Question

9．硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益問題，根據(jù)下面工業(yè)生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖回答有關(guān)問題：
（1）硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₂在沸騰爐中化合而成），CuFeS₂是黃鐵礦的另一成分，寫出煅燒CuFeS₂的化學(xué)方程式為4CuFeS₂+13O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$ 4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）流程圖中設(shè)備A是接觸室（填設(shè)備名稱），其中該設(shè)備上部迅婚使用的氣體為SO₂和O₂．
（3）吸收塔采用98.3%濃硫酸吸收SO₂的原因是可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全．
（4）根據(jù)工藝流程圖及環(huán)保角度判斷下列說法正確的是ABDE（填序號(hào)）
A．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎
B．沸騰爐中排出的爐渣可供煉鐵
C．使用催化劑可提高SO₂的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率
D．尾氣中SO₂可用NaOH濃溶液來吸收
E．硫酸廠的廠址宜選在消耗硫酸甚多的工業(yè)城市的郊區(qū)
（5）沸騰爐排出的爐渣中的硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨沸騰爐溫度不同而變化（見下表）

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

請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理解釋上表中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（或溫度升高，SO₃物質(zhì)的量減少，故CuSO₄的量減少）．
（6）某硫酸廠為測(cè)定設(shè)備A中所得氣體中SO₂的體積分?jǐn)?shù)，取280mL（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體樣品與足量Fe（SO₄）₃溶液完全反應(yīng)后（不考慮氧氣的影響），用濃度為0.02mol/L的K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至中點(diǎn)，消耗K₂Cr₂O₇溶液25.00mL，則接觸室所得氣體中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為12.00%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合質(zhì)量守恒來書寫化學(xué)方程式；
（2）SO₂和O₂的反應(yīng)在接觸室中進(jìn)行；由圖可知：該設(shè)備上部循環(huán)使用的氣體是SO₂和O₂，下部是產(chǎn)物SO₃；
（3）SO₃與H₂O化合時(shí)放出大量的熱，能形成酸霧，不利于三氧化硫的吸收；
（4）第一步：SO₂的制�。�主要原料是黃鐵礦和空氣，在高溫下煅燒，使硫元素轉(zhuǎn)變成SO₂氣體，設(shè)備為沸騰爐．黃鐵礦需要粉碎，以增大和空氣的接觸面；第二步：SO₃的制取，從沸騰爐中出來的氣體需經(jīng)過凈化、除塵，進(jìn)入接觸室在催化劑作用下SO₂和O₂反應(yīng)生成SO₃，設(shè)備為接觸室，同時(shí)涉及熱量的交換、催化劑的作用、平衡的移動(dòng)等問題；第三步：硫酸的生成，從接觸室中出來的氣體進(jìn)入吸收塔，為避免酸霧形成需用濃H₂SO₄吸收；硫酸工業(yè)尾氣中含二氧化硫，根據(jù)二氧化硫的性質(zhì)可用堿液吸收；硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益問題，同時(shí)要考慮當(dāng)?shù)氐男枨罅壳闆r，硫酸廠是一座具有一定污染性的工廠；
（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） $?_{△}^{催化劑}$ 2SO₃（g），△H=-98.3kJ•mol^-1分析SO₃ 的質(zhì)量和溫度之間的關(guān)系；
（6）二氧化硫與硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵和硫酸，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，結(jié)合題中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）反應(yīng)物和生成物已知，結(jié)合質(zhì)量守恒來書寫化學(xué)方程式為：4CuFeS₂+13O₂ $\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$ 4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：4CuFeS₂+13O₂ $\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$ 4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）SO₂和O₂的反應(yīng)在接觸室中進(jìn)行；由圖可知：該設(shè)備上部循環(huán)使用的氣體是SO₂和O₂，下部是產(chǎn)物SO₃；
故答案為：接觸室；SO₂和O₂；
（3）SO₃與H₂O化合時(shí)放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收易形成酸霧，反而不利于成分吸收SO₃，所以在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸，用濃硫酸吸收，
故答案為：可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全；
（4）A．在沸騰爐中，原料黃鐵礦是固體、空氣是氣體，為了加快反應(yīng)速率，所以要將黃鐵礦粉碎，增大接觸面，提高反應(yīng)速率，故A正確；
B．沸騰爐排出的礦渣有F₂O₃，F(xiàn)₂O₃可供煉鐵，故B正確；
C．催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能影響轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；
D．因?yàn)镾O₂+2NaOH═Na₂SO₃+H₂O，所以尾氣中SO₂可用NaOH濃溶液來吸收，故D正確；
E．硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益問題，同時(shí)要考慮當(dāng)?shù)氐男枨罅壳闆r，硫酸廠是一座具有一定污染性的工廠，所以硫酸廠的廠址宜選在消耗硫酸甚多的工業(yè)城市的郊區(qū)
故E正確；
故答案為：ABDE；
（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 $\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$ 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）根據(jù)14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺可得關(guān)系式：
      3SO₂～Cr₂O₇^2-，
      3      1
      x    0.02mol/L×0.025L
解得：x=$\frac{0.02mol/L×0.025L×3}{1}$=0.0015mol，
則接觸室中所得氣體中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為：0.0015mol÷$\frac{0.28L}{22.4L/mol}$×100%=12.00%，
故答案為：12.00%．

點(diǎn)評(píng) 本題以實(shí)際化工生產(chǎn)“黃銅礦的綜合利用”為背景，考查了元素化合物知識(shí)，離子方程式和化學(xué)方程式的書寫，題目更注重考查學(xué)生利用化學(xué)原理來解決實(shí)際問題的能力．