Question

工業(yè)上常用硫磺礦或黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸，我國(guó)主要以黃鐵礦為主，下面是用黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖：
（1）寫出沸騰爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：

 

（2）將進(jìn)入接觸室的氣體凈化處理的目的是：

 

（3）二氧化硫氧化生成三氧化硫是一個(gè)放熱反應(yīng)，為了綜合考慮反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，同時(shí)充分利用反應(yīng)放出的熱量，接觸室進(jìn)行了巧妙的設(shè)計(jì)，試根據(jù)圖示簡(jiǎn)述其工作原理：

 

（4）依據(jù)工藝流程圖判斷下列說(shuō)法正確的是（選填序號(hào)字母）

 

．
a．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎
b．過(guò)量空氣能提高SO2的轉(zhuǎn)化率
c．使用催化劑能提高SO2的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率
d．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵
（5）吸收塔中不用水吸收三氧化硫的原因是

 

．在某次生產(chǎn)硫酸的過(guò)程中，共使用了98.3%硫酸15t，獲得“供稀釋用硫酸”（發(fā)煙硫酸）29.2t，通過(guò)計(jì)算確定該發(fā)煙硫酸的化學(xué)式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：工業(yè)制取硫酸

專題：化學(xué)平衡專題,元素及其化合物

分析：（1）燃燒黃鐵礦反應(yīng)生成氧化鐵和二氧化硫，再根據(jù)化合價(jià)升降法配平方程式；
（2）接觸室中凈化氣體可以防止催化劑中毒；
（3）從充分利用熱量考慮；
（4）第一步：SO₂的制取．主要原料是黃鐵礦和空氣，在高溫下煅燒，使硫元素轉(zhuǎn)變成SO₂氣體，反應(yīng)方程式為
4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂，設(shè)備為沸騰爐．黃鐵礦需要粉碎，以增大和空氣的接觸面；
第二步：SO₃的制�。畯姆序v爐中出來(lái)的氣體需經(jīng)過(guò)凈化、除塵，進(jìn)入接觸室在催化劑作用下SO₂和O₂反應(yīng)生成SO₃，設(shè)備為接觸室．同時(shí)涉及熱量的交換、催化劑的作用、平衡的移動(dòng)等問(wèn)題；
第三步：硫酸的生成．從接觸室中出來(lái)的氣體進(jìn)入吸收塔，為避免酸霧形成需用濃H₂SO₄吸收；
（5）兩種尾氣處理方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)．

解答： 解：（1）燃燒黃鐵礦反應(yīng)，反應(yīng)物為FeS₂和O₂，生成物為Fe₂O₃和SO₂，根據(jù)化合價(jià)升降法配平，
FeS₂+O₂--Fe₂O₃+SO₂ ，F(xiàn)eS₂中Fe為+2價(jià)，S為-1價(jià)，O₂中O為0價(jià)，F(xiàn)e₂O₃中Fe為+3價(jià)、O為-2價(jià)，SO₂中S為+4價(jià)、O為-2價(jià)，
FeS₂中：鐵元素上升1價(jià)，硫元素上升5價(jià)×2，則總共上升11價(jià)，
O₂中：氧元素降低2價(jià)×2，則總共降低4價(jià)．所以FeS₂前計(jì)量數(shù)為4，O₂前計(jì)量數(shù)為11，再根據(jù)原子守恒，配出Fe₂O₃前計(jì)量數(shù)為2，SO₂前計(jì)量數(shù)為8，
則方程式為4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）接觸室中凈化氣體可以防止催化劑中毒；故答案為：防止混合氣體中的灰塵、水蒸氣等在接觸室中導(dǎo)致催化劑中毒；
（3）為了綜合考慮反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，同時(shí)充分利用反應(yīng)放出的熱量，接觸室進(jìn)行了巧妙的設(shè)計(jì)，如圖所示，外界的混合氣體通過(guò)一組小管道橫穿經(jīng)過(guò)接觸室中部，從另一側(cè)導(dǎo)出．二氧化硫和氧氣的混合氣體在上方催化劑處發(fā)生反應(yīng)，溫度上升，往下移動(dòng)時(shí)，將管道中的混合氣體加熱，使管道中的氣體達(dá)到反應(yīng)所需溫度；同時(shí)本身的溫度降低，遇到下方的催化劑時(shí)會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率；
故答案為：如圖所示，外界的混合氣體通過(guò)一組小管道橫穿經(jīng)過(guò)接觸室中部，從另一側(cè)導(dǎo)出．二氧化硫和氧氣的混合氣體在上方催化劑處發(fā)生反應(yīng)，溫度上升，往下移動(dòng)時(shí)，將管道中的混合氣體加熱，使管道中的氣體達(dá)到反應(yīng)所需溫度；同時(shí)本身的溫度降低，遇到下方的催化劑時(shí)會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率；
（4）a、在沸騰爐中，原料黃鐵礦是固體、空氣是氣體，為了加快反應(yīng)速率，所以要將黃鐵礦粉碎，增大接觸面，提高反應(yīng)速率，故a正確；
b、轉(zhuǎn)化率=已轉(zhuǎn)化的原料的量/原料的總量×100%，接觸室中反應(yīng)2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃，為可逆反應(yīng)，采用空氣過(guò)量目的是增大氧氣濃度，促使平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致SO₂更多的轉(zhuǎn)化成SO₃，所以SO₂轉(zhuǎn)化率提高，故b正確；
c、催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能影響轉(zhuǎn)化率，故c不正確；
d、沸騰爐排出的礦渣中主要成分為Fe₂O₃，可作為煉鐵原料，故d正確；
故答案為：abd；
（5）吸收塔中SO₃如果用水吸收，發(fā)生反應(yīng)：SO₃+H₂O═H₂SO₄，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放出的熱量易導(dǎo)致酸霧形成，阻隔在三氧化硫和水之間，阻礙水對(duì)三氧化硫的吸收；而濃硫酸的沸點(diǎn)高，難以氣化，不會(huì)形成酸霧，同時(shí)三氧化硫易溶于濃硫酸，所以工業(yè)上從吸收塔頂部噴灑濃硫酸作吸收液，最終得到“發(fā)煙”硫酸，H₂SO₄→H₂SO₄?xSO₃
    98       98+80x
  98.3%15t    29.2t   解之得x=1；
故答案為：用水吸收三氧化硫易形成酸霧，吸收速度慢，不利于吸收 H₂SO₄?SO₃．

點(diǎn)評(píng)：本題考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，同時(shí)涉及到反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)的熱效應(yīng)、工業(yè)尾氣的處理等內(nèi)容，具有一定的綜合性，需要一定的知識(shí)遷移能力，難度中等．化學(xué)方程式的反應(yīng)條件容易忽略．