Question

9．硫酸和純堿都屬于工業(yè)上常用的“三酸兩堿”．回答下列問題：
Ⅰ目前，我國多用黃鐵礦作原料采用“接觸法”，設(shè)備如圖1所示．
（1）圖1中設(shè)備A的名稱是沸騰爐，該設(shè)備中發(fā)生的主要反映的化學方程式為4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）有關(guān)接觸法制硫酸的下列說法中，錯誤的是cd
a．在吸收塔中用濃度為98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫
b．煅燒含硫53.4%的黃鐵礦時，若FeS₂損失了2%，則S損失2%
c．B裝置中反應(yīng)的條件之一為較高溫度，是為了提高SO₂的轉(zhuǎn)化率
d．硫酸工業(yè)中在接觸室安裝熱交換器，是為了充分利用SO₃轉(zhuǎn)化為H₂SO₄時放出的熱量
（3）科研工作者開發(fā)了制備SO₂、再利用電化學原理生產(chǎn)硫酸的方法，裝置如圖2所示，為了保持電解過程的穩(wěn)定性，硫酸的濃度應(yīng)維持不變，則通入的SO₂和水的質(zhì)量比為16：29
Ⅱ．工業(yè)上常用“氨堿法”和“聯(lián)合制堿法”兩種工藝來制造純堿．
（1）“氨堿法”生成純堿的過程中會產(chǎn)生大量CaCl₂廢棄物，請寫出該工藝中產(chǎn)生CaCl₂的化學方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O
（2）寫出“聯(lián)合制堿法”有關(guān)反應(yīng)的化學方程式：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl（飽和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl； 2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（3）CO₂是制造純堿的重要材料，“聯(lián)合制堿法”中CO₂來源于合成氨廠，“氨堿法”中CO₂來源于煅燒石灰石．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）依據(jù)接觸法制硫酸的工業(yè)流程和設(shè)備反應(yīng)分析：A設(shè)備是硫鐵礦與氧氣在高溫下的煅燒反應(yīng)，在沸騰爐中進行．
（2）A．依據(jù)三氧化硫吸收的方法是利用濃硫酸吸收，防止形成酸霧，阻止吸收分析判斷；
        B．根據(jù)S元素守恒，利用關(guān)系式計算；
        C．二氧化硫生成三氧化硫的反應(yīng)是放熱的可逆反應(yīng)，運用平衡移動的原理判斷；
        D．硫酸工業(yè)中在接觸室安裝熱交換器是為了利用二氧化硫生成三氧化硫的反應(yīng)是放熱． 
 （3）利用原電池原理制硫酸溶液，通O₂的極為正極，電極反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，通SO₂的極為了負極，電極反應(yīng)為2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺，結(jié)合正負極得失電子是相等的，即得原電池反應(yīng)2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，根據(jù)稀硫酸溶液的質(zhì)量分數(shù)是50%，假設(shè)溶液里硫酸的質(zhì)量為98g，據(jù)此可計算出通入SO₂的質(zhì)量和水的質(zhì)量比．
Ⅱ（1）氨堿法：以食鹽（氯化鈉）、石灰石（經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳）、氨氣為原料來制取純堿，工藝中產(chǎn)生大量CaCl₂的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O．
（2）聯(lián)合制堿法：以食鹽、氨和二氧化碳（其中二氧化碳來自合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣）為原料來制取純堿，聯(lián)合制堿法的原理為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl（飽和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl； 2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（3）聯(lián)合制堿法中CO₂來源于氨工業(yè)的廢氣，氨堿法中CO₂的來源于石灰石煅燒．

解答 解：（1）A設(shè)備是硫鐵礦與氧氣在高溫下煅燒反應(yīng)在沸騰爐中進行，方程式為4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
故答案為：沸騰爐；4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeO₃+8SO₂．
（2）a．設(shè)備C中用98.3%的H₂SO₄來吸收SO₃的原因是，用水吸收易形成酸霧阻止三氧化硫的吸收，故a正確；
        b．根據(jù)S元素守恒，利用關(guān)系式可看出．
            設(shè)黃鐵礦m克，含硫為48%m克，含F(xiàn)eS₂為$\frac{120}{64}$×48%m克，據(jù)比例關(guān)系：
                FeS₂------------------2S
            $\frac{120}{64}$×48%m×（1-2%）    48%m×98%
則S損失為：$\frac{48%m-48%m×98%}{48%m}$×100%=2%故b正確；
       c．二氧化硫生成三氧化硫的反應(yīng)是放熱的可逆反應(yīng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動，降低SO₂的轉(zhuǎn)化率，故c錯誤；
      d．硫酸工業(yè)中在接觸室安裝熱交換器是為了利用二氧化硫生成三氧化硫的反應(yīng)是放熱，而不是利用SO₃轉(zhuǎn)化為H₂SO₄時放的熱量，故d錯誤；
故答案為：cd；
（3）利用原電池氧化SO₂制硫酸的總反應(yīng)式2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，根據(jù)稀硫酸溶液的質(zhì)量分數(shù)是50%，假設(shè)溶液里硫酸的質(zhì)量為98g，溶液里水的質(zhì)量也為98g，生成的硫酸的物質(zhì)的量為=1mol，結(jié)合原電池反應(yīng)式可知參加反應(yīng)的SO₂和H₂O的物質(zhì)的量也為1mol，則SO₂的質(zhì)量為1mol×64g/mol=64g，水的質(zhì)量為1mol×18g/mol=18g，通入通入SO₂的質(zhì)量和水的質(zhì)量比為=16﹕29，故答案為：16﹕29；
Ⅱ（1）氨堿法工藝中產(chǎn)生大量CaCl₂是由氯化銨和消石灰在加熱條件下反應(yīng)后生成氨氣和氯化鈣的反應(yīng)，反應(yīng)的化學方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
（2）聯(lián)合制堿法是在氨的飽和NaCl溶液中二氧化碳氣體，反應(yīng)生成碳酸氫鈉，解熱碳酸氫鈉即可制備碳酸鈉，反應(yīng)的有關(guān)方程式為，NH₃+CO₂+H₂O+NaCl_（飽和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl_（飽和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（3）CO₂是制堿工業(yè)的重要原料，聯(lián)合制堿法中CO₂來源于合成氨工業(yè)的廢氣，氨堿法中CO₂的來源于石灰石煅燒，
故答案為：合成氨廠；煅燒石灰石．

點評 考查硫酸的工業(yè)制法，氨堿法（索氏）和聯(lián)合制堿法（侯氏）的原理，涉及化學平衡的移動，原電池原理，原子守恒在化學計算中的應(yīng)用，反應(yīng)條件的選擇等，掌握原理是解題的關(guān)鍵，對學生基礎(chǔ)要求較高，題目難度中等．