化學(xué)工藝學(xué)題庫及答案一、選擇題1.下列哪種物質(zhì)不是合成氨工業(yè)的原料（）A.氮?dú)釨.氫氣C.二氧化碳D.空氣答案：C解析：合成氨的反應(yīng)是\(N_{2}+3H_{2}\rightleftharpoons2NH_{3}\)，氮?dú)饪蓮目諝庵蟹蛛x獲得，氫氣可通過水煤氣等方法制取，而二氧化碳不是合成氨的原料。2.硫酸工業(yè)中，二氧化硫氧化成三氧化硫的反應(yīng)是（）A.吸熱反應(yīng)B.放熱反應(yīng)C.既不吸熱也不放熱D.無法判斷答案：B解析：\(2SO_{2}+O_{2}\rightleftharpoons2SO_{3}\)，該反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，大部分化合反應(yīng)是放熱反應(yīng)。3.下列關(guān)于石油煉制的說法中，錯(cuò)誤的是（）A.石油分餾是物理變化B.石油裂化的目的是提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量C.石油裂解是深度裂化，主要目的是獲得乙烯等小分子烴D.石油的催化重整是為了得到更多的汽油答案：D解析：石油的催化重整主要是為了獲得芳香烴等，而不是為了得到更多的汽油。石油分餾是利用各成分沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離，屬于物理變化；裂化是為了提高汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量；裂解是深度裂化，主要得到乙烯等小分子烴。4.在氯堿工業(yè)中，電解飽和食鹽水時(shí)，陽極產(chǎn)生的氣體是（）A.氫氣B.氯氣C.氧氣D.二氧化碳答案：B解析：電解飽和食鹽水的反應(yīng)為\(2NaCl+2H_{2}O\xlongequal{電解}2NaOH+H_{2}\uparrow+Cl_{2}\uparrow\)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，氯離子失電子生成氯氣。5.合成甲醇的主要反應(yīng)\(CO+2H_{2}\rightleftharpoonsCH_{3}OH\)，下列措施能提高\(yùn)(CO\)轉(zhuǎn)化率的是（）A.升高溫度B.增大壓強(qiáng)C.增大\(CO\)的濃度D.使用催化劑答案：B解析：該反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)。升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，\(CO\)轉(zhuǎn)化率降低；增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，\(CO\)轉(zhuǎn)化率提高；增大\(CO\)濃度，\(CO\)的轉(zhuǎn)化率會(huì)降低；使用催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能使平衡移動(dòng)，\(CO\)轉(zhuǎn)化率不變。二、填空題1.合成氨工業(yè)中，常用__________吸收二氧化碳，以除去原料氣中的二氧化碳。答案：碳酸鉀溶液解析：在合成氨工業(yè)中，碳酸鉀溶液可以與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鉀，從而除去原料氣中的二氧化碳，反應(yīng)方程式為\(K_{2}CO_{3}+CO_{2}+H_{2}O=2KHCO_{3}\)。2.硫酸工業(yè)中，二氧化硫氧化成三氧化硫的催化劑是__________。答案：五氧化二釩解析：五氧化二釩在二氧化硫氧化成三氧化硫的反應(yīng)中起到催化作用，能加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)在較低溫度下較快進(jìn)行。3.石油的一次加工方法主要是__________，二次加工方法主要有__________、__________等。答案：分餾；裂化；裂解解析：石油分餾是利用各成分沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離，是一次加工方法；裂化和裂解是在一定條件下將相對(duì)分子質(zhì)量較大的烴斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較小的烴，屬于二次加工方法。4.氯堿工業(yè)中，離子交換膜電解槽的離子交換膜只允許__________通過，阻止__________和__________通過。