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接触法制硫酸示意图： 5．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。 （1） 温度 二氧化硫接触氧化是一个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判定，温度较低对反应有利。但是，温度较低时，反应速率低，考虑催化剂在400∽500℃活性最大，在实际生产中，选定400～500℃作为操作温度，这时反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想。 （2） 压强 二氧化硫接触氧化是一个气体总体积缩小的可逆反应，根据化学平衡理论判定，加压对反应有利。但是，在常压、400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，加压必须增加设备，增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作，并不加压。 （3） 二氧化硫接触氧化的适宜条件 常压、较高温度（400～500℃）和催化剂 6．接触法制硫酸中应注重的几个问题 （1）依据反应物之间的接触面积越大反应速率越快的原理，送进沸腾炉的矿石要粉碎成细小的矿粒，增大矿石跟空气的接触面积，使之充分燃烧。 （2）依据增大廉价易得的反应物的浓度，使较珍贵的原料得以充分利用的原理，采用过量的空气使黄铁矿充分燃烧。 （3）通入接触室的混合气体必须预先净化，其原因是：炉气中含有二氧化硫、氧气、氮气、水蒸气以及砷、硒化合物、矿尘等。砷、硒化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响。因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。 （4）在接触室里装有热交换器，其作用是在二氧化硫接触氧化时，用放出的热量来加热未反应的二氧化硫和空气，充分利用热能，节约燃料。 （5）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，轻易形成酸雾，且吸收速度慢。 二、有关计算 1．物质纯度、转化率、产率的计算 （1）物质纯度（%）=不纯物质中含纯物质的质量÷不纯物质的总质量×100% （2）原料利用率（%）=实际参加反应的原料量÷投入原料总量×100% （或转化率） （3）产率（%）=实际产量÷理论产量×100% （4）化合物中某元素的损失率=该化合物的损失率 2．多步反应计算 （1）关系式法：先写出多步反应的化学方程式，然后找出反应物和生成物之间物质的量（或质量）之比，列出关系式，即可一步计算。 （2）元素守衡法：找出主要原料和最终产物之间物质的量的对应关系。找出此关系的简便方法，就是分析原料与产物之间所含要害元素原子个数关系，如： FeS2～2H2SO4， S～H2SO4。 若已知（欲求）FeS2含量，用前面的关系式，若已知（欲求）S的含量，用后一关系式，且二氧化硫转化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS2（或S）进行计算。 1．环境保护与原料的综合利用 （1）注重科学实验与实际生产的区别 在科学实验中，为了探索某个重要的原理或实现某个重要的反应，可以不惜大量的时间和资金。而化工生产必须在遵循科学原理、实现某个反应的基础上，着重考虑综合经济效益，最大限度地提高劳动生产率、降低成本、保护生态环境，为国民经济部门提供质优价廉的化工产品，以达到优质高效的目的。 （2）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，假如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用NaOH溶液吸收，再用熟石灰和O2处理；（此方法反应复杂，还可能发生其他反应）SO2 NaOH = NaHSO3 NaOH NaHSO3= Na2SO3 H2O Na2SO3 Ca(OH)2= CaSO3↓ 2NaOH 2 CaSO3 O2= 2CaSO4 2)污水处理 硫酸厂废水中含硫酸，排放入江河会造成水体污染。通常用消石灰处理： Ca(OH)2 H2SO4=CaSO4 2H2O。生成的硫酸钙可制建材用的石膏板。 3)废热利用 硫酸工业三个生产阶段的反应都是放热反应，应当充分利用放出的热量，减少能耗。 第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热，通常在沸腾炉处设废热锅炉，产生的过热蒸汽可用于发电，产生的电能再供给硫酸生产使用（如矿石粉碎、运输，气流、液流等动力用电）。 第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气，生产设备叫热交换器，原料气又将三氧化硫降温，再送入吸收塔。 4）废渣的利用 黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO2，可作为制造水泥的原料或用于制砖。含铁量高的矿渣可以炼铁。 工业上在治理“三废”的过程中，遵循变“废”为宝的原则，充分利用资源，以达到保护环境的目的。 2．能量的充分利用 许多化学反应是放热反应。化工生产中应充分利用反应热，这对于降低成本具有重要意义。硫酸厂生产中的反应热得到充分利用后，不仅不需要由外界向硫酸厂供给能量，而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能源。在硫酸生产过程中使用的热交换器就是利用了反应所放出的热量来加热二氧化硫和氧气的混合气体，以节约能源。 3．生产规模与厂址选择 （1） 化工厂选址的因素 一般来说，现代化工生产要求有较大的生产规模。