5.工業(yè)制硫酸的一種工藝流程如圖1所示:

請回答下列問題:
(1)煅燒前需將黃鐵礦粉碎,其目的是充分燃燒,提高原料的利用率.
(2)煅燒造氣過程中,若每生成1molSO2氣體放出427.5kJ熱量,煅燒反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式是4FeS2(s)+11O2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe2O3(s)+8SO2(g)△H=-3412kJ/mol.
(3)催化氧化是一個可逆反應(yīng),下表是不同條件下的SO2平衡的轉(zhuǎn)化率:
SO2的轉(zhuǎn)化率%0.1MPa1MPa10MPa
400°C99.299.799.9
600°C73.789.596.4
根據(jù)上表數(shù)據(jù),你認為SO2的催化氧化反應(yīng)實際生產(chǎn)過程中應(yīng)選擇的條件是溫度在400°C左右、壓強為1MPa.
(4)吸收尾氣過程常用NaOH溶液來吸收SO2,若在30L 0.1mol•L-1 的NaOH溶液中通入標準狀況下44.8L SO2氣體,其反應(yīng)的離子方程式為3OH-+2SO2=SO32-+HSO3-+H2O,反應(yīng)后的溶液pH<7,則溶液中離子濃度由大到小的順序是c(Na+)>c(SO32-)>c(HSO3-)>c(H+)>c(OH-).
(5)另一種將SO2轉(zhuǎn)化為硫酸的化工流程如圖2.其中催化劑a表面的反應(yīng)是SO2+2H2O-2e-═SO42-+4H+,該流程理論上參加反應(yīng)的SO2與加入的H2O的質(zhì)量比為8:15.

分析 由制備流程可知,黃鐵礦燃燒生成二氧化硫和氧化鐵,煅燒前需將黃鐵礦粉碎,增大接觸面積,反應(yīng)速率加快,然后二氧化硫與氧氣發(fā)生催化氧化反應(yīng)生成三氧化硫,利用水吸收三氧化硫得到硫酸.
(1)黃鐵礦粉碎,可使其充分燃燒;
(2)生成1molSO2氣體放出427.5kJ熱量,則生成8molSO2氣體放出427.5kJ×8=3412kJ熱量,以此書寫熱化學(xué)方程式;
(3)由表格數(shù)據(jù)可知400°C左右、1MPa轉(zhuǎn)化率較大,壓強越大,對設(shè)備的要求越高;
(4)n(NaOH)=30L×0.1mol/L=3mol,n(SO2)=$\frac{44.8L}{22.4L/mol}$=2mol,可知守恒可知生成等量的硫酸氫鈉、亞硫酸鈉;反應(yīng)后的溶液pH<7,則亞硫酸氫根離子的電離大于亞硫酸根離子水解;
(5)催化劑a表面是SO2失去電子生成硫酸,總方程為:SO2+H2O+$\frac{1}{2}$O2 =H2SO4,先設(shè)加入的SO2的量和加入的水的量,再根據(jù)方程求出生成硫酸的量和消耗的水的量.

