Question

1．硫酸是重要的工業(yè)原料．工業(yè)上生產硫酸主要分為造氣、催化氧化、吸收三個階段，其生產流程圖如下：

（1）操作I的內容是凈化、干燥除去有害成分，此操作目的是防止催化劑中毒．物質B是H₂O．a=98．
（2）工業(yè)上既可用硫黃也可用硫鐵礦（FeS₂）造氣，若使用硫鐵礦造氣．另一產物是一種常見的紅棕色固體．寫出用硫鐵礦造氣時反應的化學方程式4FeS₂+110₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂0₃．
（3）催化反應室中的反應是一個氣體體積縮小的反應．增大壓強有利于反應向右進行．但實際生產卻是在常壓下進行的．原因是常壓下SO₂轉化為SO₃的轉化率已很大
（4）工業(yè)生產中常用氨一硫酸法進行尾氣脫硫，以達到消除污染、廢物利用的目的．用兩個化學方程式表示其反應原理SO₂+2NH₃•H₂O═（NH₄）₂SO₃，（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O
（5）若用等質量的硫黃、FeS₂生產硫酸．假設原料的總利用率均為90%．則二者得到硫酸的質量比為15：8．

Answer 1

分析 工業(yè)上生產硫酸主要分為造氣、催化氧化、吸收三個階段，造氣主要用硫鐵礦（FeS₂）與氧氣在高溫條件下反應生成二氧化硫氣體，生成的二氧化硫氣體再與經過凈化、干燥除去有害成分的空氣一起通到催化反應室進行催化氧化生成三氧化硫，最后再用98%的硫酸溶液吸收三氧化硫制得發(fā)煙硫酸，再加水稀釋得到濃硫酸；
（1）根據以上分析，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫需要催化劑，而催化劑又要注意不能中毒失效，吸收塔用98%的硫酸溶液吸收三氧化硫制得發(fā)煙硫酸，再加水稀釋得到濃硫酸，據此分析；
（2）根據以上分析，造氣主要用硫鐵礦（FeS₂）與氧氣在高溫條件下反應生成二氧化硫氣體和紅棕色固體三氧化二鐵，據此書寫硫鐵礦造氣時反應的化學方程式；
（3）根據工業(yè)生產經濟化結合常壓下SO₂轉化為SO₃的轉化率已很大分析；
（4）工業(yè)生產中常用氨-酸法進行尾氣脫硫，即先用氨水吸收二氧化硫生成亞硫酸鹽，再用濃硫酸處理；
（5）根據等質量的硫黃和FeS₂可以先計算出硫磺和FeS₂中的S原子的物質的量之比，再遵守S原子守恒即可計算出硫酸的質量比．

解答 解：工業(yè)上生產硫酸主要分為造氣、催化氧化、吸收三個階段，造氣主要用硫鐵礦（FeS₂）與氧氣在高溫條件下反應生成二氧化硫氣體，生成的二氧化硫氣體再與經過凈化、干燥除去有害成分的空氣一起通到催化反應室進行催化氧化生成三氧化硫，最后再用98%的硫酸溶液吸收三氧化硫制得發(fā)煙硫酸，再加水稀釋得到濃硫酸；
（1）根據以上分析，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫需要催化劑，而催化劑又要注意不能中毒失效，所以操作I的內容是凈化、干燥除去有害成分，操作目的是防止催化劑中毒；吸收塔用98%的硫酸溶液吸收三氧化硫制得發(fā)煙硫酸再加水稀釋得到濃硫酸，所以物質B是H₂O，a=98，故答案為：干燥除去有害成分；防止催化劑中毒；H₂O；98；
（2）造氣主要用硫鐵礦（FeS₂）與氧氣在高溫條件下反應生成二氧化硫氣體和紅棕色固體三氧化二鐵，方程式為：4FeS₂+110₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂0₃，故答案為：4FeS₂+110₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂0₃；
（3）因為常壓下SO₂轉化為SO₃的轉化率已很大，所以增大壓強雖然能增大SO₂轉化為SO₃的轉化率，但是增大壓強，成本也隨之增大，則實際生產在常壓下即可，故答案為：常壓下SO₂轉化為SO₃的轉化率已很大；
（4）工業(yè)生產中常用氨-酸法進行尾氣脫硫，即先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，氨水吸收時，發(fā)生反應：SO₂+2NH₃•H₂O═（NH₄）₂SO₃，再用濃硫酸處理時，發(fā)生反應：（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O，以達到消除污染、廢物利用的目的；
故答案為：SO₂+2NH₃•H₂O═（NH₄）₂SO₃，（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O；
（5）已知n=$\frac{mg}{Mg/mol}$，可知等質量的硫磺和FeS₂的物質的量之比與二者摩爾質量之比成反比，則硫磺和FeS₂的物質的量之比為 $\frac{120g/mol}{32g/mol}$=$\frac{15}{4}$，所以其S原子的物質的量之比15：4×2=15：8，在制備硫酸的過程中遵守硫原子守恒，且原料的總利用率均為90%，所以生成硫酸的質量比等于物質的量之比即硫原子的物質的量之比為=15：8；故答案為：15：8．

點評 本題考查的知識點多，主要是工業(yè)接觸法制硫酸的流程、原理、工業(yè)尾氣的處理、化學方程式書寫以及守恒法計算等，只有掌握相關的基礎知識，解題并不困難，題目難度中等．