Question

工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如圖所示，請(qǐng)回答下列有關(guān)問(wèn)題：

（1）早期造氣時(shí)用黃鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料，同時(shí)生成一種紅棕色固體，此反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

；但現(xiàn)在工廠生產(chǎn)硫酸用硫磺為原料，其原因是

 

．
（2）已知298K時(shí)，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-197kJ?mol^-1，在相同溫度下，向固定體積的密閉容器中通入2mol SO₂和1mol O₂，達(dá)到平衡時(shí)放出熱量Q₁；向另一個(gè)相同體積的密閉容器中通入1mol SO₂和0.5mol O₂，達(dá)到平衡時(shí)放出熱量為Q₂．則下列關(guān)系中正確的是

 

（填編號(hào)）．
A． Q₂＞

Q1

2

   B．Q₂=

Q1

2

   C．Q₂＜Q₁＜197kJ    D．Q₂=Q₁=197kJ
（3）下列描述能說(shuō)明上述（2）中反應(yīng)已達(dá)到平衡的是

 

（填編號(hào)）．
A．v_E（O₂）=2v_逆（SO₃）
B．容器內(nèi)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化
C．容器內(nèi)氣體的密度不隨時(shí)間而變化
D．容器內(nèi)氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化
（4）某溫度下，在容積為VL的容器中加入2n mol SO₂和 n mol O₂，反應(yīng)10min達(dá)平衡時(shí)O₂的轉(zhuǎn)化率為a．若此溫度下（2）中反應(yīng)的平衡常數(shù)為K，則K=

 

 （用含V、n、a代數(shù)式表示，下同），用SO₂表示的平均反應(yīng)速率為

 

．
（5）精制爐氣（含SO₂的體積分?jǐn)?shù)為7%、O₂為11%、N₂為82%）中SO₂平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)關(guān)系如圖所示．在實(shí)際生產(chǎn)中，SO₂催化氧化反應(yīng)的條件選擇0.1MPa、450℃左右（對(duì)應(yīng)圖中A點(diǎn)），而沒(méi)有選擇SO₂轉(zhuǎn)化率更高的B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：工業(yè)制取硫酸,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)平衡專題,氧族元素

分析：原料氣SO₂經(jīng)凈化干燥，在催化反應(yīng)室，被氧氣氧化生成SO₃，在吸收塔98.3%硫酸吸收SO₃生成發(fā)煙硫酸，經(jīng)稀釋生成硫酸進(jìn)入儲(chǔ)存室．
根據(jù)題干條件結(jié)合工業(yè)制硫酸的步驟和原理進(jìn)行分析判斷和計(jì)算；
（1）主要是掌握硫鐵礦的成分和化學(xué)式的書寫；
（2）根據(jù)可逆反應(yīng)分析熱量變化；
（3）從速率和化學(xué)平衡角度分析平衡狀態(tài)；
（4）根據(jù)三段式分析平衡常數(shù)表達(dá)式及反應(yīng)速率；
（5）根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備的影響分析；

解答： 解：原料氣SO₂經(jīng)凈化干燥，在催化反應(yīng)室，被氧氣氧化生成SO₃，在吸收塔98.3%硫酸吸收SO₃生成發(fā)煙硫酸，經(jīng)稀釋生成硫酸進(jìn)入儲(chǔ)存室．
（1）黃鐵礦主要含有FeS₂，利用FeS₂和氧氣反應(yīng)制取二氧化硫氣體；缺點(diǎn)是黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高；
故答案為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂；黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高；
（2）因?yàn)槭强赡娣磻?yīng)，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-197kJ?mol^-1，在相同溫度下，向固定體積的密閉容器中通入2mol SO₂和1mol O₂，放出的熱量Q₁小于197kJ；1mol SO₂和0.5mol O₂，達(dá)到平衡時(shí)放出熱量為Q₂小于Q₁；
故答案為：C；
（3）A．2v_E（O₂）=v_逆（SO₃），才能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，A錯(cuò)誤；
B．容器內(nèi)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量一直增大，當(dāng)不隨時(shí)間而變化，反應(yīng)達(dá)到平衡，B正確；
C．容器內(nèi)氣體的密度自始至終不隨時(shí)間而變化，不能判斷反應(yīng)是否平衡，C錯(cuò)誤；
D．容器內(nèi)氣體的分子總數(shù)逐漸減小，當(dāng)不隨時(shí)間而變化，反應(yīng)達(dá)到平衡，D正確
故選BD；
（4）根據(jù)題意：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
 初始（mol）   2n       n         0
轉(zhuǎn)化（mol）    2na      na        2na
平衡（mol）   2n-2na    n-na      2na
此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=

( 2na V )2

( 2n-2na V )2( n-na V )

=

a2V

n(1-a)3

；
用SO₂表示的平均反應(yīng)速率V（SO₂）=

2namol

VL?10min

=

na

5V

mol?L^-1?min^-1；
故答案為：

a2V

n(1-a)3

；

na

5V

mol?L^-1?min^-1；
（5）在實(shí)際生產(chǎn)中，SO₂催化氧化反應(yīng)的條件選擇0.1MPa、450℃左右（對(duì)應(yīng)圖中A點(diǎn)），而沒(méi)有選擇SO₂轉(zhuǎn)化率更高、壓強(qiáng)更高的B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件，因?yàn)閴簭?qiáng)越大對(duì)設(shè)備的投資越大，但再提高壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高很小，得不償失；
故答案為：因?yàn)閴簭?qiáng)越大對(duì)設(shè)備的投資越大，但再提高壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高很小．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了工業(yè)制硫酸的原理、原料的成分和含量計(jì)算、工藝流程中的主要問(wèn)題問(wèn)題，重點(diǎn)考查了化學(xué)平衡的影響因素、平衡計(jì)算等知識(shí)．