Question

硫酸工業在國民經濟中占有極其重要的地位．
（1）硫酸的最大消費渠道是化肥工業，用硫酸制造的常見化肥有

硫酸銨或硫酸氫銨或硫酸鋅或硫酸鉀

（任寫一種）．
（2）硫酸生產中，根據化學平衡原理來確定的條件或措施有

D

（填寫序號）．
A．礦石加入沸騰爐之前先粉碎     B．使用V₂O₅作催化劑
C．轉化器中使用適宜的溫度       D．凈化后的爐氣中要有過量的空氣
E．催化氧化在常壓下進行         F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO₃
（3）在硫酸工業中，通過下列反應使二氧化硫轉化為三氧化硫：
2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑  .

2SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1
在實際工業生產中，常采用“二轉二吸法”，即將第一次轉化生成的SO₂分離后，將未轉化的SO₂進行二次轉化，假若兩次SO₂的轉化率均為95%，則最終SO₂的轉化率為

99.75%

．
（4）硫酸的工業制法過程涉及三個主要的化學反應及相應的設備（沸騰爐、轉化器、吸收塔）．
①三個設備分別使反應物之間或冷熱氣體間進行了“對流”．請簡單描述吸收塔中反應物之間是怎樣對流的．

從接觸室中出來的熱氣體SO₂、O₂、N₂、SO₃，在吸收塔的底部進入，從下向上運動；
從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運動；熱氣體SO₃與冷的濃硫酸相對流動，進行熱量交換．

．
②工業生產中常用氨-酸法進行尾氣脫硫，以達到消除污染、廢物利用的目的．用化學方程式表示其反應原理．（只寫出2個方程式即可）

SO₂+2NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃，（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O

．

Answer 1

分析：（1）硫酸的用途廣泛，化肥、醫藥、農藥的生產，金屬礦石的處理，金屬材料的表面清洗等都要用到硫酸；
（2）化學平衡的適用范圍是可逆反應，在工業接觸法制硫酸2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃為可逆反應，化學平衡移動的條件有：濃度、溫度、壓強．催化劑V₂O₅的作用是提高反應速率，溫度控制在450℃左右，是根據使催化劑的活性最強確定，壓強采用常壓．因此根據化學平衡移動原理來確定的條件只有濃度；
（3）轉化率：可逆反應到達平衡時，某反應物的轉化濃度（等于某反應物的起始濃度和平衡濃度的差）與該反應物的起始濃度比值的百分比．可用以表示可逆反應進行的程度；
（4）沸騰爐中，黃鐵礦從頂部加入，空氣從底部通入，形成對流；接觸室中熱交換器內部溫度高的氣體和外部溫度低的氣體形成熱量對流；吸收塔的氣體底部進入，從下向上運動，冷的濃硫酸從吸收塔頂部噴灑，從上向下運動，形成流動，進行熱量交換．

解答：解：（1）用硫酸制造的常見化肥有硫酸銨、硫酸氫銨、硫酸鋅、硫酸鉀等，故答案為：硫酸銨或硫酸氫銨或硫酸鋅或硫酸鉀；
（2）硫酸生產中，第二步：SO₃的制取反應原理為：2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃，該反應為可逆反應，根據化學平衡原理為了提高SO₂的轉化率，通常采用增大O₂濃度的方法來達到使SO₂盡可能多的轉化為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

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂ 反應速率，而不是從2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃ 反應中化學平衡角度考慮，故A不正確；
B．使用V₂O₅作催化劑，催化2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃ 反應，只能加快該反應的速率，不能使平衡移動，故B不正確；
C．接觸室中催化轉化器使用適宜的溫度，目的是使催化劑活性最強，使反應速率最快，而實際上升高溫度，會促使2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃ 平衡向吸熱方向移動，即逆向移動，不利于提高SO₂的轉化率，故C不正確；
D．從沸騰爐中出來的氣體成分為SO₂、O₂、N₂，經過凈化后，進入接觸室，爐氣中要有過量的空氣，即增大O₂濃度，會促使2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃ 平衡正向移動，有利于提高SO₂的轉化率，故D正確；
E．接觸室中：2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃，增大壓強促使平衡正向移動（即氣體總體積減小的方向），減小壓強促使平衡逆向移動（即氣體總體積增大的方向）．在常壓下，不利于平衡正向移動，不利于提高SO₂的轉化率．對于該化學平衡，壓強的增大，促使平衡正向移動，效果并不明顯，所以工業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，主要目的是防止產生酸霧，阻礙SO₃的吸收，與化學平衡移動原理無關，故F不正確；
故答案為：D；
（3）設二氧化硫的初始濃度為a，則第一次轉化掉的二氧化硫濃度為a×95%，剩余的二氧化硫濃度為a×（1-95%），進入第二次轉化，則第二次轉化掉的二氧化硫濃度為a×（1-95%）×95%
    根據公式：轉化率═轉化濃度/初始濃度×100%
             最終SO₂的轉化率═[a×95%+a×（1-95%）×95%]/a×100%═99.75%
故答案為：99.75%；
（4）①從接觸室中出來的熱氣體SO₂、O₂、N₂、SO₃，在吸收塔的底部進入，從下向上運動，從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運動；熱氣體SO₃與冷的濃硫酸相對流動，進行熱量交換，
故答案為：從接觸室中出來的熱氣體SO₂、O₂、N₂、SO₃，在吸收塔的底部進入，從下向上運動；從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運動；熱氣體SO₃與冷的濃硫酸相對流動，進行熱量交換；
②工業生產中常用氨-酸法進行尾氣脫硫，即先用氨水吸收，再用濃硫酸處理．
先用氨水吸收時，發生反應：SO₂+2NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃，再用濃硫酸處理時，發生反應：（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O，以達到消除污染、廢物利用的目的．
故答案為：SO₂+2NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃，（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O．

點評：本題考查的知識點多，如：工業接觸法制硫酸的原理、反應速率、轉化率、反應的熱效應、工業尾氣的處理等，只有掌握相關的基礎知識，解題并不困難，難度中等．