《工業(yè)生產(chǎn)綜合類問題解決策略》學(xué)習(xí)任務(wù)單

《工業(yè)生產(chǎn)綜合類問題解決策略》學(xué)習(xí)任務(wù)單【學(xué)習(xí)目標】1.了解工業(yè)生產(chǎn)綜合類問題的基本結(jié)構(gòu)和基本考查角度。2.掌握單一變量單一要素的工業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)化的答題策略。3.掌握變量疊加和反應(yīng)疊加的工業(yè)生產(chǎn)類問題的分析原則。4.了解工業(yè)生產(chǎn)類問題中隱性因素的考查角度。5.了解工業(yè)生產(chǎn)物質(zhì)的分離過程中化學(xué)方法和電化學(xué)方法的區(qū)別。6.理解和挖掘工業(yè)生產(chǎn)類題目中高頻關(guān)鍵詞的化學(xué)內(nèi)涵。【課前預(yù)習(xí)任務(wù)】1.獨立完成2019-2010年海淀高三期中和期末試題2.提取工業(yè)流程題中的高頻關(guān)鍵詞【課前作業(yè)】1．化工原料異丁烯（C4H8）可由異丁烷（C4H10）直接催化脫氫制備：C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)ΔH＝+139kJ/mol（1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達式為。（2）一定條件下，以異丁烷為原料生產(chǎn)異丁烯。溫度、壓強改變對異丁烷平衡轉(zhuǎn)化率的影響如下圖所示。①判斷p1、p2的大小關(guān)系：p1（填“>”或“<”）p2，理由是。②若異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則平衡混合氣中異丁烯的物質(zhì)的量分數(shù)最多為%（保留小數(shù)點后1位）。（3）目前，異丁烷催化脫氫制備異丁烯的研究熱點是催化活性組分以及載體的選擇。下表是以溫度/℃570580590600610以γ-Al2O3為載體異丁烷轉(zhuǎn)化率/%36.4136.4938.4239.2342.48異丁烯收率/%26.1727.1127.5126.5626.22以TiO2為載體異丁烷轉(zhuǎn)化率/%30.2330.8732.2333.6333.92異丁烯收率/%25.8827.3928.2328.8129.30說明：收率=（生產(chǎn)目標產(chǎn)物的原料量/原料的進料量）×100%①由上表數(shù)據(jù)，可以得到的結(jié)論是（填字母序號）。a.載體會影響催化劑的活性b.載體會影響催化劑的選擇性c.載體會影響化學(xué)平衡常數(shù)②分析以γ-Al2O3為載體時異丁烯收率隨溫度變化的可能原因：。2.煤的潔凈技術(shù)（包括固硫技術(shù)和脫硫技術(shù)兩類）可有效降低燃煤廢氣中SO2的含量，已成為我國解決環(huán)境問題的主導(dǎo)技術(shù)之一。I.固硫技術(shù)：通過加入固硫劑，將硫元素以固體形式留在煤燃燒的殘渣中。石灰石是常用的固硫劑，固硫過程中涉及的部分反應(yīng)如下：①CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)△H1=+178.30kJ/mol②CaO(s)+SO2(g)+0.5O2(g)CaSO4(s)△H2=-501.92kJ/mol③CO(g)+0.5O2(g)CO2(g)△H3④CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)△H4=+218.92kJ/mol（1）溫度升高，反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)________（填“增大”“減小”或“不變”）。（2）△H3=________kJ/mol。（3）在煤燃燒過程中常鼓入稍過量的空氣以提高固硫率（燃燒殘渣中硫元素的質(zhì)量占燃煤中硫元素總質(zhì)量的百分比），結(jié)合反應(yīng)②、③、④分析其原因：________。II.（4）將煤打成煤漿加入電解槽的目的是________。（5）陽極的電極反應(yīng)式為________。（6）補全用羥基自由基除去煤中二硫化亞鐵（FeS2）的反應(yīng)的離子方程式：FeS2+Fe3++SO42-++________（7）利用上述裝置對某含F(xiàn)eS2的煤樣品進行電解脫硫，測得一定時間內(nèi)隨溶液起始pH的改變脫硫率（溶于水中的硫元素質(zhì)量占煤樣中硫元素總質(zhì)量的百分比）的變化如下圖所示。pH大于1.5后脫硫率下降的可能原因有：隨著pH的升高，反應(yīng)物的氧化性或還原性降低；________。【課前作業(yè)參考答案】1、（1）（2）①<該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強平衡逆向移動；圖像表明，溫度一定時，壓強由p1變?yōu)閜2，異丁烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，可知p1<p2②28.6（3）①ab②溫度升高時異丁烯的收率增加的可能原因：催化劑活性增加（催化劑活性增加的影響強于選擇性降低的影響），反應(yīng)速率加快，平衡正向移動；溫度繼續(xù)升高，異丁烯的收率下降的可能原因：催化劑的選擇性下降，發(fā)生副反應(yīng)的異丁烷的比例增加2.（1）增大（2）-283（3）鼓入稍過量的空氣，增大了反應(yīng)體系中氧氣的濃度，使反應(yīng)②平衡正向移動，有利于固硫；同時，氧氣濃度增大也會使反應(yīng)③平衡正向移動，降低CO濃度，增大CO2濃度，使反應(yīng)④平衡逆向移動，（或其他合理分析）有利于固硫（4）增大接觸面積，提高反應(yīng)速率（或使反應(yīng)更充分）（5）H2O–e-（或OH-–e-（6）1FeS2+151Fe3++2SO42-+7H2O+1___H+___（7）pH升高，促進Fe3+水解生成Fe(OH)3，覆蓋在煤漿表面，阻止反應(yīng)進行【課上學(xué)習(xí)任務(wù)】1.