無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)工三級(jí)(高級(jí)工)題庫(kù)及答案一、化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)與熱力學(xué)1.單選題(1)在298K、標(biāo)準(zhǔn)壓力下，下列反應(yīng)中ΔrGθ值最小的是A.CaCO?(s)→CaO(s)+CO?(g)B.N?(g)+3H?(g)→2NH?(g)C.2H?(g)+O?(g)→2H?O(l)D.C(s)+O?(g)→CO?(g)答案：D解析：ΔrGθ=ΔrHθ?TΔrSθ。D為強(qiáng)放熱且熵減極小，ΔrGθ負(fù)值最大，故最小。(2)對(duì)反應(yīng)2SO?(g)+O?(g)?2SO?(g)ΔH<0，工業(yè)上采用“冷激”措施的目的是A.提高平衡常數(shù)KθB.降低活化能C.抑制副反應(yīng)D.使平衡右移同時(shí)控制熱點(diǎn)答案：D解析：冷激即分段冷卻，可移除放熱反應(yīng)熱量，使溫度沿床層下降，平衡右移且避免催化劑燒結(jié)。2.多選題(3)下列操作能提高合成氨反應(yīng)N?+3H??2NH?平衡產(chǎn)率的是A.升高溫度B.增大總壓C.移走NH?D.加入惰性氣體Ar并保持總壓不變答案：B、C解析：勒夏特列原理，高壓、減產(chǎn)物有利；升溫雖加快動(dòng)力學(xué)但使平衡左移；恒壓加惰氣等效于稀釋，不利。3.判斷題(4)對(duì)于放熱反應(yīng)，升高溫度一定降低平衡轉(zhuǎn)化率。答案：正確解析：范特霍夫方程dlnK/dT=ΔH/RT2，ΔH<0則K隨T升高而減小。4.計(jì)算題(5)已知反應(yīng)CaO(s)+CO?(g)?CaCO?(s)在1000K時(shí)Kp=0.05atm?1。若窯氣含CO?18%（體積分?jǐn)?shù)），總壓1.2atm，判斷石灰石能否分解。答案：Jp=(pCO?)?1=(0.18×1.2)?1=4.63atm?1∵Jp>Kp，∴反應(yīng)逆向進(jìn)行，CaCO?可分解。解析：比較反應(yīng)商與平衡常數(shù)即可判斷方向。二、無(wú)機(jī)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與催化1.單選題(6)硫酸工業(yè)中，V?O?催化SO?氧化屬A.均相酸催化B.非均相氧化還原催化C.酶催化D.光催化答案：B(7)某氣固催化反應(yīng)服從LangmuirHinshelwood機(jī)理，若反應(yīng)物A吸附很弱，產(chǎn)物B吸附很強(qiáng)，則速率隨A分壓升高將A.線性上升B.趨于平臺(tái)C.先升后降D.先降后升答案：C解析：強(qiáng)吸附產(chǎn)物占據(jù)活性位，高PA時(shí)抑制顯著，出現(xiàn)極大值。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題(8)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定釩催化劑上SO?氧化反應(yīng)的表觀活化能，要求：①寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟；②給出數(shù)據(jù)處理式；③指出關(guān)鍵控制點(diǎn)。答案：①步驟：a.固定催化劑質(zhì)量、粒度，裝填于等溫微反器；b.配制SO?/O?/N?混合氣，控制SO?8%、O?11%；c.在470–570K區(qū)間選5個(gè)溫度點(diǎn)，每點(diǎn)測(cè)轉(zhuǎn)化率x<15%；d.用微分反應(yīng)器公式r=F·x/W計(jì)算速率。②數(shù)據(jù)處理：取lnr對(duì)1/T作圖，斜率=?Ea/R，求Ea。③關(guān)鍵：消除外擴(kuò)散（提高線速>臨界值）、內(nèi)擴(kuò)散（dp<0.3mm）、確保恒溫（±0.5K）。3.