1、工业生产综合类问题解决策略学习任务单工业生产综合类问题解决策略学习任务单【学习目标】1.了解工业生产综合类问题的基本结构和基本考查角度。2.掌握单一变量单一要素的工业生产条件优化的答题策略。3.掌握变量叠加和反应叠加的工业生产类问题的分析原则。4.了解工业生产类问题中隐性因素的考查角度。5.了解工业生产物质的分离过程中化学方法和电化学方法的区别。6.理解和挖掘工业生产类题目中高频关键词的化学内涵。【课前预习任务】1. 独立完成 2019-2010 年海淀高三期中和期末试题2. 提取工业流程题中的高频关键词【课前作业】1化工原料异丁烯（C4H8）可由异丁烷（C4H10）直接催化脱氢制备：C4H1
2、0(g)C4H8(g) + H2(g)H+139 kJ/mol（1）该反应的化学平衡常数的表达式为。（2）一定条件下，以异丁烷为原料生产异丁烯。温度、压强改变对异丁烷平衡转化率的影响如下图所示。 判断 p1、p2的大小关系：p1（填“”或“”）p2，理由是。 若异丁烷的平衡转化率为 40%，则平衡混合气中异丁烯的物质的量分数最多为%（保留小数点后 1 位） 。（3）目前，异丁烷催化脱氢制备异丁烯的研究热点是催化活性组分以及载体的选择。下表是以 V-Fe-K-O 为催化活性物质，反应时间相同时，测得的不同温度、不同载体条件下的数据。温度/570580590600610以-Al2O3异丁烷转化率/
3、%36.4136.4938.4239.2342.48为载体异丁烯收率/%26.1727.1127.5126.5626.22以 TiO2为载体异丁烷转化率/%30.2330.8732.2333.6333.92异丁烯收率/%25.8827.3928.2328.8129.30说明：收率=（生产目标产物的原料量/原料的进料量）100% 由上表数据，可以得到的结论是（填字母序号） 。a. 载体会影响催化剂的活性b. 载体会影响催化剂的选择性c. 载体会影响化学平衡常数分析以-Al2O3为载体时异丁烯收率随温度变化的可能原因：。2. 煤的洁净技术（包括固硫技术和脱硫技术两类）可有效降低燃煤废气中 SO2的
4、含量，已成为我国解决环境问题的主导技术之一。I. 固硫技术：通过加入固硫剂，将硫元素以固体形式留在煤燃烧的残渣中。石灰石是常用的固硫剂，固硫过程中涉及的部分反应如下： CaCO3(s)CaO(s) + CO2(g)H1= +178.30 kJ/mol CaO(s) + SO2(g) + 0.5O2(g)CaSO4(s)H2= -501.92 kJ/mol CO(g) + 0.5O2(g)CO2(g)H3 CaSO4(s) + CO(g)CaO(s) + SO2(g) + CO2(g)H4= +218.92 kJ/mol（1）温度升高，反应的化学平衡常数_（填“增大”“减小”或“不变”） 。（2
5、）H3=_ kJ/mol。（3）在煤燃烧过程中常鼓入稍过量的空气以提高固硫率（燃烧残渣中硫元素的质量占燃煤中硫元素总质量的百分比） ，结合反应、分析其原因：_。II. 电化学脱硫技术是一种温和的净化技术，其基本原理为利用阳极反应产生的羟基自由基（OH，氧元素为-1价）将燃煤中的含硫物质氧化除去，其装置示意图如右图所示。（4）将煤打成煤浆加入电解槽的目的是_。（5）阳极的电极反应式为_。（6）补全用羟基自由基除去煤中二硫化亚铁（FeS2）的反应的离子方程式：FeS2+OH=Fe3+SO42-+H2O +_（7）利用上述装置对某含 FeS2的煤样品进行电解脱硫，测得一定时间内随溶液起始 pH 的改
6、变脱硫率（溶于水中的硫元素质量占煤样中硫元素总质量的百分比）的变化如下图所示。pH 大于 1.5 后脱硫率下降的可能原因有：随着 pH 的升高，反应物的氧化性或还原性降低；_。【课前作业参考答案】1、 （1）（2） 该该反应是气体物质的量反应是气体物质的量增大增大的反应，的反应，增大压强平衡逆向移动增大压强平衡逆向移动；图像表明，；图像表明，温度温度一定时，一定时，压强由压强由 p1变为变为 p2，异丁烷的平衡转化率减小，平衡逆，异丁烷的平衡转化率减小，平衡逆向移动，向移动，可知可知 p1p2 28.6（3） ab 温度升高时异丁烯的收率增加的可能原因：催化剂活温度升高时异丁烯的收率增加的可能
