Question

11．青島精細(xì)化工廠生產(chǎn)發(fā)煙硫酸和硫酸的流程如圖所示．已知：②⑤裝置為接觸室．

（1）設(shè)備①的名稱(chēng)為沸騰爐；在此處投入黃鐵礦原料，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2FeO₃+8SO₂．
（2）氣體在進(jìn)入②之前一定要進(jìn)行凈化處理，原因?yàn)榉乐勾呋瘎┲卸荆疄樘岣呷�氧化硫的產(chǎn)率，該處應(yīng)采取等溫（填“等溫”“絕熱”或“加催化劑”）等措施．
（3）生產(chǎn)中，能夠提高硫元素轉(zhuǎn)化率的條件或措施有cd（填字母）．
a．礦石加入沸騰爐之前先粉碎  b．使用V₂O₅作催化劑
c．接觸室中不使用很高的溫度  d．凈化后爐氣中要有過(guò)量的空氣
e．接觸氧化在常壓下進(jìn)行    f．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO₃
（4）③處的氣體混合物主要是氮?dú)夂腿�氧化硫．混合物氣體通過(guò)吸收塔④后不立即通入⑤中的原因是混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應(yīng)進(jìn)行
（5）產(chǎn)品最后從a口流出，濃度可達(dá)120%～130%，此流程的優(yōu)點(diǎn)是多次反應(yīng)，多次吸收，提高原料的利用率．
（6）工業(yè)上用200t黃鐵礦（含F(xiàn)eS₂為75%），煅燒損失10%，SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃時(shí)的轉(zhuǎn)化率為96%，SO₃的吸收率為95%，可生產(chǎn)98%硫酸的質(zhì)量為205.2t．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)接觸法制硫酸的工業(yè)流程和設(shè)備反應(yīng)分析判斷；硫鐵礦與氧氣在高溫下煅燒反應(yīng)；
（2）氣體進(jìn)入②接觸室前必須對(duì)氣體繼續(xù)除塵、洗滌、干燥，防止催化劑中毒，影響催化氧化的效果；
二氧化硫在接觸室中被氧化成三氧化硫，化學(xué)方程式為2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，不利于提高三氧化硫的產(chǎn)率；
（3）化學(xué)平衡的適用范圍是可逆反應(yīng)，在工業(yè)接觸法制硫酸2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃為可逆反應(yīng)，化學(xué)平衡移動(dòng)的條件有：濃度、溫度、壓強(qiáng)．催化劑V₂O₅的作用是提高反應(yīng)速率，溫度控制在450℃左右，是根據(jù)使催化劑的活性最強(qiáng)確定，壓強(qiáng)采用常壓．因此根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理來(lái)確定的條件只有濃度；
（4）通過(guò)吸收塔④后，混合氣體中SO₃含量較多，分析對(duì)2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃平衡移動(dòng)的影響；
（5）產(chǎn)品最后從a口流出，濃度可達(dá)120%～130%，此流程的優(yōu)點(diǎn)是多次反應(yīng)，多次吸收，提高原料的利用率；
（6）根據(jù)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系式計(jì)算，關(guān)系式為：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄．

解答 解：（1）設(shè)備①是硫鐵礦與氧氣在高溫下煅燒反應(yīng)在沸騰爐中進(jìn)行，方程式為4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2FeO₃+8SO₂，
故答案為：沸騰爐；4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2FeO₃+8SO₂；
（2）以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸主要分為三個(gè)階段進(jìn)行，即煅燒、催化氧化、吸收；其中二氧化硫的催化氧化在催化劑表面和空氣中的氧氣接觸反應(yīng)，若氣體中含有雜質(zhì)氣體容易使催化劑中毒，所以煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥；二氧化硫在接觸室中被氧化成三氧化硫，化學(xué)方程式為2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，不利于提高三氧化硫的產(chǎn)率，因此應(yīng)選擇等溫過(guò)程，
故答案為：防止催化劑中毒；等溫；
（3）硫酸生產(chǎn)中，SO₃的制取反應(yīng)原理為：2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡原理為了提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，通常采用增大O₂濃度的方法來(lái)達(dá)到使SO₂盡可能多的轉(zhuǎn)化為SO₃的目的．
a．礦石加入沸騰爐之前先粉碎，目的是為了增大黃鐵礦與空氣的接觸面，加快4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂ 反應(yīng)速率，而不是從2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃ 反應(yīng)中化學(xué)平衡角度考慮，故a不正確；
b．使用V₂O₅作催化劑，催化2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃ 反應(yīng)，只能加快該反應(yīng)的速率，不能使平衡移動(dòng)，故b不正確；
c．接觸室中催化轉(zhuǎn)化器使用適宜的溫度，目的是使催化劑活性最強(qiáng)，使反應(yīng)速率最快，而實(shí)際上升高溫度，會(huì)促使2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃ 平衡向吸熱方向移動(dòng)，即逆向移動(dòng)，不利于提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，所以接觸室中不使用很高的溫度，故c正確；
d．從沸騰爐中出來(lái)的氣體成分為SO₂、O₂、N₂，經(jīng)過(guò)凈化后，進(jìn)入接觸室，爐氣中要有過(guò)量的空氣，即增大O₂濃度，會(huì)促使2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃ 平衡正向移動(dòng)，有利于提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，故d正確；
e．接觸室中：2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃，增大壓強(qiáng)促使平衡正向移動(dòng)（即氣體總體積減小的方向），減小壓強(qiáng)促使平衡逆向移動(dòng)（即氣體總體積增大的方向）．在常壓下，不利于平衡正向移動(dòng)，不利于提高SO₂的轉(zhuǎn)化率．對(duì)于該化學(xué)平衡，壓強(qiáng)的增大，促使平衡正向移動(dòng)，效果并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓條件，而不采用高壓條件，故e不正確；
f．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO₃，主要目的是防止產(chǎn)生酸霧，阻礙SO₃的吸收，與化學(xué)平衡移動(dòng)原理無(wú)關(guān)，故f不正確；
故答案為：cd；
（4）通過(guò)吸收塔④后，混合氣體中SO₃含量較多，由2SO₂+O₂ $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃可知，不利于平衡正向移動(dòng)，
故答案為：混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應(yīng)進(jìn)行；
（5）產(chǎn)品最后從a口流出，濃度可達(dá)120%～130%，此流程的優(yōu)點(diǎn)是多次反應(yīng)，多次吸收，提高原料的利用率；
故答案為：多次反應(yīng)，多次吸收，提高原料的利用率；
（6）設(shè)生產(chǎn)98%的H₂SO₄質(zhì)量為x．
     FeS₂ ～～～～～～～～～～～～2H₂SO₄
     120                            2×98
200t×75%×（1-10%）×96%×95%        98%x
列比例式：$\frac{120}{200t×75%×（1-10%）×96%×95%}$=$\frac{2×98}{98%x}$；
解得 x=205.2 t，
故答案為：205.2t．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)流程的分析、實(shí)驗(yàn)操作以及產(chǎn)物的判斷和計(jì)算，綜合性強(qiáng)，掌握工業(yè)制取硫酸的原理和流程是解題的關(guān)鍵，難度中等．