思考工業(yè)綜合類問題的基本類型和考查角度2.學(xué)習(xí)工業(yè)綜合類問題的答題策略3.學(xué)習(xí)工業(yè)綜合類問題的化學(xué)方法和電化學(xué)方法對比。4.學(xué)習(xí)工業(yè)綜合類問題的關(guān)鍵詞的理解和關(guān)聯(lián)【課后作業(yè)】1．優(yōu)化反應(yīng)條件是研究化學(xué)反應(yīng)的重要方向。（1）以硫代硫酸鈉與硫酸的反應(yīng)Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+SO2+S↓+H2O為例，探究外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，實驗方案如下表所示。實驗序號Na2S2O3溶液H2SO4溶液蒸餾水溫度/℃濃度/(mol/L)體積/mL濃度/(mol/L)體積/mL體積/mLI0.11.50.11.51020II0.12.50.11.59aIII0.1b0.11.5930①表中，a為，b為。②實驗表明，實驗III的反應(yīng)速率最快，支持這一結(jié)論的實驗現(xiàn)象為。（2）硫代硫酸鈉可用于從含氧化銀的礦渣中浸出銀，反應(yīng)如下：Ag2O+4S2O32-+H2O2[Ag(S2O3)2]3-+2OH-實際生產(chǎn)中，為了提高銀的浸出率需要調(diào)節(jié)pH的范圍為8.5~9.5，解釋其原因：。（3）工業(yè)上常用空氣催化氧化法除去電石渣漿（含CaO）上清液中的S2-，并制取石膏（CaSO4·2H2O），其中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程如下圖所示。①過程I、II中，起催化劑作用的物質(zhì)是。②過程II中，反應(yīng)的離子方程式為。③根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，若將10L上清液中的S2-轉(zhuǎn)化為SO42-（S2-濃度為320mg/L），理論上共需要標準狀況下的O2的體積為L2．頁巖氣中含有較多的乙烷，可將其轉(zhuǎn)化為更有工業(yè)價值的乙烯。（1）二氧化碳氧化乙烷制乙烯。將C2H6和CO2按物質(zhì)的量之比為1∶1通入反應(yīng)器中，發(fā)生如下反應(yīng)：ⅰ．C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)ΔH1＝+136.4kJ·mol?1ⅱ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2＝+41.2kJ·mol?1ⅲ．C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)ΔH3①用ΔH1、ΔH2計算ΔH3＝______kJ·mol?1。②反應(yīng)ⅳ：C2H6(g)2C(s)+3H2(g)為積碳反應(yīng)，生成的碳附著在催化劑表面，降低催化劑的活性，適當(dāng)通入過量CO2可以有效緩解積碳，結(jié)合方程式解釋其原因：______。③二氧化碳氧化乙烷制乙烯的研究熱點之一是選擇催化劑，相同反應(yīng)時間，不同溫度、不同催化劑的數(shù)據(jù)如下表（均未達到平衡狀態(tài)）：實驗編號T/℃催化劑轉(zhuǎn)化率/%選擇性/%C2H6CO2C2H4COⅠ650鈷鹽19.037.617.678.1Ⅱ650鉻鹽32.123.077.310.4Ⅲ60021.212.479.79.3Ⅳ55012.08.685.25.4【注】C2H4選擇性：轉(zhuǎn)化的乙烷中生成乙烯的百分比。CO選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成CO的百分比。對比Ⅰ和Ⅱ，該反應(yīng)應(yīng)該選擇的催化劑為______，理由是______。實驗條件下，鉻鹽作催化劑時，隨溫度升高，C2H6的轉(zhuǎn)化率升高，但C2H4的選擇性降低，原因是______。3．氫能源是最具有應(yīng)用前景的能源之一，高純氫的制備是目前的研究熱點。（1）甲烷水蒸氣催化重整是制高純氫的方法之一。①反應(yīng)器中初始反應(yīng)的生成物為H2和CO2，其物質(zhì)的量之比為4：1，甲烷和水蒸氣反應(yīng)的方程式是。②已知反應(yīng)器中還存在如下反應(yīng)：ⅰ．CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H1ⅱ．CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H2ⅲ．CH4（g）═C（s）+2H2（g）△H3ⅲ為積炭反應(yīng)，利用△H1和△H2計算△H3時，還需要利用反應(yīng)的△H。③反應(yīng)物投料比采用n（H2O）：n（CH4）＝4：1，大于初始反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比，目的是（選填字母序號）。a．促進CH4轉(zhuǎn)化b．促進CO轉(zhuǎn)化為CO2c．減少積炭生成第二張ppt④用CaO可以去除CO2．H2體積分數(shù)和CaO消耗率隨時間變化關(guān)系如圖所示。從t1時開始，H2體積分數(shù)顯著降低，單位時間CaO消耗率（填“升高”“降低”或“不變”）。此時CaO消耗率約為35%，但已失效，結(jié)合化學(xué)方程式解釋原因：?！菊n后作業(yè)參考答案】1.（1）①202.5②實驗III中出現(xiàn)渾濁所需時間最短或?qū)嶒濱II最先（早）出現(xiàn)渾濁（2）若浸出率下降；若pH大于9.5，c(OH-)增大，不利于反應(yīng)正向進行，浸出率下降（3）①Mn(OH)2②4MnO32-+2S2-+9H2OS2O32-+4Mn(OH)2↓+10OH-③4.482．一定溫度（1）①+177.6一定溫度②增大CO2的量，發(fā)生反應(yīng)C+CO22CO，消耗C；增大CO2的量，反應(yīng)ⅲ正向