解答 解:(1)煅燒前需將黃鐵礦粉碎,其目的是充分燃燒,提高原料的利用率,
故答案為:充分燃燒,提高原料的利用率;
(2)生成1molSO2氣體放出427.5kJ熱量,則生成8molSO2氣體放出427.5kJ×8=3412kJ熱量,則煅燒反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式是4FeS2(s)+11O2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe2O3(s)+8SO2(g)△H=-3412kJ/mol,
故答案為:4FeS2(s)+11O2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe2O3(s)+8SO2(g)△H=-3412kJ/mol;
(3)反應(yīng)為放熱反應(yīng),壓強大對設(shè)備的要求大,則SO2的催化氧化反應(yīng)實際生產(chǎn)過程中應(yīng)選擇的條件是溫度在400°C左右、壓強為1MPa,
故答案為:溫度在400°C左右、壓強為1MPa;
(4)n(NaOH)=30L×0.1mol/L=3mol,n(SO2)=$\frac{44.8L}{22.4L/mol}$=2mol,可知守恒可知生成等量的硫酸氫鈉、亞硫酸鈉,離子反應(yīng)為3OH-+2SO2=SO32-+HSO3-+H2O;反應(yīng)后的溶液pH<7,則亞硫酸氫根離子的電離大于亞硫酸根離子水解,則離子濃度大小為c(Na+)>c(SO32-)>c(HSO3-)>c(H+)>c(OH-),
故答案為:3OH-+2SO2=SO32-+HSO3-+H2O;c(Na+)>c(SO32-)>c(HSO3-)>c(H+)>c(OH-);
(5)催化劑a表面是SO2失去電子生成硫酸,電極方程式為SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+;催化劑a處的反應(yīng)為:SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+,催化劑b處的反應(yīng)為:$\frac{1}{2}$O2+2H++2e-=H2O,總方程為:SO2+H2O+$\frac{1}{2}$O2=H2SO4,設(shè)加入的SO2為xg,H2O為yg,
則生成硫酸的質(zhì)量為$\frac{xg}{64g/mol}$×98g/mol,反應(yīng)后水的質(zhì)量為y-$\frac{xg}{64g/mol}$×18g/mol,根據(jù)硫酸為49%,可知$\frac{\frac{x}{64}×98}{\frac{x}{64}×98+y-\frac{x}{64}×18}$=49%,解得x:y=8:15,
故答案為:SO2+2H2O-2e-═SO42-+4H+;8:15.

點評 本題考查制備實驗及工業(yè)制取硫酸,為高頻考點,把握制備流程、離子濃度比較、電解、熱化學(xué)方程式等為解答的關(guān)鍵,側(cè)重分析與實驗?zāi)芰Φ目疾,注意化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用,綜合性較強,題目難度中等.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題

18.將一支試管中盛滿甲烷和氯氣的混合氣體,倒置于盛有飽和食鹽水的水槽中,在漫射光的照射下,產(chǎn)生的現(xiàn)象是:①顏色變淺,②液面上升,③有油狀物生成,④試管中產(chǎn)生少量白霧.

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

16.某實驗小組模擬工業(yè)上用SiHC13與H2在1357K的條件下制備高純硅,實驗裝置如下圖所示(加熱及夾持裝置略去):

已知SiHC13的性質(zhì)如下:沸點為33.0℃,密度為1.34g/mL,易溶于有機溶劑,能與H2O劇烈反應(yīng);在空氣中易被氧化.請回答:
(1)組裝好儀器后,應(yīng)先進行的操作是檢查裝置的氣密性.
(2)①裝置B中的試劑是濃硫酸,②裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl3+H2 $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl.
(3)裝置E中CCl4的作用為四氯化碳吸收未反應(yīng)的SiHCl3、防止倒吸.
(4)相關(guān)實驗步驟如下.其合理順序為②①⑤④③(填序號).
①加熱裝置D至1357K;②打開K1,裝置A中反應(yīng)一段時間:③關(guān)閉K1;④關(guān)閉K2;⑤加熱裝置C,打開K2,滴加6.5mLSiHC13
(5)計算SiHC13的利用率:對裝置E中液體進行分液操作后,取上層液體20.00mL轉(zhuǎn)移至錐形瓶中,滴加幾滴酚酞溶液.用0.10mol/L鹽酸滴定,達到滴定終點的現(xiàn)象是溶液變?yōu)闊o色,且半分鐘內(nèi)不出現(xiàn)紅色,進行三次平行滴定,平均每次消耗鹽酸20.00mL,則SiHC13的利用率為93.34%(保留兩位小數(shù)).