化工厂厂址选择是很复杂的问题，涉及原料、水源、能源、土地供给、交通运输、环境保护和市场需求等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的选择。 化工厂厂址选择一般应考虑下列因素：①是否有市场需求；②是否接近原料供给地；③土地供给是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且廉价；⑥交通运输是否方便；⑦能否达到环境保护要求。 上述这些因素必须在遵循科学原则的基础上，着重考虑综合经济效益，即要求最大限度地提高劳动生产率，降低成本，保护生态环境。 （2） 硫酸厂选址的因素 由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区，工厂规模的大小，主要由硫酸用量的多少决定；硫酸厂厂址应远离水源和河流的上游，以免工厂的污水污染水源；也不要设置在城镇和居民区盛行风向的上风地带，以免工厂排放的大量烟尘和有害气体污染城镇的水源和大气等。
二．环境保护 一、 酸雨 （1） 酸雨的定义 一般认为,酸雨是由于燃烧高硫煤排放的二氧化硫等酸性气体进入大气后,造成局部地区大气中的二氧化硫富集,在水凝聚过程中,溶解于水形成亚硫酸,然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的的氧化作用生成硫酸,随雨水降下形成酸雨. 酸雨的pH值一般少于5.6. （2） 酸雨的危害 对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水肿等疾病而使人致死. 引起河流、湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物的生长. 破坏土壤、植被、森林. 腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料. 渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍. （3） 酸雨的治理 二氧化硫污染大气的罪魁——煤，平均含硫量约为2.5%-3%。为治理煤燃烧时造成的二氧化硫污染，一种办法是事先从煤中除去硫。但是只有一部分煤中的硫主要以黄铁矿（FeS2）的形态存在；这样的煤以脱硫工艺处理后其含硫量可降低到约为1%。大部分的煤中还含有较多的有机硫化合物，这样的煤以脱硫平均只能除去原含硫量的约40%。 二、 温室效应 众所周知，全球变暖是由于“温室效应”。“温室效应”是怎样形成的呢？ 在凉爽、清凉的日子，都知道温室里的温度大大高于室外温度。这是因为温室的保温塑料薄膜使太阳能转化的热能进的多、出的少，所以温度逐渐升高。地球大气层里的二氧化碳、甲烷等气体就象这个薄膜，使太阳辐射进的多而出的少，因而使地球表面的温度逐渐升高。根据测定，大气中的二氧化碳浓度每增加1倍，地球表面的大气温度就会升高1.5～4.5度。由于全世界工业和交通耗费大量的石油、煤炭、天然气等能源，因此大气中的二氧化碳正以每年1.5ppm的速度增加。 全球变暖使大气、海洋环流规律变化，加剧“厄而尔尼诺”、“玛尼娜”现象的危害，导致大面积旱、涝灾难频繁发生。长期干旱使非洲几百万人饿死，上亿人营养不良。东南亚连年洪水使上千万人流漓失所。 全球变暖还使极地冰川溶化，海平面上升。每升高1米，将使直接受影响的人口达10亿，土地500万平方米公里（占世界的三分之一）。同时还引发风暴潮、盐水倒灌。可见其危害多么严重！ 三、 臭氧层破坏 大气臭氧层的损耗是当前世界上又一个普遍关注的全球性大气环境问题，它直接关系到生物圈的安危和人类的生存。 1984年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞。1985年，美国的"雨云-7号"气象卫星测到了这个臭氧洞。以后经过数年的连续观测，进一步得到证实。据NASA报道，NASA的"Nimbus -7"卫星上的总臭氧测定记录数据表明，近年来，南极上空的臭氧洞有恶化的趋势。目前不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少现象。NASA和欧洲臭氧层联合调查组分别进行的测定都表明了这一点。 对于大气臭氧层破坏的原因，科学家中间有多种见解。但是大多数人认为，人类过多地使用氯氟烃类化学物质（用CFCl表示）是破坏臭氧层的主要原因。由于臭氧层中臭氧的减少，照射到地面的太阳光紫外线增强，其中波长为240－－329纳米的紫外线对生物细胞具有很强的杀伤作用，对生物圈中的生态系统和各种生物，包括人类，都会产生不利的影响。 臭氧层破坏以后，人体直接暴露于紫外辐射的机会大大增加，这将给人体健康带来不少麻烦。首先，紫外辐射增强使患呼吸系统传染病的人增加；受到过多的紫外线照射还会增加皮肤癌和白内障的发病率。此外，强烈的紫外辐射促使皮肤老化。 臭氧层破坏对植物产生难以确定的影响。近十几年来，人们对200多个品种的植物进行了增加紫外照射的实验，其中三分之二的植物显示出敏感性。一般说来，紫外辐射增加使植物的叶片变小，因而减少俘获阳光的有效面积，对光合作用产生影响。对大豆的研究初步结果表明，紫外辐射会使其更易受杂草和病虫害的损害。臭氧层厚度减少25%，可使大豆减产20~25%。 紫外辐射的增加对水生生态系统也有潜在的危险。紫外线的增强还会使城市内的烟雾加剧，使橡胶、塑料等有机材料加速老化，使油漆褪色等。
