Question

1．硫酸是一種應用非常廣泛的化工原料，其生產工藝與原料有緊密關系．目前主要有如圖（1、2）所示的兩種工藝：

（1）H₂SO₄的用途非常廣泛，可應用于下列哪些方面ABD（填序號）
A．過磷酸鈣的制備         B．鉛蓄電池的生產
C．橡膠的硫化             D．表面活性劑“烷基苯磺酸鈉”的合成
（2）若沸騰爐中每燃燒0.12Kg FeS₂會放出853KJ熱量，寫出此狀況下FeS₂燃燒的熱化學方程式4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412 kJ•mol^-1．
（3）兩工藝中都用了接觸室和吸收塔，為充分利用反應放出的熱量，接觸室中要安裝熱交換器（填設備名稱）．從吸收塔出來的尾氣一般要進行的一種處理是用石灰水或氨水吸收
（4）下列操作與操作的主要原因都正確的是BD（填序號）
A．黃鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的黃鐵礦不能在空氣中燃燒
B．SO₃從吸收塔底部通入，因為吸收SO₃采取逆流的形式
C．SO₂氧化為SO₃時需要使用催化劑，這樣可提高SO₂轉化率
D．SO₃用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，提高SO₃吸收率
（5）為使硫黃充分燃燒，經流量計1 通入燃燒室的氧氣過量50%，為提高SO₂ 轉化率，經流量計2 的氧氣量為接觸室中二氧化硫完全氧化時理論需氧量的2.5 倍，則生產過程中流經流量計1 和流量計2 的空氣體積比應為6：5（空氣中氧氣的體積分數(shù)按0.2計）．
（6）工藝 I與工藝 II相比，主要差異為AC（填序號）．
A．耗氧量減少   B．二氧化硫的轉化率提高   C．產生的廢渣減少   D．不需要使用催化劑
（6）若濃硫酸吸收SO₃得到H₂SO₄•SO₃，則將1Kg 98%的濃硫酸充分吸收SO₃后所得產物進行稀釋，可以得到2.22Kg 98%的濃硫酸．

Answer 1

分析 （1）A、過磷酸鈣的制取過程中需要濃硫酸和磷礦石；
B、鉛蓄電池中需要用到硫酸和硫酸鉛；
C、橡膠硫化所用到的為單質硫；
D、烷基苯磺酸鈉中含有磺酸基，制取過程中需要發(fā)生磺化反應；
（2）0.12kgFeS₂就會放出853kJ熱量，即據1mol釋放85KJ熱量，據此寫成熱化學方程式；
（3）為了充分利用能量，接觸室中要安裝熱交換器，從吸收塔出來的尾氣二氧化硫要用石灰水、氨水吸收；
（4）根據工業(yè)上接觸法制硫酸的原料、過程，制硫酸原料為硫鐵礦，進樣前首先將硫鐵礦粉碎，增大接觸面積；生產分三步，二氧化硫的制取和凈化、二氧化硫轉化為三氧化硫、三氧化硫的吸收，分別在沸騰爐、接觸室、吸收塔中進行；其中從沸騰爐中出來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的速率，但不會影響平衡的移動，二氧化硫的轉化率不會改變；SO₃采取逆流的形式從吸收塔底部通入，在吸收塔中三氧化硫與水反應生成硫酸，若直接用水吸收會形成酸霧，因此在生產實踐中采用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等來解題；
（5）假設SO₂的體積為x，經流量計1通入燃燒室的氧氣過量50%，則流量計1中通入氧氣的體積為1.5x，經流量計2的氧氣量為接觸室中SO₂完全氧化時理論需氧量的2.5倍，則流量計2中通入氧氣的體積為2.5×0.5x=1.25x，則流量計1中通入空氣的體積為7.5x，流量計2中通入空氣的體積為6.25x；燃燒室剩余空氣6.5x；
（6）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；
（7）98%的濃H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物質的量之比為$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的濃H₂SO₄可以表示為SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示為2SO₃•H₂O，進一步表示為$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，計算濃硫酸改寫后H₂O的物質的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質的量，再利用硫原子守恒計算H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的物質的量，進而計算其質量．

解答 解：（1）A、過磷酸鈣的制取過程中需要濃硫酸和磷礦石，故A正確；
B、鉛蓄電池中需要用到硫酸和硫酸鉛，故B正確；
C、橡膠硫化所用到的為單質硫，故C錯誤；
D、烷基苯磺酸鈉中含有磺酸基，制取過程中需要發(fā)生磺化反應，故D正確，
故答案為：ABD；
（2）0.12kgFeS₂就會放出853kJ熱量，即1mol釋放853KJ熱量，則熱化學方程式可寫為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412kJ•mol^-1，
故答案為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412 kJ•mol^-1；
（3）為了充分利用能量，接觸室中要安裝熱交換器，從吸收塔出來的尾氣二氧化硫要用石灰水、氨水吸收，
故答案為：熱交換器；用石灰水或氨水吸收；
（4）A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊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，會造成資源的浪費，故A錯誤；
B．SO₃從吸收塔底部通入，SO₃采取逆流的形式吸收更充分，故B正確；
C．一般來說，催化劑是指參與化學反應中間歷程的，又能選擇性地改變化學反應速率，而其本身的數(shù)量和化學性質在反應前后基本保持不變的物質．通常把催化劑可以加速化學反應，使反應盡快達到平衡狀態(tài)，但不影響化學平衡，故二氧化硫的轉化率不會改變，只是達到平衡的時間減短了，故C錯誤；
D．生成的三氧化硫與水反應生成硫酸，若直接用水吸收會形成酸霧，因此在生產實踐中采用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：BD；
（5）燃燒室中的反應為S+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$SO₂，假設SO₂的體積為x，則流量計1中通入氧氣的體積為1.5x，接觸室中的反應為2SO₂+O₂?2SO₃，則流量計2中通入氧氣的體積為2.5×0.5x=1.25x；流量計1中通入空氣的體積為7.5x，流量計2中通入空氣的體積為6.25x，故流經流量計1和流量計2的空氣體積比應為7.5x：6.25x=6：5；
故答案為：6：5；
（6）硫鐵礦中鐵的氧化需要消耗O₂，所以硫耗氧少些，故A項正確；原料選擇與SO₂的轉化率無關，故B項錯誤；用硫鐵礦為原料產生的廢渣較多，但廢氣量相同，故C項正確；用SO₂制取SO₃的過程中都需要使用催化劑，故D項錯誤，
故選：AC；
（7）98%的濃H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物質的量之比為$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的濃H₂SO₄可以表示為SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示為2SO₃•H₂O，進一步表示為$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，計算濃硫酸改寫后H₂O的物質的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質的量，濃硫酸改寫后H₂O的物質的量為n（H₂O）=1000g÷（80+$\frac{10}{9}$×18）×$\frac{10}{9}$=$\frac{100}{9}$mol，則$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質的量為10mol，根據硫原子守恒，稀釋后可得濃硫酸H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的質量為$\frac{200}{9}$mol×（98+2）g/mol=2222g，約是2.22Kg，
故答案為：2.22．

點評 本題考查了工業(yè)制硫酸的生成過程和反應特征，二氧化硫的催化氧化反應的條件選擇，熱化學方程式的書寫，以及有關計算，題目過程復雜，為易錯題目，關鍵是明確濃硫酸中水與三氧化硫反應轉化為硫酸，注意理解利用改寫成化學式形式結合守恒進行解答，難度中等．