Question

【化學-選修 化學與技術】
工業上用硫鐵礦為主要原料抽取硫酸，主要設備有沸騰米，接觸室和吸引塔．
（1）硫鐵礦在進入沸騰爐前需要粉碎，其目的是

 

．
（2）為了充分利用反應放出的熱量，接觸室中應安裝

 

（填設備名稱）；吸引塔中填充許多瓷管，其作用是

 

．
（3）吸收塔排放的尾氣中含有少量的SO₂，防止污染大氣、充分利用原料，在排放前必須進行尾氣處理并設法進行綜合利用．
傳統的方法是：尾氣中的SO₂通常用足量氨水吸收，然后再用稀硫酸處理，寫出上述過程中的化學反應方程式：

 

，其優點是

 

．
創新方法是：將尾氣中的SO₂用Na₂SO₃溶液吸收，然后再加熱所得溶液，寫出上述過程中的化學反應方程式：

 

，創新方法與傳統方法相比，其優點是

 

．
（4）在硫酸的工業制法中，下列生產操作及說法生產操作的主要原因二者都正確的是

 

（填序號）
A．從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中的SO₂與雜質反應
B．硫酸生產中常采用高壓條件，目的是提高SO₂的轉化率
C．SO₂被氧化為SO₃時需要使用催化劑，這樣可以提高SO₂的轉化率
D．SO₃用98.3%濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，有利于SO₃吸收完全
（5）某硫酸廠若要生產8噸98%的濃硫酸至少需要標準狀況下的空氣

 

m³（ O₂空氣中的體積分數按20%計算）．

Answer 1

分析：（1）粉碎可增大反應物的接觸面積，提高反應速率；
（2）充分利用能量，應安裝熱交換器，吸引塔中填充許多瓷管，增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面；
（3）①SO₂通常用足量氨水吸收，然后再用稀硫酸處理，發生SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃（或SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃）、（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O[或2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2SO₂↑+2H₂O]；
②SO₂用Na₂SO₃溶液吸收，然后再加熱所得溶液，發生SO₂+Na₂SO₃+H₂O=2NaHSO₃、2NaHSO₃

△   .

SO₂↑+Na₂SO₃+H₂O；
（4）A．爐氣需凈化，防止催化劑中毒；
B．硫酸生產中常采用常壓，高壓下對設備的要求較高；
C．催化劑不能提高轉化率；
D．SO₃用98.3%濃硫酸吸收效果好；
（5）由S+O₂

點燃  .

SO₂、2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃消耗氧氣，根據O原子守恒可知2n（O₂）=3n（SO₃），根據S原子守恒可知n（SO₃）=n（S），以此計算．

解答：解：（1）粉碎可增大與氧氣的接觸面積，使燃燒速率加快且更充分，提高原料的利用率，
故答案為：增大與氧氣的接觸面積，使燃燒速率加快且更充分，提高原料的利用率；
（2）充分利用能量，應安裝熱交換器，吸引塔中填充許多瓷管，增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收，
故答案為：熱交換器；增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收；
（3）①SO₂通常用足量氨水吸收，然后再用稀硫酸處理，發生SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃（或SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃）、（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O[或2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2SO₂↑+2H₂O]，優點為生成的（NH₄）₂SO₄作化肥，二氧化硫可循環利用，
故答案為：SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃（或SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃）、（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O[或2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2SO₂↑+2H₂O]；生成的（NH₄）₂SO₄作化肥，二氧化硫可循環利用；
②SO₂用Na₂SO₃溶液吸收，然后再加熱所得溶液，發生SO₂+Na₂SO₃+H₂O=2NaHSO₃、2NaHSO₃

△   .

SO₂↑+Na₂SO₃+H₂O，其優點為Na₂SO₃可循環利用，
故答案為：SO₂+Na₂SO₃+H₂O=2NaHSO₃、2NaHSO₃

△   .

SO₂↑+Na₂SO₃+H₂O；Na₂SO₃可循環利用；
（4）A．爐氣需凈化，是為防止催化劑中毒，故A錯誤；
B．硫酸生產中常采用常壓，高壓下對設備的要求較高，且常壓下轉化率較高，故B錯誤；
C．催化劑不能提高轉化率，可加快反應速率，故C錯誤；
D．SO₃用98.3%濃硫酸吸收效果好，可防止形成酸霧，有利于SO₃吸收完全，故D正確；
故答案為：D；
（5）由S+O₂

點燃  .

SO₂、2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃消耗氧氣，根據O原子守恒可知2n（O₂）=3n（SO₃），根據S原子守恒可知n（SO₃）=n（S）=n（H₂SO₄），
S的物質的量為

8×106×98%g

98g/mol

=8×10⁴mol，故消耗氧氣n（O₂）=

3

2

n（SO₃）=

3

2

×8×10⁴mol=1.2×10⁵mol，故消耗空氣體積為5×1.2×10⁵mol×22.4L/mol=134.4×10⁵L=13440m³，
故答案為：13440．

點評：本題考查濃硫酸的性質及制備，把握制備濃硫酸的工藝流程及設備的作用、發生的化學反應為解答的關鍵，側重化學與技術及工業生產的考查，題目難度中等．