7、原因：催化剂活性增加性增加（催化剂活性增加的影响强于选择性降低的影响催化剂活性增加的影响强于选择性降低的影响） ，反应速率加快反应速率加快，平衡正向移平衡正向移动动； 温度继续升高温度继续升高，异丁烯的收率下降的可能原因异丁烯的收率下降的可能原因：催化剂的选择性下降催化剂的选择性下降，发生副反发生副反应的异丁烷的比例增加应的异丁烷的比例增加2.（1）增大（2）-283（3）鼓入稍过量的空气，增大了反应体系中氧气的浓度，使反应平衡正向移动，有利于固硫；同时，氧气浓度增大也会使反应平衡正向移动，降低CO 浓度，增大 CO2浓度，使反应平衡逆向移动， （或其他合理分析）有利于固硫（4）增大接触面积，
8、提高反应速率（或使反应更充分）（5）H2O e-=OH+H+（或 OH- e-=OH）（6）1 FeS2+ 15 OH =1 Fe3+ 2 SO42-+ 7 H2O + 1 _H+_（7）pH 升高，促进 Fe3+水解生成 Fe(OH)3，覆盖在煤浆表面，阻止反应进行【课上学习任务】1.思考工业综合类问题的基本类型和考查角度2.学习工业综合类问题的答题策略3.学习工业综合类问题的化学方法和电化学方法对比。4.学习工业综合类问题的关键词的理解和关联【课后作业】1优化反应条件是研究化学反应的重要方向。优化反应条件是研究化学反应的重要方向。（1）以硫代硫酸钠与硫酸的反应）以硫代硫酸钠与硫酸的反应 N
9、a2S2O3+ H2SO4=Na2SO4+ SO2+ S + H2O 为例，为例，探究外界条件对化学反应速率的影响，实验方案如下表所示。探究外界条件对化学反应速率的影响，实验方案如下表所示。实验实验序号序号Na2S2O3溶液溶液H2SO4溶液溶液蒸馏水蒸馏水温度温度/浓度浓度/(mol/L)体积体积/mL浓度浓度/(mol/L)体积体积/mL体积体积/mLI0.11.50.11.51020II0.12.50.11.59aIII0.1b0.11.5930 表中表中，a 为为，b 为为。 实验表明，实验表明，实验实验 III 的反应的反应速率最快，支持这一结论的实验现象为速率最快，支持这一结论的实
10、验现象为。（2）硫代硫酸钠可硫代硫酸钠可用于用于从含氧化银的矿渣中浸出银，反应从含氧化银的矿渣中浸出银，反应如下如下：Ag2O + 4S2O32-+ H2O2Ag(S2O3)23-+ 2OH-实际生产中实际生产中，为了提高银的浸出率需要调节为了提高银的浸出率需要调节 pH 的范围的范围为为 8.59.5，解释其原因：解释其原因：。（3）工业上常用工业上常用空气催化氧化法空气催化氧化法除去除去电石渣浆（含电石渣浆（含 CaO）上清液）上清液中的中的 S2-，并制取石膏并制取石膏（CaSO42H2O） ，其中的物质转化过程如下图所示。，其中的物质转化过程如下图所示。 过程过程 I、II 中中，起催
11、化剂作用的起催化剂作用的物质物质是是。 过程过程 II 中，反应中，反应的离子方程式的离子方程式为为。 根据根据物质转化过程物质转化过程，若将若将 10 L 上清液中的上清液中的 S2-转化为转化为 SO42-（S2-浓度为浓度为 320 mg/L） ，理论上理论上共共需要需要标准状况标准状况下下的的 O2的体积为的体积为L2页岩气中含有较多的乙烷，可将其转化为更有工业价值的乙烯。（1）二氧化碳氧化乙烷制乙烯。将C2H6和CO2按物质的量之比为11通入反应器中，发生如下反应：C2H6(g)C2H4(g) + H2(g)H1+136.4 kJmol 1CO2(g) + H2(g)CO(g) +