答案：陽離子；陰離子；氣體分子解析：在離子交換膜電解槽中，陽離子交換膜只允許陽離子（如\(Na^{+}\)）通過，阻止陰離子（如\(Cl^{-}\)、\(OH^{-}\)）和氣體分子（如\(H_{2}\)、\(Cl_{2}\)）通過，這樣可以防止氫氣和氯氣混合發(fā)生爆炸，同時(shí)也避免了氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。5.合成甲醇的原料氣中，氫氣與一氧化碳的體積比理論上應(yīng)為__________。答案：2:1解析：根據(jù)合成甲醇的反應(yīng)\(CO+2H_{2}\rightleftharpoonsCH_{3}OH\)，從化學(xué)計(jì)量數(shù)來看，氫氣與一氧化碳的體積比理論上應(yīng)為2:1。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述合成氨工業(yè)的主要生產(chǎn)步驟。答案：合成氨工業(yè)的主要生產(chǎn)步驟如下：（1）原料氣的制備：-氮?dú)猓簭目諝庵蟹蛛x獲得，一般采用深冷分離法，利用空氣中各成分沸點(diǎn)不同，將空氣液化后進(jìn)行分離。-氫氣：可以通過水煤氣法（\(C+H_{2}O\xlongequal{高溫}CO+H_{2}\)，\(CO+H_{2}O\xlongequal{催化劑}CO_{2}+H_{2}\)）、天然氣轉(zhuǎn)化法（\(CH_{4}+H_{2}O\xlongequal{催化劑}CO+3H_{2}\)）等方法制取。（2）原料氣的凈化：除去原料氣中的雜質(zhì)，如二氧化碳、一氧化碳、硫化物等。例如用碳酸鉀溶液吸收二氧化碳，用銅氨液吸收一氧化碳等。（3）原料氣的壓縮：將凈化后的原料氣壓縮到合適的壓力，一般為15-30MPa，以滿足合成反應(yīng)的要求。（4）氨的合成：在高溫（400-500℃）、高壓（15-30MPa）和催化劑（鐵觸媒）的作用下，使氮?dú)夂蜌錃獍l(fā)生反應(yīng)生成氨，反應(yīng)方程式為\(N_{2}+3H_{2}\rightleftharpoons2NH_{3}\)。（5）氨的分離：將合成后的混合氣體冷卻，使氨液化分離出來，未反應(yīng)的氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)使用。2.分析硫酸工業(yè)中二氧化硫氧化成三氧化硫反應(yīng)的條件選擇。答案：硫酸工業(yè)中\(zhòng)(2SO_{2}+O_{2}\rightleftharpoons2SO_{3}\)反應(yīng)條件選擇如下：（1）溫度：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，理論上降低溫度有利于平衡正向移動(dòng)，提高三氧化硫的產(chǎn)率。但溫度過低，反應(yīng)速率太慢。實(shí)際生產(chǎn)中選擇400-500℃，這是因?yàn)樵诖藴囟认拢呋瘎ㄎ逖趸C）的活性最高，反應(yīng)速率較快，同時(shí)三氧化硫的產(chǎn)率也比較可觀。（2）壓強(qiáng)：該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)有利于平衡正向移動(dòng)，提高三氧化硫的產(chǎn)率。但增大壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備要求較高，投資和運(yùn)行成本增加。在實(shí)際生產(chǎn)中，常壓下二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高（可達(dá)97%左右），所以通常采用常壓進(jìn)行反應(yīng)。（3）催化劑：使用五氧化二釩作為催化劑，能加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)在較低溫度下較快進(jìn)行，提高生產(chǎn)效率。3.說明石油裂化和裂解的區(qū)別。答案：石油裂化和裂解有以下區(qū)別：（1）目的不同：-裂化的目的是提高汽油等輕質(zhì)油的產(chǎn)量和質(zhì)量，將相對(duì)分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較高的烴斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較小、沸點(diǎn)較低的汽油等輕質(zhì)油。-裂解是深度裂化，主要目的是獲得乙烯、丙烯等小分子烴，這些小分子烴是重要的化工原料。（2）反應(yīng)條件不同：-裂化的反應(yīng)條件相對(duì)溫和，一般在加熱和催化劑的作用下進(jìn)行，溫度相對(duì)較低。-裂解的反應(yīng)條件更為苛刻，需要更高的溫度（一般在700-1000℃）。（3）產(chǎn)物不同：-裂化的產(chǎn)物主要是相對(duì)分子質(zhì)量較小的汽油等輕質(zhì)油，還含有一些其他的烴類。