2016年化工工程师辅导:物料能量平衡试题(2)

　　1-3 硫酸铝可由含Al2O3的混合物与H2SO4反应制得。反应方程如下：

　　Al2O3混合物中含杂质44.6%(质量百分数，下同)，原料硫酸为80% H2SO4，其余为H2O。应用1100kg Al2O3，2510kg 80% H2SO4。则过量的一种原料的转化率是( )。假定Al2O3全部转化。

　　A.70.42%

　　B.87.4%

　　C.69.96%

　　D.29.13%

　　答案：1-3 B

　　B.答案正确。

　　按反应方程式和已知条件计算如下：

　　Al2O3相对分子质量为102，Al2(SO4)3相对分子质量为342，H2SO4相对分子质量为98。

　　加入硫酸量(80%)为2510kg，含纯H2SO4量为

　　2510×0.8=2008 kg=20.49kmol

　　加入原料Al2O3混合物1100kg，含纯Al2O3为

　　1100×0.554=609.4 kg=5.97kmol

　　参加反应的H2SO4量应为5.97×3=17.91kmol

　　在反应系统中H2SO4过量，过量20.49-17.91=2.58kmol

　　H2SO4转化率为

　　A.答案错误。将Al2O3原料中杂质含量44.6%看成Al2O3含量，则参加反应的Al2O3的量为1100×0.446=490.6 kg=4.81kmol

　　需要H2SO4量为4.81×3=14.43kmol

　　H2SO4过量为20.49-14.43=6.06kmol

　　H2SO4的转化率为

　　C.答案错误。将原料80%的硫酸看作是纯H2SO4计算，即2510 kg的纯H2SO4为25.6 kmol

　　硫酸的转化率为：

　　D.答案错误。计算中没有注意反应方程式中各化合物的系数平衡关系，即每一个摩尔的Al2O3反应需要3个摩尔的H2SO4。而做题时，用每一个摩尔的Al2O3反应需要的是1个摩尔的H2SO4。即5.97kmol Al2O3反应需要5.97 kmolH2SO4，则H2SO4转化率为

　　1-4 在利用硫化矿提炼锌时，硫酸是副产物。该矿中含ZnS 65%(质量百分数，下同)，其他35%为惰性物质。生产过程如下反应方程所示，最后可以得到98%的硫酸，硫的回收率为99%，每天处理硫化矿186t。

　　反应方程式为

　　则每天需要水的量是( )。

　　A.24.67 t

　　B.22.2 t

　　C.2.47 t

　　D.24.92 t

　　答案：1-4 A

　　A.答案正确。

　　根据反应方程式可知当1摩尔的ZnS反应时，就可以产生1摩尔的H2SO4即可以产生98%的H2SO4 100 g。

　　根据题意硫的回收率为99%，再进行计算。

　　(1)每天处理186 t矿石，则内含ZnS量为

　　186×1000×0.65=120900 kg

　　实际反应能得到硫酸的ZnS量为120900×0.99=119691 kg

　　119691 kg ZnS为1233.9kmol，即可生成1233.9 kmol H2SO4，质量为120922.2kg，可以得到 98%的硫酸

　　(2)用水量计算：吸收SO3形成H2SO4用水量为1233.9×18=22.2 t，形成98% H2SO4用水量为123390.0-120 922.2=2.47 t

　　每天消耗水量为22.2+2.47=24.67 t

　　B.答案错误：将生成的H2SO4的摩尔数看作所需要的水的摩尔数，即1233.9×18=22.2 t，没有计算形成98%硫酸时需要水量。

　　C.答案错误：计算时没有考虑吸收SO3形成100%H2SO4时消耗水量，即只计算形成98%时的水量为123390.0-120922.2=2.47 t。

　　D.答案错误：计算过程中没有考虑题中给的硫的回收率为99%，即每天处理186 t ZnS。含ZnS为186×1000×0.65=120900 kg。ZnS摩尔数为1246.4 kmol，则需要水量为1246.4×18=22.43 t和2.49之和即24.920 t。