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　

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　

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　

1.下列四种溶液中，一定存在SO的是　

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　

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，常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意不要思维定势，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

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) 分析判断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掌握的熟练程度及分析、推断能力。

分析判断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)　　 若该厂每天排放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，这样可以增大较贵重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掌握物质纯度，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。

解法一：　　　　　　　 FeS₂　　　　　　　 2H₂SO₄

120　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　2×98

x×65%(1-1.8%)×99%　　 2t×98%　 x=189.9t

解法二：　　　　　　　 S　　　　　　　　　 H₂SO₄

　 　　　　　　　　　　32　　　　　　　　　 98

64/120x×65%×(1-1.8%)×99%　　　 2t×98%　 x=189.9t

评注：确定关系式的关键是根据硫元素守恒。要注意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每天生产50t98%的硫酸。④送风机每天输送空气的体积为5000m³/台(标准状况)。

(1)每天消耗含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：

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、涝灾害频繁发生。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！

(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,在水凝结过程中,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%。

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、土地供应、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是否接近原料供应地；③土地供应是否充足；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。

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应能量，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。