-裂解的產(chǎn)物主要是乙烯、丙烯、丁二烯等小分子烴。4.簡(jiǎn)述氯堿工業(yè)中離子交換膜法電解飽和食鹽水的優(yōu)點(diǎn)。答案：氯堿工業(yè)中離子交換膜法電解飽和食鹽水具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）產(chǎn)品純度高：離子交換膜只允許陽離子（如\(Na^{+}\)）通過，阻止陰離子（如\(Cl^{-}\)、\(OH^{-}\)）和氣體分子（如\(H_{2}\)、\(Cl_{2}\)）通過。這樣可以防止氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成次氯酸鈉等雜質(zhì)，得到的氫氧化鈉溶液純度高。（2）安全性好：避免了氫氣和氯氣混合，防止發(fā)生爆炸事故，提高了生產(chǎn)的安全性。（3）能耗低：離子交換膜法可以減少副反應(yīng)的發(fā)生，降低了能量的消耗，提高了能源利用效率。（4）生產(chǎn)效率高：該方法可以連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)過程相對(duì)穩(wěn)定，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。四、計(jì)算題1.在合成氨反應(yīng)中，將\(1molN_{2}\)和\(3molH_{2}\)充入密閉容器中，在一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得平衡時(shí)混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為25%，求平衡時(shí)\(N_{2}\)、\(H_{2}\)、\(NH_{3}\)的物質(zhì)的量。解：設(shè)平衡時(shí)\(N_{2}\)反應(yīng)了\(xmol\)。\(N_{2}+3H_{2}\rightleftharpoons2NH_{3}\)起始物質(zhì)的量（mol）：130變化物質(zhì)的量（mol）：x3x2x平衡物質(zhì)的量（mol）：1-x3-3x2x平衡時(shí)混合氣體的總物質(zhì)的量為\((1-x)+(3-3x)+2x=(4-2x)mol\)。已知平衡時(shí)氨的體積分?jǐn)?shù)為25%，根據(jù)體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，則有\(zhòng)(\frac{2x}{4-2x}=0.25\)。\(2x=0.25\times(4-2x)\)\(2x=1-0.5x\)\(2x+0.5x=1\)\(2.5x=1\)\(x=0.4\)平衡時(shí)\(N_{2}\)的物質(zhì)的量為\(1-0.4=0.6mol\)；\(H_{2}\)的物質(zhì)的量為\(3-3\times0.4=1.8mol\)；\(NH_{3}\)的物質(zhì)的量為\(2\times0.4=0.8mol\)。2.某硫酸廠每天用含\(FeS_{2}80\%\)的黃鐵礦500t生產(chǎn)硫酸，如果在沸騰爐內(nèi)損失\(5\%\)的硫，在接觸室中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為\(90\%\)，求每天能生產(chǎn)\(98\%\)的濃硫酸多少噸？解：（1）先計(jì)算\(FeS_{2}\)的質(zhì)量：黃鐵礦中\(zhòng)(FeS_{2}\)的質(zhì)量為\(500t\times80\%=400t\)。（2）根據(jù)\(FeS_{2}\)計(jì)算理論上可生成\(SO_{2}\)的量：\(FeS_{2}\)中\(zhòng)(S\)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為\(\frac{2\times32}{56+2\times32}\times100\%=\frac{64}{120}\times100\%\)。\(400tFeS_{2}\)中\(zhòng)(S\)的質(zhì)量為\(400t\times\frac{64}{120}\)。由于在沸騰爐內(nèi)損失\(5\%\)的硫，則實(shí)際參與反應(yīng)的\(S\)的質(zhì)量為\(400t\times\frac{64}{120}\times(1-5\%)\)。根據(jù)\(S\)元素守恒，\(S\)最終都轉(zhuǎn)化為\(H_{2}SO_{4}\)。（3）計(jì)算\(H_{2}SO_{4}\)的理論產(chǎn)量：\(S\simH_{2}SO_{4}\)\(32\)\(98\)實(shí)際參與反應(yīng)的\(S\)的質(zhì)量為\(400t\times\frac{64}{120}\times(1-5\%)\)，設(shè)生成\(H_{2}SO_{4}\)的質(zhì)量為\(m\)。