Question

13．圖所示的裝置是仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程設(shè)計(jì)出來(lái)的，用于探究工業(yè)上為何采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫．

試填寫(xiě)下列空白：
（1）寫(xiě)出工業(yè)上用FeS₂制取SO₂的化學(xué)方程式4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）寫(xiě)出上圖中部分裝置的作用：①甲干燥二氧化硫和氧氣；
②丙和�。何�收三氧化硫并做對(duì)照實(shí)驗(yàn)．
（3）若丁裝置在反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒(méi)有明顯變化，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能原因是：①丙中插入濃硫酸溶液的導(dǎo)管插得太深，使兩個(gè)吸收瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)差較大，導(dǎo)致SO₃從丁的水中冒了出來(lái)，與水形成酸霧；②濃硫酸對(duì)SO₃的吸收效果遠(yuǎn)好于水的吸收效果，SO₃充分被濃硫酸吸收．
（4）圖裝置中的甲和乙部分、丙和丁部分分別與工業(yè)制取硫酸的裝置相對(duì)應(yīng)，甲和乙相當(dāng)于接觸室；丙和丁相當(dāng)于吸收塔．
（5）在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說(shuō)明生產(chǎn)操作的主要原因二者都正確的是D（填下列各項(xiàng)的序號(hào)）．
A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)榇髩K的硫鐵礦不能在空氣中燃燒
B．從沸騰爐出來(lái)的爐氣需凈化，因?yàn)闋t氣中二氧化硫會(huì)與雜質(zhì)反應(yīng)
C．二氧化硫氧化為三氧化硫時(shí)需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率
D．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．

Answer 1

分析 工業(yè)上接觸法制硫酸：生產(chǎn)分三步，二氧化硫的制取和凈化、二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫、三氧化硫的吸收，分別在沸騰爐、接觸室、吸收塔中進(jìn)行；其中從沸騰爐中出來(lái)的氣體需要凈化和干燥，是為了防止在接觸室中的催化劑中毒，在接觸室中的催化劑可以加快反應(yīng)的速率，但不會(huì)影響平衡的移動(dòng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不會(huì)改變；在吸收塔中生成的三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸，若直接用水吸收會(huì)形成酸霧，因此在生產(chǎn)實(shí)踐中采用98.3%的濃硫酸吸收，這樣可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全．
仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程：裝置甲，干燥二氧化硫和氧氣，裝置乙是把生成的二氧化硫催化氧化，相當(dāng)于工業(yè)上制取硫酸設(shè)備中的接觸室，裝置丙相當(dāng)于工業(yè)上制取硫酸設(shè)備中的吸收塔，工業(yè)生成中吸收三氧化硫用98.3%的濃硫酸，用水吸收容易形成酸霧影響吸收效果，裝置丁用水吸收三氧化硫，通過(guò)丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫?qū)φ諏?shí)驗(yàn)．
（1）沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦，反應(yīng)物為FeS₂和O₂，生成物為Fe₂O₃和SO₂；
（2）①濃硫酸能干燥二氧化硫；②通過(guò)丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫?qū)φ諏?shí)驗(yàn)；
（3）若丁裝置在反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒(méi)有明顯變化，可能是丙中插入濃硫酸溶液的導(dǎo)管插得較深，使兩個(gè)吸收瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)差較大，而導(dǎo)致SO₃從丁的水中冒了出來(lái)，與水形成酸霧也可能是濃硫酸對(duì)SO₃的吸收效果遠(yuǎn)好于水，SO₃充分被濃硫酸吸收；
（4）根據(jù)工業(yè)制硫酸的步驟和設(shè)備名稱，結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置的反應(yīng)過(guò)程分析解答；
（5）A．增大反應(yīng)物的接觸面積，能增大反應(yīng)速率；
B．雜質(zhì)能使催化劑中毒，催化劑中毒會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)度；
C．催化劑是指參與化學(xué)反應(yīng)中間歷程的，反應(yīng)前后質(zhì)量化學(xué)性質(zhì)不變，只改變反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡；
D．三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全．