例题精讲 例1．在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫： 2SO2(g) O2(g) ≒ 2 SO3(g)；ΔH=-196.6KJ/mol （1）该反应在__________（设备）中进行，这种生产硫酸的方法叫做________。 （2）在实际生产中，操作温度选定400∽500℃，这是因为______________。 （3）硫酸工业选定压强通常采用_____________，作出这种选择的依据是______________________________。 【解析】 （1）接触室；接触法。（2）温度较低时，反应速率较小；温度过高，二氧化硫的转化率会降低。考虑到催化剂在400～500℃时，活性最大，所以操作温度选定在400～500℃。（3）常压；在常压下及400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，若加压会增加设备、投资和能量消耗。 评注 本题主要考查应用化学反应速率和化学平衡原理解决实际工业生产问题的能力。 例2．接触法制硫酸的炉气组成是SO2占7%，O2占11%，N2占82%，现有100L混合气体进入接触室反应后，总体积变为97.2L。则该变化过程中SO2转化率是 （A）50% （B）60% （C）70% （D）80% 【解析】解法一：设参加反应的二氧化硫体积为2x 2 SO2 O2 ≒ 2 SO3 N2体积（L） 总体积（L） 开始时体积（L） 7 11 0 82 100 反应后体积 （L）7-2x 11-x 2x 82 100-x 根据题意100-x=97.2 x=2.8L 二氧化硫的转化率为5.6L÷7L×100%=80%，答案为D。 解法二：设参加反应的二氧化硫体积为2x 2 SO2 O2 ≒ 2 SO3 体积差（L） 2L 1L 2 L 1L 2X 100L-97.2L=2.8L X=2.8L 二氧化硫的转化率为5.6L÷7L×100%=80%，答案为D。 例3．在下面的框图中，固体A和B都由两种相同的元素组成。在A、B中两种元素的原子个数比分别为1/1和1/2。由D最终可制得E（酸）。 （1） 分析判定A和B 各是什么物质，写出各自的化学式。 （2）写出①～⑦各步反应的化学方程式。 【解析】 本题属于综合推断题。主要考查学生对元素化合物知识把握的熟练程度及分析、推断能力。 分析判定A和B的方法有很多。 方法一：根据“固体A和B都由两种相同的元素组成。在A、B中两种元素的原子个数比分别为1：1和1：2，可从中学所学的组成关系类似的物质中寻找，以缩小范围。A、B可能是FeS和FeS2。 方法二：根据“A和B煅烧时都生成C（固体）和D（气体）”可知，在学过的物质中只有FeS和FeS2为满足这一条件的化合物。 方法三：从淡黄色沉淀和红褐色沉淀突破：两化合物中含有共同的元素应是硫和铁，不难知道A、B分别是FeS和FeS2。 【答案】（1）A、B分别是FeS和FeS2。 （2）①:4FeS2 11O2=== 2Fe2O3 8SO2或4FeS 7O2=== 2Fe2O3 4SO2（高温）②：2SO2 O2 2H2O=2H2SO4 ③：FeS H2SO4=FeSO4 H2S↑ ④：SO2 2H2S=3S↓ 2H2O ⑤：6FeSO4 3Br2=2Fe2(SO4)3 2FeBr3 ⑥：Fe2(SO4)3 6KOH=2Fe(OH)3↓ 3K2SO4 或FeBr3 3KOH= Fe(OH)3↓ 3KBr⑦：2 Fe(OH)3=Fe2O3 3H2O 例4．将SO2和O2以体积比为1：3混合后，通入接触室发生反应2SO2(g) O2(g) ≒ 2 SO3(g)， 达平衡时，在同温、同压下测得反应前与反应后混合气体的密度之比为71：80。求SO2的转化率？并回答SO2接触氧化为SO3时不采取加压措施的原因。 【解析】 这是一道关于化学平衡和转化率的综合计算题。根据相同条件下气体的密度之比等于同体积气体的质量之比，且反应前后质量守恒，可得出气体的密度之比等于气体体积的反比。 设反应前混合气体中SO2的体积为1 L，O2 应为3 L达平衡时SO2的转化的体积为x 。 2SO2(g) O2(g) ≒ 2 SO3(g) 总体积 V/L（起始） 1 3 0 4L V/L（转化） 2x x 2x V/ L（平衡）1-2x 3-x 2x 4-x 根据气体的密度之比等于气体体积的反比，可得： 71：80=（4-x）：4 x=0.45L，则转化的二氧化硫为0.9L， 二氧化硫的转化率为：0.9L÷1L×100%=90% 在工业上不加压，SO2的转化率就达90% 以上，已经很高，若再加压SO2的转化率提高不大，但对设备的要求要提高许多，故没有必要再加压。。 例5．为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上通过生石灰和含硫的煤混合使用可以“固硫”（避免硫化合物进入大气），最后生成石膏。试回答： （1）整个“固硫”反应所涉及的反应类型包括：①化合②分解③置换④复分解⑤氧化还原反应⑥非氧化还原反应⑦离子反应⑧非离子反应（分子反应）。其中正确的是 A．①⑤⑥⑦ B．①②③⑤⑧ C．①⑤⑥⑧ D．②④⑤⑦ （2） 第一步“固硫”反应的化学方程式中所需气态物质的化学计量数之和为 A．1 B． 2 C．3 D．4 （3）比较此法与“石灰石粉末与含硫煤混合”法哪个更好些?为什么? （4）你认为减少酸雨产生可采取的措施是 ①少用煤作燃料②把工厂的烟囱造高 ③先将燃料煤脱硫 ④在土壤中加石灰防止酸化 ⑤开发新能源,避免含S、N的氧化物大量排放 A．①②③ B．②③④⑤ C．①③⑤ D．①③④⑤ 【解析】 （1） 在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反应是CaO SO2= CaSO3、2CaSO3 O2= 2CaSO4,可见所涉及到的反应类型有化合、氧化还原反应、非氧化还原反应和非离子反应。 （2）易错选B。主要是不清楚哪一个反应是第一步“固硫”反应。 （3）有的学生误答“石灰石粉末与含硫煤混合”法更好。忽略了石灰石分解为CaO需消耗很高能量，浪费煤，使生产成本提高。 （4）易错选A、B或D。错误的原因是不能正确应用已有知识全面分析具体问题。把烟囱造高不能减少SO2的排放量；在土壤中施放石灰虽可中和酸雨造成的酸性，但由于生成CaSO4,长期使用会使土壤板结，影响土质。 