Question

以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下：

（1）已知：SO₂（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol，當有6.72×10⁴L（已折算為標況下）SO₃氣體H₂O化合時放出的熱量為

 

（保留兩位有效數(shù)字）．
（2）沸騰爐中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為

 

．
（3）依據(jù)工藝流程圖判斷下列說法正確的是（選填序號字母）

 

．
a．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵
b．過量空氣能提高SO₂的轉(zhuǎn)化率
c．使用催化劑能提高SO₂的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率
d．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎
（4）在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸的原因

 

．
（5）吸收塔排出的尾氣先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的SO₂和銨鹽．
①SO₂既可作為生產(chǎn)硫酸的原料循環(huán)再利用，也可用于工業(yè)制溴過程中吸收潮濕空氣中的Br₂．SO₂吸收Br₂的離子方程式是

 

．
②為測定該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分數(shù)，將不同質(zhì)量的銨鹽分別加入到50.00mL相同濃度的NaOH溶液中，沸水浴加熱至氣體全部逸出（此溫度下銨鹽不分解）．該氣體經(jīng)干燥后用濃硫酸吸收完全，測定濃硫酸增加的質(zhì)量．部分測定結(jié)果如下表（a＞0）：

銨鹽質(zhì)量	10.00g	20.00g	30.00g	40.00g
濃硫酸增加的質(zhì)量	a g	a g	0.68g	0g

計算：該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分數(shù)是

 

%；若銨鹽質(zhì)量為15.00g，濃硫酸增加的質(zhì)量為

 

．（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）

Answer 1

考點：工業(yè)制取硫酸

專題：元素及其化合物

分析：（1）先求出三氧化硫的物質(zhì)的量，再根據(jù)熱化學方程式中的反應(yīng)熱計算；
（2）沸騰爐中為黃鐵礦與氧氣的反應(yīng)；
（3）a．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵；
b．過量空氣能提高SO₂的轉(zhuǎn)化率；
c．使用催化劑能提高SO₂的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率；
d．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎；
（4）SO₃與H₂O化合時放出大量的熱，能形成酸霧；
（5）①二氧化硫吸收溴單質(zhì)利用的是二氧化硫的還原性和溴單質(zhì)的氧化性；根據(jù)氧化還原反應(yīng)書寫離子方程式；
②OH^-首先是和NH₄HSO₄中的H⁺反應(yīng)，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應(yīng)放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₄的量也增大，放出的氨氣的量會為0，濃硫酸增加的質(zhì)量就是氨氣的質(zhì)量，第一次和第二次放出的氨氣的量是一樣的，所以說第一次肯定是OH^-的量過量，利用第二次的量計算（因為是OH^-不足）．

解答： 解：（1）已知：SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol，當有6.72×10⁴L（已折算為標況下）SO₃氣體H₂O化合，SO₃的物質(zhì)的量為3×10³mol，則放出的熱量為3×10³mol×130.3kJ/mol=3.9×10⁵kJ；
故答案為：3.9×10⁵kJ；
（2）黃鐵礦在高溫條件下與氧氣反應(yīng)生成氧化鐵和二氧化硫，則沸騰爐中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為4FeS₄+11O₂

高溫  .

2F₂O₃+8SO₂；
故答案為：4FeS₄+11O₂

高溫  .

2F₂O₃+8SO₂；
（3）a．沸騰爐排出的礦渣為F₂O₃，F(xiàn)₂O₃可供煉鐵，故正確；
b．增加空氣的量會使平衡正向進行，提高了二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，故正確；
c．使用催化劑能提高SO₂的反應(yīng)速率，但是平衡不發(fā)生移動，所以轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；
d．粉碎礦石能增大接觸面積可以提高反應(yīng)速率，故正確；
故答案為：abd；
（4）SO₃與H₂O化合時放出大量的熱，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：SO₃與H₂O化合時放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收易形成酸霧，反而不利于成分吸收SO₃；
（5）①SO₂吸收Br₂的反應(yīng)中二氧化硫被氧化為硫酸，溴單質(zhì)被還原為溴化氫，離子方程式為SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；
②吸收塔排出的尾氣先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的SO₂和銨鹽，得到的銨鹽是（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的混合物；加入到50.00mL相同濃度的NaOH溶液中：OH^-首先是和NH₄HSO₄中的H⁺反應(yīng)，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應(yīng)放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₄的量也增大，放出的氨氣的量會為0；
由題知銨鹽質(zhì)量為30.00g時，產(chǎn)生NH₃為0.68g即0.04mol，該銨鹽中NH₄HSO₄先與NaOH溶液反應(yīng)，2NH₄HSO₄+2NaOH=（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+H₂O，只有當NH₄HSO₄中的H⁺消耗完全后，NH₄⁺才能與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生NH₃，NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，據(jù)此判斷銨鹽質(zhì)量為10.00g時NaOH溶液過量，銨鹽質(zhì)量為10.00g和20.00g時，生成的氨氣相同，銨鹽質(zhì)量為20.00g和30.00g時，NaOH完全反應(yīng)，則消耗的NaOH質(zhì)量相等；
設(shè)10.00g銨鹽中NH₄HSO₄ 與（NH₄）₂SO₄的物質(zhì)的量分別為X、Y，n（NH₃）=n（OH^-）-n（H⁺），則有：

銨鹽質(zhì)量/g	10.00	20.00	30.00	40.00
含NH4HSO4、（NH4）2SO4/mol	X、Y	2X、2Y	3X、3Y	4X、4Y
產(chǎn)生NH3/mol	X+2Y	X+2Y	0.04	0
消耗NaOH/mol	2X+2Y	3X+2Y	3X+0.04	3X+0.04

因此3X+2Y=3X+0.04，解得Y=0.02mol，又115X+132Y=10.00，得X=0.064mol．則該銨鹽中氮元素的質(zhì)量分數(shù)=

(0.064+2×0.02)×14

10.00

×100%=14.56%；
計算15.00 g銨鹽與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生的NH₃；由上面討論可知此NaOH溶液中共有3X+0.04=0.232mol，當銨鹽質(zhì)量為15.00g時含0.096mol NH₄HSO₄和0.03mol （NH₄）₂SO₄，共有NH₄⁺和H⁺ 0.252mol，故NaOH不足，此時產(chǎn)生n（NH₃）=（0.232-0.096）mol=0.136mol，NH₃的質(zhì)量=0.136mol×17g/mol=2.31g．
故答案為：14.56； 2.31g．

點評：本題考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，同時涉及到反應(yīng)熱的計算、反應(yīng)速率的影響因素、離子方程式的書寫、有關(guān)方程式的計算等內(nèi)容，具有一定的綜合性，需要一定的知識遷移能力，題目難度中等，注意把握工業(yè)制硫酸的流程及有關(guān)的原理．