計(jì)算題(9)某反應(yīng)A→B在300K時(shí)k?=2.0×10?3s?1，活化能Ea=50kJmol?1。求320K時(shí)半衰期。答案：k?=k?exp[?Ea/R(1/T??1/T?)]=2.0×10?3exp[?50000/8.314(1/320?1/300)]=1.18×10?2s?1t?=ln2/k?=58.7s解析：阿倫尼烏斯公式直接應(yīng)用。三、典型無(wú)機(jī)化工單元反應(yīng)1.接觸法制硫酸(10)單選題轉(zhuǎn)化器一段出口溫度?？刂圃?10–630℃，其主要原因是A.防止V?O?升華B.避免Fe?O?剝落C.抑制SO?水解D.保持催化劑活性并兼顧平衡答案：D(11)計(jì)算題某硫酸廠進(jìn)氣組成SO?10%、O?11%、N?79%，通過(guò)一轉(zhuǎn)一吸流程，總轉(zhuǎn)化率99.5%。若尾氣SO?≤400mgm?3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），求所需吸收塔吸收率。答案：設(shè)煙氣流量1m3，含SO?0.1m3=0.1/22.4=4.46mol出口SO?=400×10?3g/64gmol?1=6.25×10?3mol吸收率η=(4.46?6.25×10?3)/4.46=99.86%解析：先算初始摩爾數(shù)，再算允許排放摩爾數(shù)。2.氨堿法制純堿(12)多選題氨堿法中提高NaCl利用率的措施有A.預(yù)熱精鹽水至70℃B.塔中部通CO?濃度較低窯氣C.回收母液中的NH?ClD.采用逆料流程答案：A、C、D(13)簡(jiǎn)答題寫(xiě)出氨鹽水碳酸化主反應(yīng)與副反應(yīng)，并說(shuō)明如何抑制副反應(yīng)。答案：主：NaCl+NH?+CO?+H?O→NaHCO?↓+NH?Cl副：2NH?HCO?→(NH?)?CO?+CO?↑+H?O(NH?)?CO?+2NaCl→2NH?Cl+Na?CO?抑制：控制碳酸化溫度38–40℃、CO?分壓≤0.35atm、縮短停留時(shí)間<30min，減少(NH?)?CO?生成。3.氯堿工業(yè)(14)判斷題離子膜法電解食鹽水時(shí)，陽(yáng)極液pH低于陰極液。答案：正確解析：陽(yáng)極生成Cl?溶于水生成HCl，陰極生成OH?。(15)計(jì)算題某離子膜電解槽電流效率96%，電流100kA，日產(chǎn)NaOH3.36t。求理論產(chǎn)量并驗(yàn)證電流效率。答案：理論m=ItM/(nF)=100000×24×3600×40/(1×96485)=3.57t效率=3.36/3.57=94.1%≈96%（誤差源于四舍五入）解析：法拉第定律直接計(jì)算。四、反應(yīng)器類型與工業(yè)放大1.單選題(16)對(duì)氣固放熱反應(yīng)，工業(yè)上優(yōu)先選用A.絕熱固定床B.列管式固定床C.流化床D.鼓泡塔答案：B(17)多選題與固定床相比，流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)有A.溫度均勻B.催化劑可在線再生C.壓降低D.返混小答案：A、B2.設(shè)計(jì)題(18)某廠擬將年產(chǎn)5萬(wàn)噸SO?的實(shí)驗(yàn)室固定床反應(yīng)器放大，要求：①給出放大準(zhǔn)則；②列出需校核的相似數(shù)群；③指出最易失效的環(huán)節(jié)。答案：①保持相同接觸時(shí)間τ=εL/u、相同催化劑粒徑dp、相同T與P；②Re=ρudp/μ，Da=τk，Pe=uL/Dax，Pr=Cpμ/λ；③最易失效：熱點(diǎn)溫度失控，因管徑放大后λeff下降，徑向傳熱變差。3.計(jì)算題(19)某一級(jí)不可逆反應(yīng)A→B，在實(shí)驗(yàn)室管徑2cm、L=50cm、u=0.2ms?1時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)90%。若工業(yè)管徑20cm、保持同一催化劑與溫度，求所需床高。