Question

8．如圖1為工業(yè)上接觸法制硫酸的簡單流程圖，試回答下列有關(guān)問題：

（1）工業(yè)上為了提高黃鐵礦的利用率，常采取的措施是礦石燃燒前要粉碎成細小礦粒，增大接觸面積．沸騰爐出來的氣體需凈化的理由是防止催化劑中毒．（每空只需填寫一種）
（2）SO₂的催化氧化和合成氨的原理類似．為提高原料的轉(zhuǎn)化率和單位時間內(nèi)的產(chǎn)量，合成氨反應(yīng)需要在200～500個大氣壓的條件下，而S0₂的催化氧化只需常壓或稍加壓的條件下，其原因是在其他條件具備時，二氧化硫氧化反應(yīng)正向進行的限度已很高，即使增大壓強，該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率升高不大，但卻大大增大生產(chǎn)成本．
（3）若沸騰爐中每燃燒0.12kg FeS₂就會放出 85kJ熱量，請寫出此狀況下FeS₂燃燒的熱化學(xué)方程式：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-340 kJ•mol^-1
（4）某研究小組用NaOH溶液吸收尾氣中的SO₂，將所得的Na₂S0₃溶液進行電解再生循環(huán)脫硫，其原理如圖2，a、b離子交換膜將電解槽分成為三個區(qū)域，電極材料均為石墨．圖中a表示陽（填“陰”或“陽”）離子交換膜．A～E分別代表生產(chǎn)中的原料或產(chǎn)品，其中C為硫酸溶液，則A為NaOH溶液．陽極的電極反應(yīng)式為SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-．
（5）用濃硫酸吸收S0₃可以得到H₂SO₄．S0₃．若用1000g98%的濃硫酸充分吸收SO₃后，再進行稀釋，最終可以得到98%的濃硫酸的質(zhì)量是Ckg（填標(biāo)號）．
A.1.98    B.2.00    C.2.22    D.2.42．

Answer 1

分析 （1）礦石燃燒前要粉碎成細小礦粒，增大了接觸面積，加快反應(yīng)速率；爐氣含有大量的雜質(zhì)，例如：砷、硒等的化合物和礦塵等，這些雜質(zhì)把催化劑覆蓋著，催化劑會失去了催化作用；
（2）根據(jù)SO₂的轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)成本來選擇；
（3）0.12kgFeS₂就會放出85kJ熱量，即據(jù)1mol釋放85KJ熱量，據(jù)此寫成熱化學(xué)方程式；
（4）從C為硫酸可知，b為陰離子交換膜，故a為陽離子交換膜，在陰極區(qū)應(yīng)為水放電生成氫氣和氫氧根，故A為氫氧化鈉；陽極應(yīng)為亞硫酸根放電生成硫酸根；
（5）98%的濃H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物質(zhì)的量之比為$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的濃H₂SO₄可以表示為SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示為2SO₃•H₂O，進一步表示為$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，計算濃硫酸改寫后H₂O的物質(zhì)的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質(zhì)的量，再利用硫原子守恒計算H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的物質(zhì)的量，進而計算其質(zhì)量．

解答 解：（1）工業(yè)上為了提高黃鐵礦的利用率，常采取的措施是礦石燃燒前要粉碎成細小礦粒，增大了接觸面積，加快反應(yīng)速率；沸騰爐出來的氣體含有大量的雜質(zhì)，例如：砷、硒等的化合物和礦塵等，這些雜質(zhì)把催化劑覆蓋著，催化劑會失去了催化作用，
故答案為：礦石燃燒前要粉碎成細小礦粒，增大接觸面積；防止催化劑中毒；
（2）接觸室中二氧化硫與氧氣反應(yīng)生成三氧化硫是一個可逆反應(yīng)，正方向放熱，選擇400℃～500℃的高溫，V₂O₅作催化劑，原因在于此溫度催化劑的活性最大，反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率都較高，如溫度過高，平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率反而降低，常壓下，平衡轉(zhuǎn)化率較高，如增大壓強，平衡向正方向移動，理論上提高了轉(zhuǎn)化率，但是會造成設(shè)備造價和耗能增加，故接觸室中適宜條件是V₂O₅作催化劑、高溫、常壓，
故答案為：在其他條件具備時，二氧化硫氧化反應(yīng)正向進行的限度已很高，即使增大壓強，該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率升高不大，但卻大大增大生產(chǎn)成本；
（3）0.12kgFeS₂就會放出85kJ熱量，即據(jù)1mol釋放85KJ熱量，則熱化學(xué)方程式可寫為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-340kJ•mol^-1，
故答案為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-340 kJ•mol^-1；
（4）從C為硫酸可知，硫酸根來源于亞硫酸根放電．故a為陽離子交換膜，b為陰離子交換膜，在陰極區(qū)應(yīng)為水放電生成氫氣和氫氧根離子，故A為氫氧化鈉；陽極應(yīng)為亞硫酸根放電生成硫酸根，反應(yīng)的離子方程式為SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-，
故答案為：陽；NaOH溶液；SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-；
（5）98%的濃H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物質(zhì)的量之比為$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的濃H₂SO₄可以表示為SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示為2SO₃•H₂O，進一步表示為$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，計算濃硫酸改寫后H₂O的物質(zhì)的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質(zhì)的量，濃硫酸改寫后H₂O的物質(zhì)的量為n（H₂O）=1000g÷（80+$\frac{10}{9}$×18）×$\frac{10}{9}$=$\frac{100}{9}$mol，則$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質(zhì)的量為10mol，根據(jù)硫原子守恒，稀釋后可得濃硫酸H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的質(zhì)量為$\frac{200}{9}$mol×（98+2）g/mol=2222g，約是2.22Kg，
故答案為：C．

點評 本題考查了工業(yè)制硫酸的生成過程和反應(yīng)特征，二氧化硫的催化氧化反應(yīng)的條件選擇，熱化學(xué)方程式的書寫，電化學(xué)知識的考查，以及溶液濃度有關(guān)計算，題目過程復(fù)雜，為易錯題目，關(guān)鍵是明確濃硫酸中水與三氧化硫反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸，注意理解利用改寫成化學(xué)式形式結(jié)合守恒進行解答，難度中等．