Question

[化學(xué)--化學(xué)與技術(shù)]硫酸工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位．請(qǐng)回答硫酸工業(yè)中的如下問(wèn)題：
（1）若從下列四個(gè)城市中選擇一處新建一座硫酸廠，你認(rèn)為廠址宜選在

C

的郊區(qū)（填標(biāo)號(hào)）；
A．有豐富黃鐵礦資源的城市 
B．風(fēng)光秀麗的旅游城市
C．消耗硫酸甚多的工業(yè)城市 
D．人口稠密的文化、商業(yè)中心城市
（2）CuFeS₂是黃鐵礦的另一成分，煅燒時(shí)CuFeS₂轉(zhuǎn)化為CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

4CuFeS₂+13O₂

高溫  .

4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂

．
（3）為提高SO₃吸收率，實(shí)際生產(chǎn)中通常用

98.3%的濃硫酸

吸收SO₃．
（4）已知反應(yīng)2SO₂+O₂?2SO₃△H＜0，現(xiàn)將0.050mol SO₂和0.030mol O₂充入容積為1L的密閉容器中，反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡，測(cè)得反應(yīng)后容器壓強(qiáng)縮小到原來(lái)壓強(qiáng)的75%，則該條件下SO₂的轉(zhuǎn)化率為

80%

；該條件下的平衡常數(shù)為

1.6×10³

．
（5）由硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成），其中硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨沸騰爐溫度不同而變化（見(jiàn)下表）

沸騰爐溫度/℃	600	620	640	660
爐渣中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%	9.3	9.2	9.0	8.4

已知CuSO₄ 在低于660℃時(shí)不會(huì)分解，請(qǐng)簡(jiǎn)要分析上表中CuSO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因

SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)，隨溫度升高，平衡左移，SO₃物質(zhì)的量減少，所以CuSO₄的量減少

．
（6）在硫酸工業(yè)尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，必須進(jìn)行凈化處理，處理方法可用

石灰水

（填名稱）吸收，然后再用硫酸處理，重新生成SO₂和一種生產(chǎn)水泥的輔料，寫(xiě)出這兩步反應(yīng)的化學(xué)方程式

SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O；

．

Answer 1

分析：（1）硫酸廠廠址的選擇從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，主要是硫酸為危險(xiǎn)品，硫酸的運(yùn)輸成本要高于原料黃鐵礦的運(yùn)輸成本；
（2）根據(jù)已知信息，確定出反應(yīng)物和生成物，然后配平化學(xué)方程式；
（3）三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算，依據(jù)轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的概念計(jì)算得到；相同條件下氣體壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比；
（5）由表中數(shù)據(jù)分析出溫度和CuSO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，而CuSO₄的質(zhì)量取決于SO₃ 的質(zhì)量，再由反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1，分析SO₃ 的質(zhì)量和溫度之間的關(guān)系；
（6）硫酸工業(yè)尾氣中SO₂凈化處理方法很多，SO₂是酸性氧化物，因此常用堿液吸收，如氨水、氫氧化鈉溶液、石灰水等，再結(jié)合題意要獲得生產(chǎn)水泥的輔料，即可確定選擇的試劑；寫(xiě)出化學(xué)方程式．

解答：解：（1）A．硫酸廠廠址的選擇綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，硫酸產(chǎn)品的運(yùn)輸成本要高于原料黃鐵礦的運(yùn)輸成本，故A不正確；
B．風(fēng)光秀麗的旅游城市，不靠近原料基地，也不靠近消耗硫酸的工業(yè)城市，導(dǎo)致原料運(yùn)輸與產(chǎn)品運(yùn)輸成本高，同時(shí)還會(huì)對(duì)旅游城市造成污染，故B不正確；
C．由于硫酸產(chǎn)品的運(yùn)輸成本要高于原料黃鐵礦的運(yùn)輸成本，所以廠址應(yīng)選擇在消耗硫酸甚多的工業(yè)城市，故C正確；
D．人口稠密的文化、商業(yè)中心城市，遠(yuǎn)離原料基地和消耗硫酸的工業(yè)城市，同時(shí)為了防止污染環(huán)境，不宜考慮作為硫酸廠廠址，故D不正確；
故答案為：C；
（2）根據(jù)題意可知，高溫煅燒時(shí)CuFeS₂時(shí)，反應(yīng)物為CuFeS₂和O₂，生成物為CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，再根據(jù)化合價(jià)升降法配平氧化還原反應(yīng)方程式，
故答案為：4CuFeS₂+13O₂

高溫  .

4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率，故答案為：98.3%的濃硫酸；
（4）已知反應(yīng)2SO₂+O₂?2SO₃△H＜0，現(xiàn)將0.050mol SO₂和0.030mol O₂充入容積為1L的密閉容器中，反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡，設(shè)反應(yīng)的二氧化硫物質(zhì)的量為X：依據(jù)三段式列式：
              2SO₂ +O₂ ?2SO₃
起始量（mol） 0.050    0.030       0
變化量（mol）  X       0.5X        X
平衡量（mol） 0.05-X   0.03-0.5X   X
測(cè)得反應(yīng)后容器壓強(qiáng)縮小到原來(lái)壓強(qiáng)的75%，所以壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比；
得到 0.05-X+0.03-0.5X+X=（0.050+0.030）×75%
解得：X=0.04mol；
則二氧化硫的轉(zhuǎn)化率=

0.04mol

0.05mol

×100%=80%；
平衡狀態(tài)物質(zhì)的平衡濃度為：c（SO₂）=0.01mol/L；c（O₂）=0.01mol/L；c（SO₃）=0.04mol/L；
平衡常數(shù)K=

C2(SO3)

C2(SO2)×C(O2)

=

0.042

0.012×0.01

=1.6×10³；
故答案為：80%；1.6×10³；
（5）硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成），根據(jù)題意由表中數(shù)據(jù)可知，硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨沸騰爐溫度升高而降低，是因?yàn)榉磻?yīng)CuO+SO₃

△   .

CuSO₄中SO₃的質(zhì)量減少導(dǎo)致的，根據(jù)2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑 .

△

2SO₃（g）），△H=-98.3kJ?mol^-1反應(yīng)制備SO₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，正方向?yàn)榉艧�，隨著溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，導(dǎo)致SO₃的量減少，由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成CuSO₄的量也減少，
故答案為：SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)，隨溫度升高，平衡左移，SO₃物質(zhì)的量減少，所以CuSO₄的量減少（或溫度升高，SO₃物質(zhì)的量減少，故CuSO₄的量減少）；
（6）在硫酸工業(yè)尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，也是酸性氧化物，進(jìn)行凈化處理時(shí)可以用堿液吸收，如NaOH、氨水、石灰水等，生成亞硫酸鹽，然后再用硫酸處理，重新生成SO₂和一種生產(chǎn)水泥的輔料，則堿液可選擇石灰水，反應(yīng)為SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O，
故答案為：石灰水；SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查工業(yè)接觸法制硫酸的相關(guān)細(xì)節(jié)，如原料的選擇、反應(yīng)條件的選擇、熱交換器的作用、工業(yè)尾氣的處理、硫酸廠址的選擇、含硫礦石的煅燒等相關(guān)內(nèi)容，化學(xué)平衡的基本計(jì)算，轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的概念計(jì)算應(yīng)用，只要了解基礎(chǔ)知識(shí)都能迎刃而解，難度中等．