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實驗題

13.已知:CH3CH2OH+NaBr+H2SO4(濃)$\stackrel{△}{→}$ CH3CH2Br+NaHSO4+H2O.實驗室制備溴乙烷(沸點為38.4℃)的裝置如圖1:圓底燒瓶中加入10mL95%乙醇、28mL濃硫酸,然后加入研細的10.3g溴化鈉和幾粒碎瓷片,小火加熱,使NaBr充分反應(yīng).

(1)反應(yīng)時若溫度過高會降低溴乙烷的產(chǎn)率,原因是溴乙烷的沸點低易揮發(fā);也可看到有紅棕色氣體產(chǎn)生,該氣體的化學(xué)式為Br2.為避免溫度過高,宜采用水浴加熱.
(2)反應(yīng)結(jié)束后,U形管中粗制的溴乙烷呈棕黃色.為了除去其中的雜質(zhì),最好選用下列試劑中的A(填序號).A.Na2SO3溶液      B.H2O    C.NaOH溶液   D.CCl4
(3)溴乙烷在NaOH水溶液和NaOH乙醇溶液發(fā)生不同類型的反應(yīng),生成不同的產(chǎn)物,用如圖2所示裝置進行實驗:
該實驗的目的是驗證生成的氣體是乙烯(或驗證溴乙烷與NaOH發(fā)生消去反應(yīng)的產(chǎn)物).盛水的試管(裝置)的作用是除去揮發(fā)出來的乙醇蒸氣.
(4)為檢驗溴乙烷中的溴元素,正確的操作順序是:取少量溴乙烷,然后④①⑤③②④①⑤③②(填序號).
①加熱   ②加入AgNO3溶液   ③加入稀HNO3酸化   ④加入NaOH溶液   ⑤冷卻
(5)經(jīng)提純最終得到純凈的溴乙烷為7.63g,則溴乙烷的產(chǎn)率為70%(保留兩位有效數(shù)字).

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

20.乙酸異戊酯是組成蜜蜂信息素的成分之一,具有香蕉的香味.實驗室制備乙酸異戊酯的反應(yīng)、裝置示意圖(圖1)和有關(guān)數(shù)據(jù)如表:

相對原子質(zhì)量密度/(g.cm-3沸點/℃水中溶解性
異戊醇880.813131微溶
乙酸601.0492118
乙酸異戊醇1300.8670142難溶
實驗步驟:
在A中加入4.4g異戊醇、6.0g的乙酸、數(shù)滴濃硫酸和2~3片碎瓷片.開始緩慢加熱A,回流50min.反應(yīng)液冷至室溫后倒入分液漏斗中,分別用少最水、飽和碳酸氫鈉溶液和水洗滌;分出的產(chǎn)物加入少量無水MgSO4固體,靜置片刻,過濾除去MgSO4固體,進行蒸餾純化,收集140~143℃餾分,得乙酸異戊脂3.9g.
回答下列問題:
(1)儀器B的名稱是球形冷凝管.
(2)在洗滌操作中,第一次水洗的主要目的是洗掉大部分硫酸和醋酸;洗掉碳酸氫鈉.
(3)在洗滌、分液操作中,應(yīng)充分振蕩,然后靜置,待分層后(填標號〕d.
a、直接將乙酸異戊酯從分液漏斗的上口倒出
b、直接將乙酸異戊從分液端斗的下口放出
c、先將水層從分液漏斗的下口放出,再將乙酸異戊酯從下口放出
d、先將水層從分液漏斗的下口放出,再將乙酸異戊酚從上口倒出
(4)本實驗中加入過量乙酸的目的是提高醇的轉(zhuǎn)化率.
(5)實驗中加入少量無水MgSO4的目的是干燥乙酸異戊酯.
(6)在蒸餾操作中,儀器選擇及安裝都正確的是圖2中的b(填標號).