【答案】⑴ C；⑵ A；⑶ 在含硫煤中加入生石灰的方法更好，因为此法节约煤，成本低；⑷ C 例6．某硫酸厂初步处理后的尾气中含0.2% 的SO2和10% 的O2(均为体积分数)。为了进一步除去SO2,并将SO2转变为(NH4)2SO4,有人设计了如下方案:在400℃时,尾气以5 m3/h的速率通过V2O5的催化剂层后，与20 L/h速率的氨气混合喷水。此时气体温度由400℃降至200℃，在热的结晶装置中得到(NH4)2SO4晶体（气体的体积已转为标准状况）。请回答下列问题： （1）按反应中的理论值，SO2和O2的体积比为2:1，但实际生产中这个比值是多少？为什么？ （2） 通过计算说明为什么尾气以5 m3/h的速率与20 L/h速率的氨气混合？ （3） 若该厂天天排放10000 m3尾气，求该厂每月（按30天计算）可得到(NH4)2SO4的质量为多少？ 【解析】（1）根据2SO2 O2 ≒ 2 SO3，SO2和 O2按2：1（体积比）的理论值反应，但实际上v(SO2):v(O2)=0.2%:10%=1:50。根据化学平衡移动原理，增大廉价的氧气的浓度，可使反应：2SO2(g) O2(g) ≒ 2 SO3(g)向生成三氧化硫方向移动，这样可以增大较珍贵的二氧化硫的转化率。 （2） 2NH3 ～ SO2 2 1 V(NH3) 5×103×0.2%L/h v(NH3)=20L/h (3) 根据2SO2 O2 ≒ 2 SO3，以及SO3 H2O 2NH3=(NH4)2SO4 得关系式： SO2 ～ 2NH3～ (NH4)2SO4 22.4L 132g 107L×0.2%×30 m[(NH4)2SO4] m[(NH4)2SO4]=3.54×106g=3.54t 例7．含FeS265%的硫铁矿在煅烧时有1.8%的硫损失而混入炉渣，二氧化硫转化为三氧化硫的利用率为99%。由这种硫铁矿制2t98%的硫酸，需硫铁矿多少吨？ 【解析】通过本题的计算进一步把握物质纯度，转化率、产率的计算关系式，并在多步反应中找出量的相当式进行简捷的计算。 题中65%为硫铁矿的纯度，有1.8%的硫损失也即是1.8%的FeS2损失，二氧化硫的利用率（转化率）也即是FeS2的利用率。设需这种硫铁矿的质量为x。
120 2×98 x×65%(1-1.8%)×99% 2t×98% x=189.9t
32 98 64/120x×65%×(1-1.8%)×99% 2t×98% x=189.9t 评注：确定关系式的要害是根据硫元素守恒。要注重运用某一种化合物中元素的损失率=该化合物的损失率。另外，耗损和利用率、产率和纯度的关系要处理正确。关系式多用于工业生产中的计算题。 例8．某设计院承担某硫酸厂的设计任务，该厂要求：①为了控制污染和提高生产效率，不再使用黄铁矿，改用固体硫为原料。②改二次送风（鼓入空气）为一次送风，即送风后使硫充分燃烧，并在下一步催化氧化时不再补充空气。③天天生产50t98%的硫酸。④送风机天天输送空气的体积为5000m3/台（标准状况）。 （1）天天消耗含95%的固体硫多少吨？ （2）理论上应安装多少台送风机？ （3）固体硫充分燃烧后的混合气体中氧气的体积分数ф（O2）的下限为多少？ （4）实际安装送风机的台数应略多于理论数（不考虑损坏），为什么？能否过分增加送风机的台数，为什么？（转化过程不考虑损耗；固体硫中杂质与空气不反应；空气中氧气的体积分数为21%）。 【解析】（1）设需固体硫的质量为x。由关系式法： S——————H2SO4 32 98 x×95% 50t×98% 得 x=16.8t （2）由反应原理：S O2=SO2, SO2 1/2O2≒ SO3，SO3 H2O=H2SO4，可得总反应式：S 3/2O2 H2O=H2SO4,n(O2)=n(H2SO4) ×3/2=50×106g×98%÷98g·mol-1×3/2=7.5×105mol。故理论上需安装送风机的台数为： （7.5×105mol×22.4L·mol-1）×10-3m3·L-1÷（5000m3/台×21%）=16台。 （3）硫充分燃烧后，混合气体中氧气的体积至少要保证反应SO2 1/2O2≒ SO3所需的氧气。设S燃烧生成的二氧化硫为1体积，则需消耗氧气1体积；催化氧化为三氧化硫需氧气0.5体积；空气带入的氮气为1.5体积×79/21=5.64体积，故混合气体中ф（O2）=(0.5/0.5 1 5.64) ×100%=7%(下限) （4）实际安装送风机台数略多于理论数的原因是：增大空气（氧气）的量，有利于平衡2SO2 O2 ≒ 2 SO3向右移动，从而提高二氧化硫的转化率。但过分增加空气的量，会带走热交换器的热量，降低反应的速率，不利于工业生产。 评注：本题涉及到化工生产的反应原理、条件控制及计算，具有一定的开放性和研究性，代表了新教材的新理念。 例9．“绿色化学”要求从技术上、经济上设计可行的化学反应，使其尽可能减少对环境的负作用。下列化学反应中，不符合绿色化学概念的是 A．用氨水吸收硫酸厂的尾气：SO2 2NH3 H2O=(NH4)2SO3 B．除去硝酸工业尾气中的氮氧化合物：NO2 NO 2NaOH=2NaNO2 H2O C.制硫酸铜：Cu 2H2SO4=CuSO4 SO2↑ 2H2O D．制硫酸铜：2Cu O2=2CuO CuO H2SO4(稀)=CuSO4 H2O 【解析】绿色化学是人类与自然和谐发展的化学，是21世纪化学发展的目标和方向。绿色化学要求我们尽可能研究和寻找能充分利用的无毒害原料，最大限度地节约能源，在工业生产各个环节都争取做到净化和无污染。它要求我们在化工生产中充分考虑催化剂和载体的重复使用，全面回收未反应的原料、助溶剂、稳定剂等物质，拒绝使用无法替代、无法回收、无法再生或不能重复使用的有明显污染的物质，努力做到没有“三废”的排放。在选项A、B、D 中，每一种物质都得到了充分的利用，而且均没有污染产生，但在选项C中，2mol硫酸只能生成1mol硫酸铜，同时还放出了有毒的二氧化硫气体，所以选项C不符合绿色化学的概念。 答案：C。 例10．