Question

2．硫酸是工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的產(chǎn)品之一，在化學(xué)工業(yè)的很多領(lǐng)域都要用到濃硫酸．
（1）在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，我國(guó)采用黃鐵礦為原料生產(chǎn)SO₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，該反應(yīng)在沸騰爐（填設(shè)備名稱）中進(jìn)行．
（2）有關(guān)接觸法制硫酸的下列說(shuō)法中，正確的是C．
A．二氧化硫的接觸氧化在合成塔中發(fā)生
B．吸收塔得到的是98.3%的濃硫酸
C．煅燒含硫48%的黃鐵礦時(shí)，若FeS₂損失了2%，則S損失2%
D．接觸室中采取高溫是為了提高催化劑的活性和提高SO₂的轉(zhuǎn)化率
（3）科研工作者開(kāi)發(fā)了制備SO₂，再用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸的方法，裝置如圖：為了穩(wěn)定技術(shù)生產(chǎn)，硫酸的濃度應(yīng)維持不變，則通人的SO₂和水的質(zhì)量比為16﹕29．
（4）實(shí)驗(yàn)測(cè)得SO₂反應(yīng)生成SO₃的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)有關(guān)，請(qǐng)根據(jù)下表信息，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，選擇最合適的生產(chǎn)條件是400℃．1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓．

壓強(qiáng) SO2轉(zhuǎn)化率 溫度	1個(gè)大氣壓	5個(gè)大氣壓	10個(gè)大氣壓	15個(gè)大氣壓
400℃	0.9961	0.9972	0.9984	0.9988
500℃	0.9675	0.9767	0.9852	0.9894
600℃	0.8520	0.8897	0.9276	0.9468

（5）硫酸工廠排放的尾氣中，含少量二氧化硫．為防止污染大氣，在排放前必須進(jìn)行尾氣處理并設(shè)法進(jìn)行綜合利用．硫酸工廠排放尾氣中的SO₂通常用足量石灰水吸收，然后再用稀硫酸處理．
①請(qǐng)寫出這種尾氣處理方法的優(yōu)點(diǎn)（寫出兩點(diǎn)即可）：原料生石灰、硫酸價(jià)格便宜且容易獲得；可得到石膏副產(chǎn)品；產(chǎn)生的SO₂含量較高可再利用作為原料
②若某硫酸廠每天排放的1萬(wàn)立方米（標(biāo)準(zhǔn)狀況）尾氣中含0.2%（體積分?jǐn)?shù)）的SO₂，通過(guò)上述方法處理，理論上需生石灰50kg．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)制硫酸是在沸騰爐中燃燒黃鐵礦，煅燒時(shí)與O₂反應(yīng)生成Fe₂O₃和SO₂；
（2）接觸法制硫酸的過(guò)程中，接觸室內(nèi)為提高SO₂的轉(zhuǎn)化率通常會(huì)增加氧氣的量，吸收塔內(nèi)是用98.3%的濃硫酸吸收SO₃得到發(fā)煙硫酸，結(jié)合原子利用率可知黃鐵礦的損失與S的損失率等同，SO₂的催化氧化是放熱反應(yīng)，升高溫度可以提高反應(yīng)速率，但平衡左移，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低；
（3）利用原電池原理制硫酸溶液，通O₂的極為正極，電極反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，通SO₂的極為了負(fù)極，電極反應(yīng)為2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺，結(jié)合正負(fù)極得失電子是相等的，即得原電池反應(yīng)：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，根據(jù)稀硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是50%，假設(shè)溶液里硫酸的質(zhì)量為98g，據(jù)此可計(jì)算出通入SO₂的質(zhì)量和水的質(zhì)量比；
（4）接觸室發(fā)生的反應(yīng)為2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g）△H＜0，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，從圖表中可以看出，恒溫時(shí)增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，但反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率變化幅度不大，但壓強(qiáng)的增大消耗能源及對(duì)設(shè)備的要求也高，故不易高壓，綜合考慮可選擇適宜溫度和壓強(qiáng)；
（5）①尾氣中的二氧化硫是酸雨的主要來(lái)源和重要的化工原料，隨意排放既污染大氣，也是一種資源浪費(fèi)，故對(duì)尾氣要凈化回收，選擇處理方法時(shí)可以從原料的成本和資源等方面考慮；
②結(jié)合關(guān)系式關(guān)系式CaO～Ca（OH）₂～SO₂～CaSO₃計(jì)算．

解答 解：（1）黃鐵礦的主要成分為FeS₂，煅燒時(shí)與O₂反應(yīng)生成Fe₂O₃和SO₂，化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；黃鐵礦煅燒的設(shè)備是沸騰爐；
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；沸騰爐；
（2）A、SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃在接觸室中進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；
B、吸收塔是利用98.3%的濃硫酸吸收SO₃得到的是發(fā)煙硫酸，故B錯(cuò)誤；
C、煅燒黃鐵礦的過(guò)程是化學(xué)變化，遵守原子守恒，黃鐵礦和S的利用率相等，若黃鐵礦損失了2%，則S損失2%，故C正確；
D、接觸室中采取高溫是為了提高催化劑的活性，沒(méi)有提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，原因此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率反而會(huì)降低，故D錯(cuò)誤；
故選C；
（3）利用原電池氧化SO₂制硫酸的總反應(yīng)式：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，根據(jù)稀硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是50%，假設(shè)溶液里硫酸的質(zhì)量為98g，溶液里水的質(zhì)量也為98g，生成的硫酸的物質(zhì)的量為$\frac{98g}{98g/mol}$=1mol，結(jié)合原電池反應(yīng)式可知參加反應(yīng)的SO₂和H₂O的物質(zhì)的量也為1mol，則SO₂的質(zhì)量為1mol×64g/mol=64g，水的質(zhì)量為1mol×18g/mol=18g，通入通入SO₂的質(zhì)量和水的質(zhì)量比為$\frac{98g}{18g+98g}$=16﹕29；
故答案為：16﹕29；
（4）因?yàn)镾O₂與O₂的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度高，平衡逆向移動(dòng)，所以選擇的溫度為400℃，而1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不大，但會(huì)增加生產(chǎn)成本，所以選擇1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
故答案為：400℃，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
（5）①通常用足量石灰水吸收尾氣中的SO₂生成CaSO₃，然后再用稀硫酸處理CaSO₃得到純凈的SO₂和CaSO₄，SO₂可重新用來(lái)制硫酸，CaSO₄制石膏，達(dá)到變廢為寶的目的，另一方面制石灰水的生石灰成本也低，資源也豐富；
故答案為：原料生石灰、硫酸價(jià)格便宜且容易獲得；可得到石膏副產(chǎn)品；產(chǎn)生的SO₂含量較高可再利用作為原料；
②若某硫酸廠每天排放的1萬(wàn)立方米（標(biāo)準(zhǔn)狀況）尾氣中含0.2%（體積分?jǐn)?shù)）的SO₂，則n（SO₂）=$\frac{10000×0.2%×1{0}^{3}L}{22.4L/mol}$=893mol，由關(guān)系式CaO～Ca（OH）₂～SO₂～CaSO₃可知，需要893molCaO，質(zhì)量為893mol×56g/mol=50000g=50kg；
故答案為：50．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)制硫酸的生成過(guò)程和反應(yīng)特征，二氧化硫的催化氧化反應(yīng)的條件選擇，尾氣吸收的方法判斷，二氧化硫接觸室催化氧化反應(yīng)的平衡移動(dòng)，題目難度中等．