\(\frac{32}{98}=\frac{400t\times\frac{64}{120}\times(1-5\%)}{m}\)\(m=\frac{98\times400t\times\frac{64}{120}\times(1-5\%)}{32}\)。又因?yàn)樵诮佑|室中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為\(90\%\)，所以實(shí)際生成\(H_{2}SO_{4}\)的質(zhì)量為\(m_{實(shí)}=\frac{98\times400t\times\frac{64}{120}\times(1-5\%)}{32}\times90\%\)。設(shè)能生產(chǎn)\(98\%\)的濃硫酸的質(zhì)量為\(M\)，則\(M\times98\%=\frac{98\times400t\times\frac{64}{120}\times(1-5\%)}{32}\times90\%\)。\(M=\frac{98\times400t\times\frac{64}{120}\times(1-5\%)\times90\%}{32\times98\%}\)\(M=570t\)。五、論述題1.論述化學(xué)工藝學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用。答案：化學(xué)工藝學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有極其重要的作用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）提供基礎(chǔ)化工原料：化學(xué)工藝學(xué)為眾多工業(yè)部門提供了基礎(chǔ)化工原料。例如，合成氨工業(yè)生產(chǎn)的氨是制造化肥、硝酸等的重要原料。化肥的生產(chǎn)對(duì)于提高農(nóng)作物產(chǎn)量、保障糧食安全起著關(guān)鍵作用；硝酸則廣泛應(yīng)用于炸藥、染料等行業(yè)。硫酸工業(yè)生產(chǎn)的硫酸是許多化工生產(chǎn)過程中不可或缺的原料，用于冶金、石油化工、制藥等領(lǐng)域。石油煉制和化工工藝為塑料、橡膠、纖維等高分子材料的生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)原料，這些高分子材料廣泛應(yīng)用于日常生活、交通運(yùn)輸、電子等各個(gè)領(lǐng)域。（2）推動(dòng)工業(yè)發(fā)展：化學(xué)工藝學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了各個(gè)工業(yè)部門的進(jìn)步。在冶金工業(yè)中，通過化學(xué)工藝可以對(duì)礦石進(jìn)行提煉和提純，提高金屬的純度和質(zhì)量。例如，采用合適的冶煉工藝可以從鐵礦石中提取出高質(zhì)量的鋼鐵，鋼鐵是建筑、機(jī)械制造、汽車工業(yè)等的重要基礎(chǔ)材料。在電子工業(yè)中，化學(xué)工藝用于制造半導(dǎo)體材料、電子元件等，推動(dòng)了電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展?；瘜W(xué)工藝學(xué)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，使得工業(yè)生產(chǎn)更加高效、環(huán)保和可持續(xù)。（3）滿足日常生活需求：化學(xué)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品與我們的日常生活息息相關(guān)。從食品添加劑、化妝品到洗滌劑、塑料制品等，無不依賴于化學(xué)工藝學(xué)。食品添加劑可以改善食品的口感、延長(zhǎng)保質(zhì)期，提高食品的質(zhì)量和安全性?；瘖y品的生產(chǎn)涉及到多種化學(xué)工藝，為人們提供了美容和護(hù)膚的產(chǎn)品。洗滌劑的研發(fā)和生產(chǎn)使得我們的生活更加清潔和舒適。塑料制品具有質(zhì)輕、耐用、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于包裝、家居用品等方面。（4）促進(jìn)能源開發(fā)和利用：化學(xué)工藝學(xué)在能源領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。例如，石油煉制工藝可以將原油轉(zhuǎn)化為汽油、柴油、煤油等燃料，滿足交通運(yùn)輸和工業(yè)生產(chǎn)的能源需求。同時(shí)，化學(xué)工藝還可以用于開發(fā)新能源，如通過化學(xué)方法制備燃料電池的電極