Question

(1)火山噴發所產生的硫黃可用于生產重要的化工原料硫酸。某企業用下圖所示的工藝流程生產硫酸：

請回答下列問題：
①為充分利用反應放出的熱量，接觸室中應安裝________(填設備名稱)。吸收塔中填充有許多瓷管，其作用是___________________________________。
②為使硫黃充分燃燒，經流量計1通入燃燒室的氧氣過量50%，為提高SO₂轉化率，經流量計2的氧氣量為接觸室中二氧化硫完全氧化時理論需氧量的2.5倍，則生產過程中流經流量計1和流量計2的空氣體積比應為________。假設接觸室中SO₂的轉化率為95%，b管排出的尾氣中二氧化硫的體積分數為________(空氣中氧氣的體積分數按0.2計)，該尾氣的處理方法是________。
③與以硫鐵礦為原料的生產工藝相比，該工藝的特點是________(可多選)。
A．耗氧量減少  B．二氧化硫的轉化率提高
C．產生的廢渣減少  D．不需要使用催化劑
(2)硫酸的用途非常廣泛，可應用于下列哪些方面________(可多選)。
A．橡膠的硫化
B．表面活性劑“烷基苯磺酸鈉”的合成
C．鉛蓄電池的生產
D．過磷酸鈣的制備
(3)礦物燃料的燃燒是產生大氣中SO₂的主要原因之一。在燃煤中加入適量的石灰石，可有效減少煤燃燒時SO₂的排放，請寫出此脫硫過程中反應的化學方程式________________________。

Answer 1

(1)①熱交換器　增加SO₃與濃硫酸的接觸面積，有利于SO₃的吸收　②1.2　0.004　用氨水吸收　③A、C
(2)B、C、D
(3)CaCO₃CaO＋CO₂↑；2SO₂＋2CaO＋O₂2CaSO₄(或2SO₂＋2CaCO₃＋O₂2CaSO₄＋2CO₂)

(1)①接觸室中進行的反應為SO₂的催化氧化，為放熱反應，使用熱交換器可以充分利用反應放出的熱量，對原料氣進行預熱。吸收塔中填充瓷管的作用是增加接觸面積。
②S＋O₂=SO₂參加反應的硫黃為1 mol，則經流量計1通入的氧氣為1.5 mol，反應后氣體總量為1.5 mol×5＝7.5 mol，
2SO₂ ＋O₂   2SO₃　ΔV
2　　　 1　　　   2　 1
1 mol　0.5 mol
經流量計2通入的氧氣為0.5 mol×2.5＝1.25 mol，則 ＝1.2。反應后氣體總量為7.5 mol＋1.25 mol×5－1 mol×95%× ＝13.275 mol，則尾氣中SO₂的體積分數為＝0.004。
硫酸工業中，尾氣SO₂用氨水吸收，再用硫酸處理：SO₂＋2NH₃＋H₂O=(NH₄)₂SO₃，(NH₄)₂SO₃＋H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄＋SO₂↑＋H₂O。生成的(NH₄)₂SO₄可作肥料。
③硫鐵礦的含硫成分為FeS₂，硫元素被氧化生成SO₂的同時，鐵元素也被氧化生成Fe₂O₃(廢渣)，與硫黃直接燃燒相比，耗氧量增加，產生的廢渣也增加。
(2)橡膠的硫化是采用硫黃；合成烷基苯磺酸鈉需要先合成烷基苯磺酸，而烷基苯磺酸通過烷基苯與濃硫酸的磺化反應生成；鉛蓄電池用硫酸作為電解質溶液；過磷酸鈣通過磷酸鈣與硫酸反應制得。
(3)CaCO₃ CaO＋CO₂↑
SO₂＋CaO CaSO₃
2CaSO₃＋O₂=2CaSO₄
CaSO₃不穩定，在空氣中容易被氧化成CaSO₄。