随着社会的进步和人民生活水平的提高，环境问题越来越受到人们的关注。下列名词中与环境问题无关的是 ①温室效应 ②赤潮 ③酸雨 ④光化学烟雾 ⑤臭氧空洞 ⑥潮汐 ⑦大脖子病 ⑧富营养化 ⑨白色污染 A．②⑥⑦ B．⑥ C．①③⑤ D．⑥⑦⑧ 【解析】凡是在环境中产生的能影响人类生活和生产，甚至影响人类生存的种种问题都属于环境问题。环境问题中有一部分是自然原因造成的，但更多的是人为因素造成的，如滥采滥用自然资源，任意排放有害物质或不正确地使用化肥、农药，城市人口迅速膨胀而造成的垃圾、污水、噪音、汽车尾气、大型工程建设不当等。 例11．已知氢氧化钙在水中存在下列溶解平衡：Ca(OH)2(s) ≒Ca2 2OH-。在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有二氧化硫、氧气、氮气、二氧化碳等。为了除去有害气体二氧化硫并变废为宝，经常用粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气，反应产物为石膏[CaSO4·2H2O]。 (1)写出上述两个反应的化学方程式：①_____________；②_________________。 （2）试说明用熟石灰的悬浊液，而不用澄清石灰水洗涤废气的理由：________。 （3）在英国进行的一个研究结果表明：高烟囱可以有效地降低地表面二氧化硫的浓度。在二十世纪六七十年代的10年间，由发电厂排放出的二氧化硫增加了35%，但由于建造高烟囱的结果使地面二氧化硫的浓度降低了30%之多。请从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取？答____________________。 【解析】（1）①2SO2 O2 2CaCO3=2CaSO4 2CO2 或2SO2 O2 2CaCO3 4H2O=2[CaSO4·2H2O] 2CO2 ② 2SO2 O2 2Ca(OH)2=2CaSO4 2H2O 或2SO2 O2 2Ca(OH)2 2H2O=2[CaSO4·2H2O] （2）氢氧化钙微溶于水，澄清的石灰水中氢氧化钙的浓度小，不利于二氧化硫的吸收。 （3）不可取，因为二氧化硫的排放总量没有减少，进一步形成酸雨仍会造成对全球环境的危害。 评注：工业上处理尾气二氧化硫的方法有多种，在学习这一知识时要注重不要思维定势，要学会多向思考，从二氧化硫是酸性氧化物、具有氧化性和还原性等角度去理解。
实战演练 硫酸工业 1.下列四种溶液中，一定存在SO A.向甲溶液中加入BaCl2溶液，产生白色沉淀 B.向乙溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀，再加入盐酸沉淀不溶解 C.向丙溶液中加入盐酸使之酸化，再加入BaCl2溶液，有白色沉淀产生 D.向丁溶液中加入硝酸酸化，再加入硝酸钡溶液，有白色沉淀产生 2.已知98%的浓H2SO4的浓度为18.4 mol/L，则49%的硫酸溶液的浓度为 A.9.2 mol/L B.大于9.2 mol/L C.小于9.2 mol/L D.不能确定 3.向50 mL 18 mol/L硫酸中加入足量的铜片并加热，被还原的硫酸的物质的量（n）为 A.n=0.9 mol B.0.45 mol＜n＜0.9 mol C.n=0.45 mol D.n＜0.45 mol 4.在200 mL 0.5 mol·L－1 NaOH溶液中，加入一定量SO3，在一定条件下蒸发所得溶液，析出的固体物质只有5.0 g，该固体物质的成分可能是(固体物质均不含结晶水) A.Na2SO4 B.NaHSO4 C.NaOH和Na2SO4 D.Na2SO4和NaHSO4 5.利用废铜屑制取CuSO4溶液最好的方法是 A.铜屑和浓硫酸混合加热 B.铜屑在空气中燃烧后再溶于稀H2SO4 C.铜屑与稀硫酸混合加热 D.铜屑在空气中灼烧后再溶于浓H2SO4 6.各取pH=2的H2SO4和H2SO3溶液350 mL，分别稀释5倍后，再分别加入0.1 g Zn，在相同条件下让它们充分反应，则 A.两者放出H2体积一样 B.H2SO4放出的H2比H2SO3放出的H2体积小 C.H2SO4放出的H2比H2SO3放出的H2体积大 D.H2SO4的反应速率比H2SO3的反应速率快 7.某温度下CuSO4的溶解度为25 g，若温度不变，将32 g无水CuSO4粉末撒入m g水中，形成饱和溶液并有CuSO4·5H2O晶体析出时，m的取值范围是 A.18 g≤m≤128 g B.36 g＜m＜180 g C.18 g＜m＜128 g D.36 g≤m≤180 g 8.将三氧化硫溶解在硫酸中所得到的混合物称为“发烟硫酸”，通常以三氧化硫的质量分数表示其组成。将 0.1185 g发烟硫酸试样溶于水，用 0.125 mol·L－1的NaOH标准溶液滴定。用去此标准溶液20 mL，恰好中和，则试样中SO3的质量分数为 A.15% B.17% C.34% D.60% 9.在硫酸的工业生产中，下列生产操作及对生产操作主要原因的说明二者都正确的是 A.从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应 B.硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的不能燃烧 C.SO3用98.3%的浓H2SO4吸收，目的是防止形成酸雾，以使SO3吸收完全 D.SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率 10.下列各组气体中，在实验室可用硫酸制取，又能用浓H2SO4干燥的一组是 A.HCl、HBr、H2 B.H2S、CO2、H2 C.H2、SO2、HCl D.NH3、HF、H2 二、非选择题（共50分） 11.（10分）浓硫酸与木炭粉在加热条件下的化学方程式为 。 （2）试用下图所列各装置设计一个实验，验证上述反应所产生的各种产物。这些装置的连接顺序（按产物气流从左到右的方向）是（填装置的编号）： → → → 。