12、H2O(g)H2+41.2 kJmol 1C2H6(g) +CO2(g)C2H4(g) +CO(g) +H2O(g)H3 用H1、H2计算H3_ kJmol 1。反应：C2H6(g)2C(s)+3H2(g)为积碳反应，生成的碳附着在催化剂表面，降低催化剂的活性， 适当通入过量 CO2可以有效缓解积碳， 结合方程式解释其原因：_。二氧化碳氧化乙烷制乙烯的研究热点之一是选择催化剂， 相同反应时间， 不同温度、不同催化剂的数据如下表（均未达到平衡状态） ：实验编号T/催化剂转化率/%选择性/%C2H6CO2C2H4CO650钴盐19.037.617.678.1650铬盐32.123.077.310.
13、460021.212.479.79.355012.08.685.25.4【注】C2H4选择性：转化的乙烷中生成乙烯的百分比。CO 选择性：转化的 CO2中生成 CO 的百分比。对比和，该反应应该选择的催化剂为_，理由是_。实验条件下，铬盐作催化剂时，随温度升高，C2H6的转化率升高，但 C2H4的选择性降低，原因是_。3氢能源是最具有应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。（1）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。反应器中初始反应的生成物为 H2和 CO2，其物质的量之比为 4：1，甲烷和水蒸气反应的方程式是。已知反应器中还存在如下反应：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H
14、2（g）H1CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）H2CH4（g）C（s）+2H2（g）H3为积炭反应，利用H1和H2计算H3时，还需要利用反应的H。反应物投料比采用 n（H2O） ：n（CH4）4：1，大于初始反应的化学计量数之比，目的是（选填字母序号） 。a促进 CH4转化b促进 CO 转化为 CO2c减少积炭生成第二张 ppt用 CaO 可以去除 CO2H2体积分数和 CaO 消耗率随时间变化关系如图所示。从 t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间 CaO 消耗率（填“升高” “降低”或“不变” ） 。此时 CaO 消耗率约为 35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：。【
15、课后作业参考答案】1.（1） 202.5 实验实验 III 中出现中出现浑浊浑浊所需所需时间最短时间最短或或实验实验III 最先（早）出现浑浊最先（早）出现浑浊（2）若若 pH 小于小于 8.5，c(H+)增大增大，H+与与S2O32- 反应使反应使c(S2O32-)减小减小，不利于反应正向进行不利于反应正向进行，浸浸出率下降；出率下降；若若 pH 大于大于 9.5，c(OH -)增大增大，不利于反应正向进行，浸出率下降，不利于反应正向进行，浸出率下降（3） Mn(OH)2 4MnO32-+2S2-+ 9H2O =S2O32-+ 4Mn(OH)2 + 10OH- 4.482 （1）+177.6增大 CO2的量，发生反应 C+CO2=2CO，消耗 C；增大 CO2的量，反应正向进行程度增加，降低了 C2H6的浓度，反应进行的程度减小铬盐相同温度下，铬盐作催化剂时 C2H6的转化率和 C2H4的选择性均较高温度升高，反应、的化学反应速率均增大，反应增大的更多3 （1）CH4+2H2O4H2+CO2C(s)+2H2O(g)= CO2(g)+2H2(g)或 C(s)+ CO2(g)=2CO(g)a b c降低 CaO+ CO2= CaCO3，CaCO3覆盖在 CaO 表面，减少了 CO2与 CaO 的接触面积一定温度
