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 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] 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 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 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 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+4SO2②:2SO2+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 1 3 0 4L V/L 2x x 2x V/ L1-2x 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 .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.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.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)2SO422.4L 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%×99% 2t×98% x=189.9t 解法二: S H2SO4 32 98 64/120x×65%××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. (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.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: 【
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