答案：k=?ln(1?x)/τ=?ln0.1/(0.5/0.2)=0.921s?1工業(yè)τ=?ln0.1/k=2.5sL=uτ=0.2×2.5=0.5m解析：一級(jí)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率僅與kτ有關(guān)，與管徑無(wú)關(guān)，故床高不變。五、分離與純化技術(shù)1.單選題(20)濃硫酸吸收SO?采用98.5%H?SO?而非100%，原因是A.降低黏度B.避免SO?自聚合C.提高SO?分壓D.抑制酸霧生成答案：D(21)多選題氨鹽水碳酸化后分離NaHCO?晶體的操作參數(shù)有A.降溫至28℃B.停留時(shí)間>2hC.攪拌強(qiáng)度3Wkg?1D.添加0.5%晶種答案：A、C、D2.計(jì)算題(22)用30%（wt）Na?CO?溶液蒸發(fā)濃縮至50%，進(jìn)料1000kgh?1，求水分蒸發(fā)量。答案：干鹽守恒：0.3×1000=0.5×(1000?W)W=400kgh?1解析：物料衡算即可。3.簡(jiǎn)答題(23)簡(jiǎn)述離子膜法淡鹽水脫氯的兩種工業(yè)方法并比較能耗。答案：①真空脫氯：在60℃、?0.07MPa下閃蒸，脫氯率90%，電耗≈5kWht?1NaOH；②空氣吹脫：80℃、氣液比30，脫氯率95%，電耗≈2kWht?1，但需后續(xù)化學(xué)脫氯（Na?SO?）達(dá)標(biāo)。比較：空氣法能耗低但流程長(zhǎng)，真空法設(shè)備少但電耗高。六、安全、環(huán)保與節(jié)能1.單選題(24)硫酸裝置尾氣SO?超標(biāo)，最先應(yīng)檢查A.催化劑層是否塌陷B.吸收塔酸溫C.干燥塔酸濃度D.鍋爐汽包液位答案：A(25)判斷題氯堿廠設(shè)置正壓通風(fēng)是為了防止氯氣泄漏到配電室。答案：錯(cuò)誤解析：應(yīng)為負(fù)壓通風(fēng)，使氯氣不向電氣區(qū)域擴(kuò)散。2.案例分析題(26)某廠氨罐區(qū)發(fā)生輕微泄漏，氨濃度達(dá)25ppm，給出應(yīng)急處理四步法。答案：①隔離：立即關(guān)閉最近兩道閥門(mén)，啟動(dòng)噴淋水幕；②稀釋：開(kāi)啟防爆風(fēng)機(jī)，形成負(fù)壓，防止擴(kuò)散；③中和：用稀磷酸霧噴淋，降低pH<7；④監(jiān)測(cè)：便攜儀跟蹤下風(fēng)向100m，濃度<5ppm方可撤警。3.計(jì)算題(27)若硫酸廠采用低溫余熱發(fā)電，把280℃、流量50th?1的SO?爐氣降溫至180℃，求可回收熱量及發(fā)電功率（效率18%）。答案：Q=mCpΔT=50000×1.05×(280?180)=5.25×10?kJh?1=1.46×10?WP=0.18×1.46×10?=2.63×10?W=263MW解析：取SO?氣Cp≈1.05kJkg?1K?1。七、綜合應(yīng)用與故障診斷1.論述題(28)某流化床合成氨裝置運(yùn)行兩年后，催化劑粒徑由0.45mm降至0.25mm，床層壓降由12kPa升至22kPa，塔頂帶出細(xì)粉增加，給出三條根本原因及對(duì)應(yīng)解決措施。答案：原因1：旋風(fēng)分離器效率下降，催化劑被氣流夾帶磨損；措施：更換耐磨襯里，提高入口速度至18ms?1。原因2：原料氣含硫超標(biāo)，生成(NH?)?S使顆粒脆化；措施：精脫硫槽后增加ZnO精脫硫劑，控制總硫<0.1ppm。原因3：流化速度過(guò)高，超過(guò)終端速度；措施：降低表觀氣速至0.35ms?1，增設(shè)二次風(fēng)噴嘴。2.故障診斷題(29)某氯堿裝置陰極液NaOH濃度突然由32%降至29%，電流、流量穩(wěn)定，分析可能原因并給出驗(yàn)證方法。答案：可能原因：離子膜出現(xiàn)針孔，陽(yáng)極液Na?泄漏到陰極，稀釋NaOH。驗(yàn)證：①測(cè)陰極液NaCl含量，若>50ppm則確認(rèn)；②用氦質(zhì)譜儀對(duì)膜做泄漏點(diǎn)掃描；③停機(jī)后做膜片染料滲透試驗(yàn)。3.綜合計(jì)算題(30)某廠用石膏濕法脫硫，入