Question

6．硫酸的年產量高低常用于衡量一個國家化工生產水平的高低．
（1）以黃鐵礦為原料生產SO₂時反應的化學方程式為：4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，該反應在沸騰爐中進行（填設備名稱）；
（2）某科研小組測得某硫酸工廠生產工廠中SO₂的平衡轉化率與外部條件的關系如下表所示，則生產過程中，最適合的生產條件是1個大氣壓、400℃；

壓強    （Pa）       溫度  （℃）	1.013×105	5.065×105	10.13×105	15.195×105
400	99.61%	99.72%	99.84%	99.88×105
500	96.75%	97.67%	98.52%	98.94%
600	85.20%	88.97%	92.76%	94.68%

（3）接觸室內有一熱交換器，其作用是預熱原料氣，吸收反應放出的熱量，若將從C處（如圖）出來的氣體通入BaCl₂溶液中，則主要負電離子方程式為（寫總反應式）SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺；
（4）下列做法中，與提高硫酸工業(yè)的經濟效益無關的是d；
a．適當地對黃鐵礦進行粉碎
b．在接觸室中使用適當過量的O₂
c．利用生產中的余熱發(fā)電或供暖
d．對廢水進行無害化處理后再排放
（5）硫酸工業(yè)會產生許多對環(huán)境有害的物質，因此無論是工廠廠址的選擇還是生產過程中有害成分的處理都要充分考慮環(huán)保的要求；
①某市計劃建一個硫酸工廠，廠址有A、B、C三個地方可供選擇，假設最終該廠建在B地，你認為選擇B地建廠的理由是（至少回答兩點）B地遠離硫酸的消耗中心、B地遠離人品稠密的地方；
②將尾氣中SO₂在一定條件下轉化為CaSO₄，然后利用焦炭將其轉化為CaS（另有一種可燃性氣體生成）具有重要的意義，寫出CaSO₄轉化為CaS的化學方程式CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO；
（6）若用等質量的硫磺，F(xiàn)eS₂生產硫酸，假設原料的總利用率均為90%，則二者得到的硫酸質量比為15：8．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)制硫酸是在沸騰爐中燃燒黃鐵礦，黃鐵礦的主要成分是FeS₂，在氧氣中燃燒得到SO₂和Fe₂O₃；
（2）接觸室發(fā)生的反應為2SO₂（g）+O₂（g）?△2SO₃（g）△H＜0，升高溫度平衡逆向移動，反應物的轉化率降低，從圖表中可以看出，恒溫時增大壓強平衡正向移動，但反應物的轉化率變化幅度不大，但壓強的增大消耗能源及對設備的要求也高，故不易高壓，綜合考慮可選擇適宜溫度和壓強；
（3）接觸室發(fā)生的反應為2SO₂（g）+O₂（g）?△2SO₃（g）△H＜0，反應放出的熱量會使容器內溫度升高，促進平衡逆向移動，不易提高反應的轉化率，故通過熱交換器對反應降溫，轉移能量給反應物加熱；從C處排出的尾氣主要含有SO₂和SO₃，其中SO₃能和BaCl₂溶液反應生成白色沉淀，SO₂不能與反應，原因是弱酸不能制強酸；
（4）礦石粉碎后有利于硫元素盡可能多轉化為SO₂及提高反應速率，a正確；氧氣過量可提高SO₂的轉化率，b正確；余熱發(fā)電或供暖可“變廢為寶”，c正確；廢液處理會導致投入增加，d錯誤；
（5）①由于運送硫酸的成本遠高于運送礦石的成本，故硫酸工廠應該接近消耗中心的地方；又因為硫酸屬于重污染工業(yè)，故應建在遠離風景名勝區(qū)，人口稠密的地方；②C與CaSO₄是反應物，生成物是CO與CaS，由此可寫出對應的化學方程式；
（6）化學變化過程中遵守原子守恒①，可以先計算出等質量的硫磺和FeS₂的物質的量之比，即可計算出生成硫酸的物質的量比及硫酸的質量比．

解答 解：（1）工業(yè)制硫酸是利用黃鐵礦在沸騰爐中燃燒生成二氧化硫，然后在接觸室催化氧化二氧化硫得三氧化硫，最后吸收塔用98%的濃硫酸吸收SO₃，其中黃鐵礦燃燒反應方程式為4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；沸騰爐；
（2）從圖中可看出恒壓條件下升高溫度，SO₂的轉化率降低，因此選擇低溫400℃，在恒溫條件下增大壓強，SO₂的轉化率增大幅度較小，考慮到產生高壓會消耗能源及對設備的要求較高，因此選擇較低壓強為宜，故答案為：1個大氣壓、400℃；
（3）在接觸室內通過熱交換轉移反應放出的熱量，給容器降溫，促進平衡正向移動提高SO₂的轉化率，另外通過熱交換可以給反應物預熱，有利于反應進行；從C處排出的尾氣主要含有SO₂和SO₃，通過BaCl₂溶液時，SO₃能和BaCl₂溶液反應生成BaSO₄沉淀，SO₂不能被吸收，發(fā)生反應的離子方程式為SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺，故答案為：預熱原料氣，吸收反應放出的熱量；SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺；
（4）a．粉碎黃鐵礦增大反應接觸面積，有利于提高硫原子利用率，a正確；
     b．在接觸室中使用適當過量的O₂，可提高SO₂的轉化率，對提高硫酸的產量有利，b正確；
     c．通過熱交換可將反應產生的熱量轉移出來用于余熱發(fā)電或供暖，提高經濟效益，c正確；
     d．對廢水進行無害化處理后再排放，避免環(huán)境污染，但增加了經濟反投入，d錯誤；    
故答案為：d；
（5）①工業(yè)制硫酸選擇廠址時要考慮原料的運輸成本，因尾氣對環(huán)境有影響應盡量避免對居民的生活影響，減少對名勝古跡的損害，綜合考慮B地完全符合條件，適宜建廠；②焦炭將CaSO₄轉化為CaS和另有一種可燃性氣體生成，結合化學反應的本質，可知此氣體是CO，發(fā)生反應的化學方程式為CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO↑；故答案為：①B地遠離硫酸的消耗中心，B地遠離人品稠密的地方，B地不發(fā)球風景名勝區(qū)；②CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO↑；
（6）已知n=$\frac{mg}{Mg/mol}$，可知等質量的硫磺和FeS₂的物質的量之比與二者摩爾質量之比成反比，則硫磺和FeS₂的物質的量之比為$\frac{120g/mol}{32g/mol}=\frac{15}{4}$，在制備硫酸的過程中遵守硫原子守恒，且生成硫酸的質量比等于物質的量之比為$\frac{15}{4×2}$=15：8；故答案為：15：8．

點評 硫酸工業(yè)制法，考查氧化還原理論，化學平衡的移動，原子守恒等知識點，對學生的基礎要求比較強，屬中等難度．