（3）实验时可观察到装置①中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色。A瓶溶液的作用是 ，B瓶溶液的作用是 ，C瓶溶液的作用是 。 （4）装置②中所加的固体药品是 ，可确证的产物是 ，确定装置②在整套装置中位置的理由是 。 （5）装置③中所盛溶液是 ，可验证的产物是 。 12.(10分)某无色溶液可能含有下列钠盐中的几种：A.氯化钠 B.硫化钠 C.亚硫酸钠 D.硫代硫酸钠 E.硫酸钠 F.碳酸钠。向此溶液中加入适量稀硫酸，有浅黄色的沉淀析出，同时有气体产生。此气体有臭鸡蛋气味，可使澄清的石灰水变浑浊，不能使品红 试液褪色。根据上述实验现象回答下列问题。 (1)不能使品红试液褪色，说明该气体中不含 (填写分子式)。 (2)此无色溶液中至少存在哪几种钠盐?请写出全部可能的情况(填写相应的字母)。 第一种情况是 ，第二种情况是 ， 第三种情况是 ，第四种情况是 。(可不填满，也可补充) 13.(10分)A～F均为中学化学中常见的物质，它们之间相互转化的关系如下图所示(反应生成的水已略去)：
(1)写出下列物质的化学式： A ，D ，F 。 (2)单质C与D的浓溶液反应时，若转移0.1 mol 电子，则生成E物质多少克？ 14.(10分)在两个质量相等的烧杯中，均盛有100 mL 1 mol·L－1的稀硫酸，分别向两烧杯中加入A g NaHCO3和B g KHCO3固体，反应完全后，两烧杯中所剩物质的总质量相等。 (1)当两种盐均不足时，A∶B的值为多少? (2)当硫酸不足量时，试求A∶B的值，并求出A和B的取值范围。 15.（10分）硫铁矿高温下空气氧化产生二氧化硫：4FeS2＋11O2 设空气中N2、O2的含量分别为0.800和0.200(体积分数，以下气体含量均用体积分数表示)，试完成下列各题： （1）1.00 mol FeS2完全氧化，需要空气的体积（标准状况）为 L。 （2）55 L空气和足量FeS2完全反应后，气体体积（同温同压）变为 L。 （3）用空气氧化FeS2产生的气体混合物中，O2的含量为0.0800,计算SO2的含量。 （4）设FeS2氧化产生的气体混合物为100 L，其中O2为a L,SO2为b L。 ①写出a和b的关系式。 ②在下图中画出a和b的关系曲线(FeS2氧化时，空气过量20%)。
说明：为方便作图，纵坐标用13b表示。 附参考答案 一、1.C 2.C 3.D 4.解析：n(NaOH)=0.5 mol·L－1×0.2 L=0.1 mol 若全部为NaOH,m=4 g，若全为Na2SO4:m=7.1 g，若全为NaHSO4,m=12 g。 答案：C 5.B 6.B 7.C 8.解析：n(H2SO4＋SO3)＝ x= 答案：A 9.C 10.C 二、11.（1）C 2H2SO4（浓） （2）④→②→①→③ (3)验证产物气流中有SO2 将SO2全部氧化吸收 确证产物中SO2已被B瓶溶液全部氧化吸收 （4）无水硫酸铜 水蒸气 由于产物气流通过①、③时会带出水蒸气，所以②必须在①、③之前 （5）澄清石灰水 CO2 12.(1)SO2（2）ＢCF ＢＤF 13.(1)CuSO4 H2SO4 SO3
2 mol∶64 g=0.1 mol∶m m=3.2 g 14.(1)Ａ／Ｂ＝１47／１25 （2）Ａ＝Ｂ＞20 g 15.（1）308 （2）52 （3）设SO2为x（体积分数），则有 4×( (4)①13b=200－10a ②
环境保护 一、选择题 1．目前排放到空气中的二氧化碳逐年增加，对此科学家最担心的是 A．会使空气中的氧含量下降，不足以供给人类呼吸 B．会使地球温度升高，冰川融化，生态失衡 C．会使人体吸进大量二氧化碳，损害健康 D．会使石灰岩大量溶解，破坏自然风光 2．科技文献经常出现的下列词汇，其中与相关物质的颜色并无联系的是 A．赤色海潮 B．白色污染 C．绿色食品 D．棕色烟气 3．燃放爆竹对环境的危害是 A．有毒有害气体、粉尘污染 B．纸屑污染 C．噪声 D．前列三项总和 4．某年“世界无烟日”的主题是“清洁空气，拒吸二手烟”。“二手烟”燃烧产生的烟气中含有三种主要毒素，除烟碱和致癌物焦油外，还有一种不易注重的有毒物质是 A．NO B．SO2 C．CO D．CO2 5．人体内含有多种元素，其中许多元素都是人体所需的，但有些元素尚未证实其生理功能，相反，在食品中它们含量稍高会引起毒性反应，食品卫生法对它们的最高标准有极严格的规定。这些元素是①Na ②Mg ③As ④Cd ⑤Ca ⑥Zn ⑦Hg ⑧Pb ⑨Cu ⑩K中的 A．⑥⑦⑧⑨ B．②④⑥⑧ C．③④⑦⑧ D．②④⑥⑦⑧ 6．据各地报纸报道，在一些建筑工地的食堂里常发生将工业用盐当作食盐用，引起工人食物中毒的现象，该工业用盐对人有致癌使用。这种盐中含有致癌作用物质的化学式是 A．MgCl2 B．KCl C．NaNO2 D．MgSO4 7．你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是①少用煤燃料 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 8．发展“绿色食品”是提高人类生存质量 维护健康水平的重要措施，绿色食品系指 A．绿颜色的营养食品 B．有叶绿素的营养食品 C．经济附加值高的营养食品 D．安全、无公害的营养食品 9．1998年长江洪水泛滥，在受灾区为了保证饮水质量，医务人员在做好防病减灾的同时，还向灾民们发放了饮水清洁剂。你认为下列物质中适宜做饮水清洁剂的是 A．NaClO、KAl(SO4)2·12H2O B．NaOH、Cl2 C．KMnO4、A12(SO4)3 D．NaHCO3、KAl(SO4)2 10．控制城市空气污染的方法可以有 A．开发氢能源 B．使用电动车 C．植树造林 D．戴上呼吸面具 11．造成大气污染的SO2主要来源于 A．