十二烷基苯磺酸钠)，能够去除油污，里面还含有杀菌剂、织物柔软剂、助剂等辅助成分。【考点集训】例8.某生态系统中氮循环如图所示：(1)哪一类生物能将蛋白质转化为氨_。A分解者B藻类C化能合成类生物(2)该生态系统的豆科植物不施氮肥，仍能表现出良好的长势，其原因是_。(3)写出工业固氮的化学方程式：_。(4)雷雨中常有微量的硝酸生成，而为农作物所利用，用化学方程式表示 HNO3 的
28、形成过程：_。.某学生为证明某一白色固体是硫酸铵，他设计了两种方法：第一步：为了证明 NH4 的存在，必须的操作步骤是_，若有_的现象，证明有 NH4 的存在；第二步：为了证明 SO24 的存在，该生设计了四种方案：加入 BaCl2 溶液，再加稀盐酸；加入过量稀盐酸酸化了的氯化钡溶液；先加入过量盐酸酸化后，再加入氯化钡溶液；先加入硝酸钡溶液，再加入稀硝酸。你认为上述方案中合理的是_，并简述合理的理由：_。解题指导：NH4 的检验利用铵盐与碱反应生成 NH3，NH3能用湿润的红色石蕊试纸变蓝来检验。检验 SO24 时，、无法排除 Ag的干扰，不能排除 SO23 的干扰。答案：.(1)A (2)豆
29、科植物根部的根瘤菌能将游离态的氮转化为化合态的氮，从而满足自身营养的需要(3)N23H22NH3(4)N2O22NO,2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO.取少量样品，加入 NaOH 溶液，微热，用湿润的红色石蕊试纸检验红色试纸变蓝方案先加入稀盐酸，排除Ag、SO23、CO23 的干扰，再加 BaCl2 溶液，若有白色沉淀生成，则原溶液中一定含有 SO24 例9(2015 年湖北武汉调研)化学肥料在农业生产中有重要作用。农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和钾肥。(1)普钙是磷肥，它的有效成分是_(写化学式)。(2)尿素是一种含氮量较高的氮肥，工业生产尿素是将氨气与二氧化
30、碳在加压、加热的条件下反应生成氨基甲酸铵(H2NCOONH4)，再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。反应的化学方程式为_、_。(3)农谚说的“粪和灰，肥料飞”指的是粪尿与草木灰搅和在一起会降低肥效。请你说明其中的化学原理：_。为 K2CO3，K2CO3 受潮后水解为 KOH，显碱性，NH4 与 OH答案：(1)Ca(H2PO4)2H2O(2)2NH3CO2H2NCOONH4H2NCOONH4H2NCONH2H2O(3)粪尿中的氮元素最终转化为铵盐，而草木灰的有效成分可发生反应生成 NH3，NH3逸出而降低肥效规律总结化工生产中常涉及计算的几种方法1关系式法。(1)元素守恒法：理论上，原料中的某种核心元
31、素全部进入产品中，因此依据守恒原理可以得出相应的关系式，如：硫铁矿制硫酸：FeS2(2SO22SO3)2H2SO4，硫黄制硫酸：S(SO2 SO3)H2SO4，氨氧化法制硝酸：NH3(NO NO2)HNO3，磁铁矿炼铁：Fe3O43Fe。(2)化学方程式加合法：例如：CH2OCOH2()，COH2O得 C2H2OCO2H2()，将()式和()式加合消去 CO，CO22H2()；再与 N23H22NH3()加合消去 H2，得 3C6H2O2N2=3CO24NH3，即C 与 NH3 之间的理论关系式为 3C4NH3。(3)电子守恒法：如 CNCNOCO2N2，将 CN2Cl得 2e，故关系式氧化为
32、 CO2 和 N2，失去 5e，而Cl2为 2CN5Cl2。2物质纯度、转化率、产率的计算。矿物的纯度纯矿物的质量矿物的总质量100%原料利用率消耗原料质量原料的总质量100%原料转化率原料利用率多步反应的总转化率各步反应转化率的乘积产率实际产量理论产量100%沸腾炉温度/600620640660矿渣中 CuSO4的质量分数/%9.39.29.08.4例10目前，我国采用“接触法”制硫酸。有关接触法制硫酸过程中定量分析，回答下列问题：(1)由沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与 SO3 在沸腾炉中化合而成)，其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(见下表)。已知
33、 CuSO4 在低于 660 时不会分解，请简要分析上表中CuSO4 的质量分数随温度升高而降低的原因_。(2)制硫酸时，混合气体的组成是 SO2 7%、O2 11%、N282%,100 体积混合气体进入接触室反应后，将导出的气体恢复到原温度和压强时变为 96.7 体积。反应后混合气体中 N2 和 O2 的体积比为_；SO2 的转化率是_。(3)据测算，接触法制硫酸过程中，若反应热都未被利用，则每生产 1 t 98%的硫酸需消耗 3.6105 kJ 的热量。请通过计算判断，若只有反应 2SO2(g)O2(g)2SO3H197kJmol1 放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产1 t 9
34、8%的 硫 酸 只 需 外 界 提 供(或 可 向 外 界 输 出)热 量 为_kJ(H2SO4 的摩尔质量为 98 gmol1)。解析：(2)差量法：设O2，SO2 分别参与反应的体积为x，y，则2SO2O22SO3V22y1x13.3所以反应的SO2：y6.6 体积，反应的O2：x3.3体积。100%94.3%。氮气在反应中不变，故体积比为 82(113.3)827.7。SO2 的转化率为6.67(3)根据原子守恒，得出关系式：SO2SO3H2SO4放出热量98 g1106 g98%98 g1106 g98%98.5 kJQ98.5 kJQ解得 Q9.85105 kJ，即可向外界输出的能量：9.85105kJ3.6105 kJ6.25105 kJ。答案：(1)SO2 转化为 SO3 是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡逆向移动，SO2 的转化率减小，SO3 的物质的量减少，所以 CuSO4 的量减少(2)827.794.3%(3)6.25105