Question

3．工業(yè)上以黃鐵礦（FeS₂）為原料，采用接觸法生產(chǎn)硫酸的流程圖如下．

（1）黃鐵礦在沸騰爐中反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）為充分利用反應(yīng)放出的熱最，接觸室中應(yīng)安裝熱交換器（填“設(shè)備I”的名稱）．
（3）原料氣在一定條件下通人接觸室中，測(cè)量各截面過程氣體流中各種氣體的物質(zhì)的量的百分含量如下，則該過程中SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為91.7%（精確到0.1）．

截面位置 含量 過程氣體流	1（接觸室人口處）	2	3	4
O2物質(zhì)的量的百分含量	11.0%	10.10%	8.48%	8.48%
SO2物質(zhì)的量的百分含量	6.00%	4.04%	0.51%	0.51%
SO3物質(zhì)的量的百分含量	1.00%	3.03%	6.68%	6.68%
N2物質(zhì)的量的百分含量	81.00%	81.83%	83.31%	83.31%

（4）在吸收塔中將SO₃轉(zhuǎn)化成硫酸，使用98.3%的硫酸從上方噴淋．而不使用水的理由是防止形成酸霧．吸收塔中填充有許多瓷管，其作用是增加SO₃與濃硫酸的接觸面，有利于SO₃的吸收．
（5）尾氣中常含有N₂、O₂、SO₂、微量的SO₃等．為了綜合利用尾氣，可將其通入氨水中，再按一定比例加入碳酸氫銨，降低溫度析出含結(jié)晶水的晶體．已知該結(jié)晶水合物的相對(duì)分子質(zhì)量為134，則其化學(xué)式為（NH₄）₂SO₃•H₂O．
（6）能用于測(cè)定硫酸尾氣中SO₂含量的是BC（填標(biāo)號(hào)）．
A．NaOH溶液、酚酞試液        
B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄
C．碘水、淀粉溶液              
D．氨水、酚酞試液．

Answer 1

分析 （1）黃鐵礦在沸騰爐中氧化生成二氧化硫和氧化鐵；
（2）為了充分利用能量，應(yīng)安裝熱交換器；
（3）設(shè)混合氣體的物質(zhì)的量為100mol，則二氧化硫物質(zhì)的量為6mol，依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知二氧化硫平衡時(shí)的含量為0.51%，設(shè)反應(yīng)中消耗的二氧化硫?yàn)閤，依據(jù)方程式：2SO₂+O_2?2SO₃，氣體的物質(zhì)的量減少0.5xmol，反應(yīng)后的氣體的物質(zhì)的量為100-0.5x，依據(jù)二氧化硫平衡時(shí)的含量為0.51%計(jì)算x，再計(jì)算二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；
（4）在吸收塔中用水吸收三氧化硫，反應(yīng)放熱易形成酸霧阻止對(duì)三氧化硫的吸收；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，吸收塔中填充許多瓷管，增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收；
（5）在尾氣與氨水反應(yīng)所得到的高濃度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氫銨，氨水過量，如果生成NH₄HSO₃，它將與碳酸氫銨反應(yīng)，因?yàn)閬喠蛩岬乃嵝员忍妓釓?qiáng)，依據(jù)強(qiáng)酸制備弱酸規(guī)律，二者反應(yīng)生成亞硫酸銨，結(jié)合其相對(duì)分子質(zhì)量判斷化學(xué)式；
（6）KMnO₄溶液、稀H₂SO₄ 能氧化二氧化硫，且紫色的KMnO₄溶液褪色，碘與二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)，淀粉遇碘顯藍(lán)色，以此來解答．

解答 解：（1）黃鐵礦在沸騰爐中氧化生成二氧化硫和氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）為了充分利用能量，應(yīng)安裝熱交換器；
故答案為：熱交換器；
（3）設(shè)混合氣體的物質(zhì)的量為100mol，則二氧化硫物質(zhì)的量為6mol，依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知二氧化硫平衡時(shí)的含量為0.51%，設(shè)反應(yīng)中消耗的二氧化硫?yàn)閤，依據(jù)方程式：2SO₂+O_2?2SO₃，氣體的物質(zhì)的量減少0.5xmol，反應(yīng)后的氣體的物質(zhì)的量為100-0.5x，依據(jù)二氧化硫平衡時(shí)的含量為0.51%得：$\frac{6-x}{100-0.5x}$=0.0051，解得x=5.5，則二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{5.5mol}{6mol}$×100%=91.7%；
故答案為：91.7%；
（4）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98.3%的硫酸作吸收液，最終得到“發(fā)煙”硫酸；吸收塔中填充許多瓷管，增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收；
故答案為：防止形成酸霧；增加SO₃與濃硫酸的接觸面，有利于SO₃的吸收；
（5）在尾氣與氨水反應(yīng)所得到的高濃度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氫銨，氨水過量，如果生成NH₄HSO₃，它將與碳酸氫銨反應(yīng)，因?yàn)閬喠蛩岬乃嵝员忍妓釓?qiáng)．故該結(jié)晶水合物為（NH₄）₂SO₃帶若干結(jié)晶水，（NH₄）₂SO₃的式量為116．已知該結(jié)晶水合物的相對(duì)分子質(zhì)量為134．
故答案為：（NH₄）₂SO₃•H₂O；
（6）A．二氧化硫、SO₃和酸霧都能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，不能用于測(cè)定，故A不符合；
B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄ 與二氧化硫反應(yīng)的方程式為5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+4H⁺+5SO₄^2-，二氧化硫氣體和高錳酸鉀反應(yīng)，高錳酸鉀溶液紫紅色褪去，故B符合；
C．碘與二氧化硫發(fā)生氧化還原的方程式為：SO₂+I₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI，碘消耗完，淀粉因沒有碘單質(zhì)不再顯藍(lán)色，故C符合；
D．氨水、酚酞試液，氨水和二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸銨，亞硫酸銨和二氧化硫和水又能反應(yīng)生成亞硫酸氫銨，有兩步反應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確測(cè)定尾氣中SO₂含量，故D不符合；
故選：BC．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)制備硫酸，明確工藝流程及設(shè)備作用，熟悉相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．