Question

以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下：

（1）已知：（已折算為標(biāo)況下）SO₃氣體與H₂O化合時(shí)放出的熱量為       （保留兩位有效數(shù)字）。
（2）沸騰爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為                      。
（3）依據(jù)工藝流程圖判斷下列說法正確的是（選填序號(hào)字母）        。
a．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵
b．過量空氣能提高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．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎
（4）在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸的原因                  。
（5）吸收塔排出的尾氣先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的SO₂和銨鹽。
①SO₂既可作為生產(chǎn)硫酸的原料循環(huán)再利用，也可用于工業(yè)制溴過程中吸收潮濕空氣中的Br₂。SO₂吸收Br₂的離子方程式是                         。
②為測(cè)定該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將不同質(zhì)量的銨鹽分別加入到50.00mL相同濃度的NaOH溶液中，沸水浴加熱至氣體全部逸出（此溫度下銨鹽不分解）。該氣體經(jīng)干燥后用濃硫酸吸收完全，測(cè)定濃硫酸增加的質(zhì)量。部分測(cè)定結(jié)果如下表（a>0）：   

計(jì)算：該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是      %；若銨鹽質(zhì)量為15.00g，濃硫酸增加的質(zhì)量為         。（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）

Answer 1

（1）3.9×10⁵kJ（2分）  （2）4FeS₂+11O₂4Fe₂O₃+8SO₂（2分）（3）a  b  d（3分）
（4）SO₃與H₂O化合時(shí)放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收容易形成酸霧，反而不利于充分吸收SO₃（2分）
（5）①SO₂＋Br₂＋2H₂O＝4H^＋＋2Br^－＋SO₄^2－（2分） ②14.56（2分）（14.56%不給分） 
2.31g（2分）

解析試題分析：（1）根據(jù)熱化學(xué)方程式可知SO₃氣體與H₂O化合時(shí)放出的熱量為×130.3kJ/mol＝3.9×10⁵kJ。
（2）黃鐵礦燃燒燃燒生成SO₂和氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeS₂＋11O₂4Fe₂O₃＋8SO₂。
（3）生產(chǎn)過程中的礦渣中含有三氧化二鐵，可以煉鐵，a正確；增加空氣的量會(huì)使平衡正向進(jìn)行，提高了二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，b正確；催化劑只改變速率不改變平衡，不改變轉(zhuǎn)化率，c不正確；粉碎礦石增大接觸面積提高反應(yīng)速率，d正確，所以正確答案選abd。
（4）由于SO₃與H₂O化合時(shí)放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收容易形成酸霧，反而不利于充分吸收SO₃，所以在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸。
（5）①單質(zhì)溴具有氧化性，能把SO₂氧化生成硫酸，而溴單質(zhì)被還原為溴離子，因此反應(yīng)的離子方程式是SO₂＋Br₂＋2H₂O＝4H^＋＋2Br^－＋SO₄^2－。
②從吸收塔出來的氣體用一定量氨水吸收，得到的銨鹽產(chǎn)品是（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的混合物；本反應(yīng)歷程是：OH^－首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反應(yīng)，然后OH^－再和NH₄⁺反應(yīng)放出氨氣。由題知銨鹽質(zhì)量為30.00g時(shí)，產(chǎn)生0.68g÷17g/mol＝0.04molNH₃。該銨鹽中NH₄HSO₄先與NaOH溶液反應(yīng)，2NH₄HSO₄+2NaOH＝（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+H₂O，只有當(dāng)NH₄HSO₄中的H⁺消耗完全后，NH₄⁺才能與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生NH₃，NH₄⁺+OH^-＝NH₃↑+H₂O。據(jù)此判斷銨鹽質(zhì)量為10.00g時(shí)NaOH溶液過量，銨鹽質(zhì)量為20.00g和30.00g時(shí)，消耗的NaOH質(zhì)量相等。設(shè)10.00g銨鹽中NH₄HSO₄ 與（NH₄）₂SO₄的物質(zhì)的量分別為X、Y，n（NH₃）＝n（OH^-）－n（H⁺），則有：

銨鹽質(zhì)量/g	10.00	20.00	30.00	40.00
含NH4HSO4、（NH4）2SO4/mol	X、Y	2X、2Y	3X、3Y	4X、4Y
產(chǎn)生NH3/mol	X+2Y	X+2Y	0.04	0
消耗NaOH/mol	2X+2Y	3X+2Y	3X+0.04	3X+0.04

 
因此3X+2Y＝3X+0.04，解得Y＝0.02mol，又115X+132Y＝10.00，得X＝0.064mol．則該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝×100%＝14.56%。
由上面討論可知此NaOH溶液中共有0.232molNaOH，當(dāng)銨鹽質(zhì)量為15.00g時(shí)含0.096mol NH₄HSO₄和0.03mol （NH₄）₂SO₄，共有NH₄⁺和H⁺ 0.252mol，故NaOH不足，此時(shí)產(chǎn)生n（NH₃）＝（0.232－0.096）mol＝0.136mol，因此NH₃的質(zhì)量＝0.136mol×17g/mol＝2.31g。
考點(diǎn)：考查硫酸的工業(yè)制備、反應(yīng)熱的計(jì)算、反應(yīng)條件的控制以及物質(zhì)含量的計(jì)算