自然界含硫化合物的分解和氧化 B．火山喷发 C．工厂排出的尾气 D．大量燃烧含硫燃料 12． 环境污染已成为人类的特大杀手，各种污染数不胜数。下列名词与污染无关的是 A．温室效应 B．红潮 C．酸雨 D．大脖子病 (E)光化学烟雾 (F)潮汐 13． 90年代初，国际上提出了“预防污染”这一新概念，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．杜绝污染源 B．减少有毒物 C．治理污染点 D．处理废弃物 14．下列物质中，不能用于净化饮用水，或用于饮用水消毒的物质是 A．明矾 B．Na2FeO4 C．NaCl D．Cl2 15．1999年1月，江西省赣州地区发生因某重金属元素引起的工业猪油中毒事件，导致中毒的元素是 A．Mg B．Sn C．Ca D．As 16．①农业生产中农药、化肥使用不当 ②生活中大量使用含磷洗涤剂 ③工业生产中废气、废液、废渣排放不当 ④生活污水的任意排放 ⑤石油运输过程中因泄漏流入江河 ⑥原子核反应的残留物随意排放。以上可以造成水污染的是 A．①③⑤⑥ B．①③④⑤ C．①②③⑥ D．全部都是 17．1838年3月纽卡尔市的一些园艺家访问大物理学家法拉第，向他请教一个奇异而有趣的问题：为什么别处生长的紫罗兰都是紫色的，而生长在纽卡斯尔市的紫罗兰却是白色的？法拉第经过一番研究，得出结论，后来被化学家证实并在工业上广泛应用。法拉第的结论是 A．遗传变异 B．纽卡斯尔市民用自来水浇花 C．施花肥不当 D．纽卡斯尔空气中SO2含量较高 18．国家规定从2001年2月1日起全国停止生产含铅汽油，无铅汽油的含义是 A．汽油中绝不含铅元素 B．汽油中不人为添加含铅元素的物质 C．汽油中含铅元素在一定指标范围内 D．以上都不正确 19．常见的大气污染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。下列4种气体：①SO2，② NO，③NO2，④Cl2中，能导致二次污染的是 A．①②③④ B．只有①②④ C．只有②④ D．只有② 20．油井发生火灾，产生大量废气：①浓烟中的炭粒，②氮的氧化物，③碳的氧化物，④硫的氧化物，⑤碳氢化合物，其中对大气造成污染并导致雨水酸化的有害气体是 A．①②③ B．②④ C．②③④ D．②④⑤ 21．“漂尘”是物质燃烧时产生的粒状漂浮物，颗粒很小（直径小于10－7m），不易沉降（可漂浮数小时甚至数年），它与空气中的SO2接触，SO2会部分被氧化成SO3，“漂尘”所起的主要作用是 A．氧化剂 B．还原剂 C．吸附剂 D．催化剂 22．汽车尾气中污染空气的是：①CO，②CO2，③NO，④铅的化合物 A．①② B．①③ C．③④ D．①③④ 23．使用化学方法可以用消除某些环境污染，下列措施属于化学方法的是 A．废旧塑料重熔、重新成型 B．用多孔吸附剂清理水面油污 C．在燃煤中加入氧化钙 D．将垃圾深埋
| 题号
| 1
| 2
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24．1mol氢气燃烧时约放热286kJ，而每公斤汽油燃烧时约放热16000kJ。氢气被公认为是21世纪替代矿物燃料的理想能源。试简述氢气作为能源的三个主要优点：
(1)________________________________；(2) ________________________________；
(3) ________________________________。
25．某次采集酸雨样品，每隔一段时间测定一次pH，得到数据如下：
时间
开始
8h
16h
24h
32h
40h
48h
pH
5.0
4.8
4.5
4.3
4.2
4.0
4.0
简答：
(1)放置时，雨水样品pH变化的主要原因。_______________________________
(2)pH变化的化学方程式：
________________________________或________________________________。
(3)为减少酸雨的产生，你认为可采取的措施是 。①减少以煤作为燃料；②把工厂的烟囱建得高一些；③将燃料脱硫；④在已酸化的土壤中加石灰；⑤开发新能源。
A．①③⑤ B．②③④⑤ C．①②③ D．①③④⑤
26．环境监测测定水中溶氧的方法是：①量取amL水样，迅速加入固定剂MnSO4溶液和碱性KI溶液(含KOH)，立即塞好瓶塞，反复振荡，使之充分反应，其反应式为：2Mn2＋ O2 4OH =2MnO(OH)2(该反应极快)。②测定：开塞后迅速加入1～2mL浓H2SO4(提供H＋)使之生成I2，再用bmol／L的Na2S2O3溶液与生成的I2反应，消耗Na2S2O3VmL，有关反应方程式为：
MnO(OH)2 2I— 4H＋＝Mn2＋ I2 3H2O I2 2S2O32－=2I— S4O62－
水中溶氧的计算式是_____________________。
27．人类的活动所产生的一些气体，能对大气中的臭氧层起到破坏作用。臭氧含量减少，将造成严重后果，直接威胁到人类的生活和生存。近些年来，屡有在南、北极，甚至西藏的喜马拉雅山地区出现臭氧黑洞的报道，引起人们的极大关注。
简要说明人类活动产生的哪些气体对大气臭氧层能起破坏作用。
28．某工厂排出的废水中含有游离氯，为除去该废水中的游离氯，而且使废水变为中性，有人提出如下图方案：
在废水管的A、B处分别注入一定量的废烧碱溶液和亚硫酸钠溶液。已知：
Cl2 Na2SO3 H2O=Na2SO4 2HCl 请写出：
(1)A、B处分别加入的物质的分子式：A___________________，B__________________。
(2)写出该反应的化学方程式：
A处：_____________________， B处：_____________________。
