Question

13．圖所示的裝置是仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程設計出來的，用于探究工業(yè)上為何采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫．

試填寫下列空白：
（1）寫出工業(yè)上用FeS₂制取SO₂的化學方程式4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）寫出上圖中部分裝置的作用：①甲干燥二氧化硫和氧氣；
②丙和�。何�收三氧化硫并做對照實驗．
（3）若丁裝置在反應過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能原因是：①丙中插入濃硫酸溶液的導管插得太深，使兩個吸收瓶內(nèi)的壓強差較大，導致SO₃從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧；②濃硫酸對SO₃的吸收效果遠好于水的吸收效果，SO₃充分被濃硫酸吸收．
（4）圖裝置中的甲和乙部分、丙和丁部分分別與工業(yè)制取硫酸的裝置相對應，甲和乙相當于接觸室；丙和丁相當于吸收塔．
（5）在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都正確的是D（填下列各項的序號）．
A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中燃燒
B．從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中二氧化硫會與雜質(zhì)反應
C．二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率
D．三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率．

Answer 1

分析 工業(yè)上接觸法制硫酸：生產(chǎn)分三步，二氧化硫的制取和凈化、二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫、三氧化硫的吸收，分別在沸騰爐、接觸室、吸收塔中進行；其中從沸騰爐中出來的氣體需要凈化和干燥，是為了防止在接觸室中的催化劑中毒，在接觸室中的催化劑可以加快反應的速率，但不會影響平衡的移動，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不會改變；在吸收塔中生成的三氧化硫與水反應生成硫酸，若直接用水吸收會形成酸霧，因此在生產(chǎn)實踐中采用98.3%的濃硫酸吸收，這樣可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全．
仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程：裝置甲，干燥二氧化硫和氧氣，裝置乙是把生成的二氧化硫催化氧化，相當于工業(yè)上制取硫酸設備中的接觸室，裝置丙相當于工業(yè)上制取硫酸設備中的吸收塔，工業(yè)生成中吸收三氧化硫用98.3%的濃硫酸，用水吸收容易形成酸霧影響吸收效果，裝置丁用水吸收三氧化硫，通過丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫?qū)φ諏嶒灒?br />（1）沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦，反應物為FeS₂和O₂，生成物為Fe₂O₃和SO₂；
（2）①濃硫酸能干燥二氧化硫；②通過丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫?qū)φ諏嶒灒?br />（3）若丁裝置在反應過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，可能是丙中插入濃硫酸溶液的導管插得較深，使兩個吸收瓶內(nèi)的壓強差較大，而導致SO₃從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧也可能是濃硫酸對SO₃的吸收效果遠好于水，SO₃充分被濃硫酸吸收；
（4）根據(jù)工業(yè)制硫酸的步驟和設備名稱，結(jié)合實驗裝置的反應過程分析解答；
（5）A．增大反應物的接觸面積，能增大反應速率；
B．雜質(zhì)能使催化劑中毒，催化劑中毒會影響反應的進度；
C．催化劑是指參與化學反應中間歷程的，反應前后質(zhì)量化學性質(zhì)不變，只改變反應速率，不影響化學平衡；
D．三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全．

解答 解：（1）工業(yè)上用FeS₂制取SO₂，F(xiàn)eS₂中Fe由+2價變?yōu)?3價，S由-1價變?yōu)?4價，1molFeS₂總共失去11mol電子，O₂中O由O價變?yōu)闉?2價，得4mol電子，所以FeS₂前計量數(shù)為4，O₂前計量數(shù)為11，再根據(jù)原子守恒其它物質(zhì)的系數(shù)，化學方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）①在裝置乙中二氧化硫和氧氣發(fā)生催化氧化，需干燥的二氧化硫和氧氣，裝置甲盛放的是濃硫酸，干燥二氧化硫和氧氣，
故答案為：干燥二氧化硫和氧氣；
②裝置丙、丁相當于工業(yè)上制取硫酸設備中的吸收塔，裝置丙用濃硫酸吸收三氧化硫，裝置丁用水吸收三氧化硫，丁裝置用水吸收容易形成酸霧影響吸收效果，通過丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫?qū)φ諏嶒灒?br />故答案為：吸收三氧化硫并做對照實驗；
（3）若丁裝置在反應過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，可能是丙中插入濃硫酸溶液的導管插得較深，使兩個吸收瓶內(nèi)的壓強差較大，而導致SO₃從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧也可能是濃硫酸對SO₃的吸收效果遠好于水，SO₃充分被濃硫酸吸收，
故答案為：濃硫酸對SO₃的吸收效果遠好于水的吸收效果，SO₃充分被濃硫酸吸收；
（4）裝置甲，干燥二氧化硫和氧氣，在裝置乙中二氧化硫和氧氣發(fā)生催化氧化，所以裝置甲和乙相當于相當于接觸室；裝置丙用濃硫酸吸收三氧化硫，裝置丁用水吸收三氧化硫，裝置丙、丁相當于吸收塔，
故答案為：接觸室；吸收塔；
（5）A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中充分燃燒，硫鐵礦粉碎后與氧氣的接觸面積增大，利于其充分的燃燒，大塊的硫鐵礦在空氣中也能燃燒，只是燃燒不充分，會造成資源的浪費，故A錯誤；
B．從沸騰爐出來的爐氣需凈化是因為其中帶有的雜質(zhì)氣體會讓下一步接觸室里面的催化劑中毒，催化劑中毒會影響反應的進度，故B錯誤；
C．一般來說，催化劑是指參與化學反應中間歷程的，又能選擇性地改變化學反應速率，而其本身的數(shù)量和化學性質(zhì)在反應前后基本保持不變的物質(zhì)．通常把催化劑可以加速化學反應，使反應盡快達到平衡狀態(tài)，但不影響化學平衡，故二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不會改變，只是達到平衡的時間變小，故C錯誤；
D．生成的三氧化硫與水反應生成硫酸，若直接用水吸收會形成酸霧，因此在生產(chǎn)實踐中采用98.3%的濃硫酸吸收，這樣可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全，故D正確；
故答案為：D．

點評 本題主要考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，同時涉及到平衡移動等，重點考查制備過程中的注意問題和條件的選擇依據(jù)，注重對知識的綜合運用和遷移能力考查，題目難度中等．