(7)本實驗的產(chǎn)率是c(填標號).
a.30%      b.40%     c、60%     d、90%

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實驗題

10.TiO2既是制備其他含鈦化合物的原料,又是一種性能優(yōu)異的白色顏料.
(1)實驗室利用反應(yīng)TiO2(s)+2CCl4(g)═TiCl4(g)+CO2(g),在無水無氧條件下,制取TiCl4實驗裝置示意圖如下

有關(guān)性質(zhì)如表:
物質(zhì)熔點/℃沸點/℃其他
CCl4-2376與TiCl4互溶
TiCl4-25136遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧
(1)反應(yīng)前通入氮氣的目的是排除裝置內(nèi)的空氣(或水蒸氣和氧氣),
(2)反應(yīng)結(jié)束后依次進行如下操作:①熄滅酒精燈②停止通氮氣③冷卻至室溫.正確的順序為①③②(填序號).
(3)D中的液態(tài)混合物成分是CCl4和TiCl4,要分離混合物所采用操作的名稱是蒸餾.

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題

17.已知一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)為:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g).在某溫度下,平衡常數(shù)是9.如果反應(yīng)開始時,一氧化碳和水蒸氣的濃度都是0.01mol/L,經(jīng)10min反應(yīng)達到平衡.
計算:
(1)從反應(yīng)開始至達到平衡時CO的反應(yīng)速率為7.5×10-4mol•L-1•min-1
(2)達到平衡時一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為75%;
(3)在恒溫恒容的條件下,向上述平衡體系中再充入等物質(zhì)的量之比的CO(g)和H2O(g)重新達到平衡時,H2的體積百分數(shù)為37.5%.

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

14.利用已經(jīng)掌握的理論,解釋下列事實.
(1)焰火發(fā)出絢麗色彩的原理是:金屬的焰色反應(yīng),灼燒時呈現(xiàn)不同的顏色
(2)請用核外電子排布的相關(guān)規(guī)則解釋Fe3+較Fe2+(Fe3+不易再失電子)更穩(wěn)定的原因:Fe3+的3d電子半滿為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
(3)磷的第一電離能比硫的大的原因是:P的3p電子半滿為穩(wěn)定結(jié)構(gòu).

查看答案和解析>>

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實驗題

15.焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)是常用的食品抗氧化劑之一.某研究小組進行如下實驗:
實驗一   焦亞硫酸鈉的制取
采用如圖裝置(實驗前已除盡裝置內(nèi)的空氣)制取Na2S2O5.裝置 II中有Na2S2O5晶體析出,發(fā)生的反應(yīng)為:Na2SO3+SO2=Na2S2O5

(1)裝置 I中產(chǎn)生氣體的化學(xué)方程式為Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O.
(2)要從裝置 II中獲得已析出的晶體,可采取的分離方法是過濾.
(3)裝置 III用于處理尾氣,可選用的最合理裝置(夾持儀器已略去)為d(填序號).

實驗二     焦亞硫酸鈉的性質(zhì)
Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3
(4)檢驗Na2S2O5晶體在空氣中已被氧化的實驗方案是取少量Na2S2O5晶體于試管中,加入適量水溶解,滴加鹽酸,振蕩,再滴加氯化鋇溶液,有白色沉淀生成.
實驗三  葡萄酒中抗氧化劑殘留量的測定
(5)葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化劑.測定某葡萄酒中抗氧化劑的殘留量(以游離SO2計算)的方案如下:

i:上述實驗方案,(b)步操作的原理是:SO2+I2+2H2O═H2SO4+2HI,操作后應(yīng)觀察的現(xiàn)象是:滴入最后一滴I2溶液時,溶液從無色恰好變?yōu)樗{色,且30秒內(nèi)不褪色.
ii:按上述方案實驗,消耗標準I2溶液25.00mL,該次實驗測得樣品中抗氧化劑的殘留量(以游離SO2計算)為0.16g/L.
iii:在上述實驗過程中,若有部分HI被空氣氧化,則測定結(jié)果偏低(填“偏高”、“偏低”或“不變”)

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案