Question

9．硫酸具有重要的用途，某工廠用如圖2示的工藝流程生產(chǎn)硫酸．

請回答下列問題：
（1）與以硫鐵礦為原料的生產(chǎn)工藝相比，該工藝的特點是A．
A．耗氧量減少      B．二氧化硫的轉化率提高
C．產(chǎn)生的廢渣減少  D．不需要使用催化劑
（2）氣體a的成分是二氧化硫和氧氣．
（3）進入接觸室的氣體，須先經(jīng)過凈化室的原因是防止混合氣體中的灰塵、水蒸氣等在接觸室中導致催化劑中毒．
①吸收塔中吸收SO₃的物質名稱是98.3%濃硫酸．
②以SO₂和O₂為原料，利用電化學原理也可以制備硫酸，裝置如圖2電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．B極的電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
③吸收塔排出的尾氣先用氨水吸收，得到銨鹽M，再用濃硫酸 處理M，得到較髙濃度的SO₂．SO₂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時發(fā)生反應的離子方程式是SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
④為確定③中銨鹽M的成分，將不同質量的銨鹽分別加入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），測得標準狀況下NH₃的體積如表：

銨鹽的質量/g	2.15	4.30	6.45
NH3的體積/mL	672	1344	1344

該銨鹽的成分是NH₄HSO₃和（NH₄）₂SO₃，其物質的量之比是1：1．

Answer 1

分析 （1）A、硫鐵礦中鐵的氧化需要消耗O₂；
B、原料選擇與SO₂的轉化率無關；
C、用硫鐵礦為原料產(chǎn)生的廢渣較多，但廢氣量相同；
D、用SO₂制取SO₃的過程中都需要使用催化劑；
（2）二氧化硫與氧氣反應生成三氧化硫為可逆反應，不能進行到底；
（3）①接觸室中凈化氣體可以防止催化劑中毒；
②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；
③本題為SO₂與O₂反應生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據(jù)硫酸的出口判斷正負極，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，原電池放電時，電解質溶液中陽離子向正極移動；
④三組所用氫氧化鈉的物質的量相同，而第1組生成的氣體比其他兩組都少，以此判斷反應的過量，根據(jù)第1組數(shù)據(jù)，用討論的方法判斷物質的成分；設出亞硫酸銨和亞硫酸氫銨的物質的量，根據(jù)質量和物質的量列式計算出二者的物質的量．

解答 解：（1）A．硫鐵礦中鐵的氧化需要消耗O₂，故A正確；
B．原料選擇與SO₂的轉化率無關，故B錯誤；
C．用硫鐵礦為原料產(chǎn)生的廢渣較多，但廢氣量相同，故C錯誤；
D．用SO₂制取SO₃的過程中都需要使用催化劑，故D錯誤；
故選：A；
（2）二氧化硫與氧氣反應生成三氧化硫為可逆反應，不能進行到底，未反應的二氧化硫和氧氣可以繼續(xù)循環(huán)使用；
故答案為：二氧化硫和氧氣；
（3）①接觸室中凈化氣體可以防止催化劑中毒；
故答案為：防止混合氣體中的灰塵、水蒸氣等在接觸室中導致催化劑中毒；
②吸收塔中用98.3%的H₂SO₄來吸收SO₃，原因是用水吸收易形成酸霧阻止三氧化硫的吸收；
故答案為：98.3%濃硫酸；
③該原電池中，負極上失電子被氧化，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，根據(jù)硫酸和水的出口方向知，B極是負極，A極是正極，所以B極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
④三組所用氫氧化鈉的物質的量相同，而第1組生成的氣體比其他兩組都少，所以第1組氫氧化鈉過量，1組中白色固體反應完全，1組反應生成的氨氣為：n（NH₃）=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol；
若鹽全為（NH₄）₂SO₃，生成的NH₃為：n（NH₃）=$\frac{2.15g}{116g/mol}$×2=0.037mol＞0.03mol，
若A全為NH₄HSO₃，生成的NH₃為：n（NH₃）=$\frac{2.15g}{99g/mol}$=0.022mol＜0.03mol，
所以得到的鹽為：NH₄HSO₃和（NH₄）₂SO₃混合物；
設（NH₄）₂SO₃物質的量為xmol，NH₄HSO₃物質的量為ymol，
依據(jù)氮原子個數(shù)守恒得：2x+y=0.03；
依據(jù)質量守恒得：116x+99y=2.15；
解得：x=y=0.01mol；所以二者物質的量之比為：1：1；
故答案為：NH₄HSO₃和（NH₄）₂SO₃；1：1；

點評 本題以工業(yè)制備的硫酸的工藝流程為載體考查了接觸法制備硫酸的原理，涉及物質的性質、電極反應式的書寫、混合物的計算，注意對表中數(shù)據(jù)的分析是解題關鍵，考查學生的數(shù)據(jù)分析能力，做題中注意討論法的應用．