解答 解：（1）工業(yè)上用FeS₂制取SO₂，F(xiàn)eS₂中Fe由+2價(jià)變?yōu)?3價(jià)，S由-1價(jià)變?yōu)?4價(jià)，1molFeS₂總共失去11mol電子，O₂中O由O價(jià)變?yōu)闉?2價(jià)，得4mol電子，所以FeS₂前計(jì)量數(shù)為4，O₂前計(jì)量數(shù)為11，再根據(jù)原子守恒其它物質(zhì)的系數(shù)，化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）①在裝置乙中二氧化硫和氧氣發(fā)生催化氧化，需干燥的二氧化硫和氧氣，裝置甲盛放的是濃硫酸，干燥二氧化硫和氧氣，
故答案為：干燥二氧化硫和氧氣；
②裝置丙、丁相當(dāng)于工業(yè)上制取硫酸設(shè)備中的吸收塔，裝置丙用濃硫酸吸收三氧化硫，裝置丁用水吸收三氧化硫，丁裝置用水吸收容易形成酸霧影響吸收效果，通過(guò)丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫?qū)φ諏?shí)驗(yàn)，
故答案為：吸收三氧化硫并做對(duì)照實(shí)驗(yàn)；
（3）若丁裝置在反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒(méi)有明顯變化，可能是丙中插入濃硫酸溶液的導(dǎo)管插得較深，使兩個(gè)吸收瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)差較大，而導(dǎo)致SO₃從丁的水中冒了出來(lái)，與水形成酸霧也可能是濃硫酸對(duì)SO₃的吸收效果遠(yuǎn)好于水，SO₃充分被濃硫酸吸收，
故答案為：濃硫酸對(duì)SO₃的吸收效果遠(yuǎn)好于水的吸收效果，SO₃充分被濃硫酸吸收；
（4）裝置甲，干燥二氧化硫和氧氣，在裝置乙中二氧化硫和氧氣發(fā)生催化氧化，所以裝置甲和乙相當(dāng)于相當(dāng)于接觸室；裝置丙用濃硫酸吸收三氧化硫，裝置丁用水吸收三氧化硫，裝置丙、丁相當(dāng)于吸收塔，
故答案為：接觸室；吸收塔；
（5）A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)榇髩K的硫鐵礦不能在空氣中充分燃燒，硫鐵礦粉碎后與氧氣的接觸面積增大，利于其充分的燃燒，大塊的硫鐵礦在空氣中也能燃燒，只是燃燒不充分，會(huì)造成資源的浪費(fèi)，故A錯(cuò)誤；
B．從沸騰爐出來(lái)的爐氣需凈化是因?yàn)槠渲袔в械碾s質(zhì)氣體會(huì)讓下一步接觸室里面的催化劑中毒，催化劑中毒會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)度，故B錯(cuò)誤；
C．一般來(lái)說(shuō)，催化劑是指參與化學(xué)反應(yīng)中間歷程的，又能選擇性地改變化學(xué)反應(yīng)速率，而其本身的數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后基本保持不變的物質(zhì)．通常把催化劑可以加速化學(xué)反應(yīng)，使反應(yīng)盡快達(dá)到平衡狀態(tài)，但不影響化學(xué)平衡，故二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不會(huì)改變，只是達(dá)到平衡的時(shí)間變小，故C錯(cuò)誤；
D．生成的三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸，若直接用水吸收會(huì)形成酸霧，因此在生產(chǎn)實(shí)踐中采用98.3%的濃硫酸吸收，這樣可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全，故D正確；
故答案為：D．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，同時(shí)涉及到平衡移動(dòng)等，重點(diǎn)考查制備過(guò)程中的注意問(wèn)題和條件的選擇依據(jù)，注重對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用和遷移能力考查，題目難度中等．