29．在一烧杯中盛有100mL2mol／LH2SO4溶液，同时有一表面光滑的塑料小球悬浮于溶液中心(如下图所示)。向该烧杯里缓缓注入0.4mol／L的Ba(OH)2溶液至恰好完全反应，在此实验过程中：
(1)烧杯里观察到的实验现象是：
①_____________ _____________；
②_______________ ___________________
(2)写出实验过程中反应的离子方程式：__________________________________。
30．科学家们认为，“温室效应”将对人类产生较大影响，防止温室效应进一步发展
的有效措施有：（1） ，
（2） 。
31．燃煤锅炉将排放大量SO2，污染大气造成公害，常采用两种方法消除燃煤
SO2的污染。
（1）使排放的烟气通过氨水洗涤，化学方程式是 。（2）在煤中加适量石灰，使SO2与石灰反应，化学方程式为 ， 该生成物仍可被氧化而成稳定的石膏，化学方程式为 。
32．含氰化物（有CN－）的废水危害大，CN－的含量为0.01mol/L～0.04mol/L就能毒
杀鱼类。处理它的方法是用氧化法使其转化为低毒的氰酸钾（含CNO－），氧化剂常用次氯酸盐，且进一步可降解为无毒的气体。近期研究将把某些半导体的小粒悬浮在溶液中，在光的作用下，在小粒和溶液界面发生氧化还原反应。但小粒的质量不发生变化，如二氧化钛(TiO2)小粒表面就可以破坏氰化物有毒废物。
（1）二氧化钛在上述反应中的作用是 。
（2）氰化物经处理后产生的无毒气体应该是 和 。
（3）若用NaClO溶液处理NaCN的废液，产生另外两种盐，其化学方程式为
。
33．在一条鱼、虾几乎绝迹的小河边从上游到下游依次有四座工厂：甲、乙、丙、
丁，它们排出的废液里，每厂只含有Na2CO3、FeCl3、Ca（OH）2、HCl中的一种。某
中学环保小组对河水监测时发现：①甲处河水呈乳白色；②乙处河水呈红褐色；③丙处河水由浑变清；④丁处产生气泡，河水仍清。请回答：
（1）四座工厂排出的废液里含有的污染物是：甲 ，乙 ，丙 ，丁 。
（2）小河中鱼、虾几乎绝迹的原因是 。
34．NO是大气污染物之一，目前，有一种治理方法是在400℃左右，在有催化剂存在
的情况下，用氨把NO还原为N2和水，请写出该反应的化学方程式 。
35．某硫酸厂四周的空气含有较多二氧化硫，为了测定空气中二氧化硫的体积分数做了如下实验：
取上述标准状况下的空气1L（内含N2、O2、SO2、CO2）慢慢通过足量溴水，然
后在此溶液中加入过量的BaCl2溶液，产生白色沉淀，将沉淀洗净、干燥后称重为
0.233g。请回答：
（1）通入足量溴水的目的是：
（2）加入过量BaCl2溶液的目的是
（3）过滤后，若在滤液中加K2SO4溶液，有白色沉淀产生，证实：
（4）用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，若在洗液中加入AgNO3溶液，无沉淀出现，证实：
（5）空气中，SO2的体积分数为 。（写清楚具体的计算过程）
参考答案
一、1B、2C、3D、4C、5C、6C、7C、8D、9A、10AB、11D、12DF、13A、14C、15B、16D、17D、18BC、19A、20C、21D、22D、23C、
二、24．(1)相同质量的氢气燃烧时放出的热量比汽油大 (2)氢气燃烧的产物是水，对环境没有污染 (3)制取氢气可以用水，来源十分丰富
25．(1)雨水样品里的中强酸H2SO3和SO2不断被空气中的氧气氧化生成强酸H2SO4，所以，pH随时间延长而H＋浓度增大，pH下降，至全部氧化后，溶液中形成H2SO4，不会氧化和挥发，pH不再发生变化 (2)2SO2 2H2O O2=2H2SO4或2H2SO3 O2＝2H2SO4 (3)A．
26． x= b×V×l0—3/4mol
27．喷气飞机排放大量的NO，一些农药、杀虫剂能排放N2O，作为制冷剂在制冷系统中广泛使用的氟利昂等。
28．(1)A: Na2SO3; B:NaOH
(2) A处：Cl2 Na2SO3 H2O=Na2SO4 2HCl， B处：HCl NaOH=NaCl H2O
29．(1)①溶液里产生白色沉淀②小球下沉 (2) Ba2 2OH— 2H SO42—=BaSO4↓ 2H2O
30．（1）寻找并使用新能源 （2）植树造林，扩大绿色植物的覆盖面
31．（1）SO2 2NH3 H2O=（NH4）2SO3
（2）CaO SO2=CaSO3; 2CaSO3 O2 4H2O=2 (CaSO4·2H2O)
32．（1）催化剂 （2）CO2； N2 （3）NaClO NaCN=NaCl NaCNO
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400℃ |
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催化剂 |
33．（1）Ca(OH)2 ; FeCl3 ; HCl ; Na2CO3 （2）河水酸性较强，污染严重
34．4NH3 6NO 5N2 6H2O
35．（1）将SO2全部氧化成SO42－：SO2 Br2 2H2O=H2SO4 2HBr
（2）使SO42－完成生成BaSO4沉淀：Ba2 SO42－=BaSO4↓
（3）所加BaCl2溶液已过量 （4）BaSO4沉淀已洗净
（5）2.24% n(SO2) = n (CaSO4)= 
=0.001mol
V(SO2) = n(SO2)×Vm=0.001mol×22.4L/mol=0.224L
SO2的体积分数= 
×100%=2.24%
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解法一： FeS2 2H2SO4
解法二： S H2SO4
的是
8SO2＋2Fe2O3
n(NaOH)=0.125 mol·L－1×0.02 L× 
mol m(SO3)＝ 
×100%=15%。
2SO2↑ CO2↑ 2H2O
×11 0.0800)=1－0.0800－xx=0.0923
