Question

3．（1）硫酸的用途非常廣泛，可應(yīng)用于下列哪些方面火山噴發(fā)所產(chǎn)生的硫黃可用于生產(chǎn)重要的化工原料硫酸．某企業(yè)用如圖1所示的工藝流程生產(chǎn)硫酸：

請回答下列問題：
（1）硫酸的用途非常廣泛，可應(yīng)用于下列哪些方面BCD
A．橡膠的硫化
B．表面活性劑“烷基苯磺酸鈉”的合成
C．鉛蓄電池的生產(chǎn)
D．過磷酸鈣的制備
（2）為充分利用反應(yīng)放出的熱量，接觸室中應(yīng)安裝熱交換器（填設(shè)備名稱）．吸收塔中填充有許多瓷管，其作用是增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收．
（3）如果進入接觸室的混合氣（含SO₂體積分數(shù)為7%、O₂為11%、N₂為82%）中SO₂平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關(guān)系如圖所示．在實際生產(chǎn)中，SO₂催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓和450℃，而沒有選擇SO₂轉(zhuǎn)化率更高的B或C點對應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因分別是不選擇B點，因為壓強越大對設(shè)備的投資大，消耗的動能大，SO₂原料的轉(zhuǎn)化率已是97%左右，再提高壓強，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，所以采用1個大氣壓、不選擇C點，因為溫度越低，SO₂轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化作用受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高，故不選C點．
（4）為使硫黃充分燃燒，經(jīng)流量計l通入燃燒室的氧氣過量50%；為提高SO₂轉(zhuǎn)化率，經(jīng)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(chǎn)過程中流經(jīng)流量計l和流量計2的空氣體積比應(yīng)為6：5．假設(shè)接觸室中SO₂的轉(zhuǎn)化率為95%，b管排出的尾氣中二氧化硫的體積分數(shù)為0.41%（空氣中氧氣的體積分數(shù)按0.2計）．
（5）工業(yè)對硫酸廠尾氣的處理方法一般是用氨水吸收．

Answer 1

分析 （1）A、橡膠硫化所用到的為單質(zhì)硫；
B、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(yīng)；
C、鉛蓄電池中需要用到硫酸和硫酸鉛；
D、過磷酸鈣的制取過程中需要濃硫酸和磷礦石；
（2）充分利用能量，應(yīng)安裝熱交換器，吸引塔中填充許多瓷管，增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面；
（3）從溫度、壓強對SO₂的轉(zhuǎn)化率進行分析；
（4）假設(shè)SO₂的體積為x，經(jīng)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(jīng)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，接觸室剩余空氣6.25x-0.5×0.95x=5.775x，剩余SO₂0.05x，故b管尾氣中SO₂的體積分數(shù)=$\frac{V（S{O}_{2}）}{V（總）}$；
（5）二氧化硫是酸性氧化物，可用堿性物質(zhì)氨水來處理．

解答 解：（1）A、橡膠硫化所用到的為單質(zhì)硫，故A錯誤；
B、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(yīng)，磺化反應(yīng)就是與硫酸發(fā)生的取代反應(yīng)，故B正確；
C、鉛蓄電池中需要用到硫酸作電解質(zhì)溶液，故C正確；
D、過磷酸鈣的制取過程中需要濃硫酸和磷礦石，故D正確；
故選：BCD；
（2）充分利用能量，應(yīng)安裝熱交換器，吸引塔中填充許多瓷管，增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收，
故答案為：熱交換器；增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收；
（3）由圖2可知，不選B點，壓強越大對設(shè)備的投資越大，消耗的動能大，SO₂的轉(zhuǎn)化率在1個大氣壓時，已經(jīng)很高了，再提高壓強SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不大；不選C點，因為C點溫度低，SO₂的轉(zhuǎn)化率雖然很高，但是催化劑的催化效率降低，450℃時催化劑的催化效率最高，所以選擇A點，不選擇C點；
故答案為：不選B點，壓強越大對設(shè)備的投資越大，消耗的動能大，SO₂的轉(zhuǎn)化率在1個大氣壓時，已經(jīng)很高了，再提高壓強SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不大；不選C點，因為C點溫度低，SO₂的轉(zhuǎn)化率雖然很高，但是催化劑的催化效率降低，450℃時催化劑的催化效率最高，所以選擇A點，不選擇C點；
（4）燃燒室中的反應(yīng)為S+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$SO₂，假設(shè)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(yīng)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(jīng)流量計1和流量計2的空氣體積比應(yīng)為7.5x：6.25x=6：5；
燃燒室剩余空氣6.5x，接觸室剩余空氣6.25x-0.5×0.95x=5.775x，剩余SO₂0.05x，故b管尾氣中SO₂的體積分數(shù)為$\frac{0.05x}{6.5x+5.775x+0.05x}$=0.41%；
故答案為：6：5；0.41%；
（5）硫酸工業(yè)的尾氣中含有二氧化硫，二氧化硫是酸性氧化物，可用堿性物質(zhì)氨水來處理，故答案為：用氨水吸收．

點評 本題考查化學(xué)與技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)，為往年高考熱點，近幾年高考一般不涉及，需要學(xué)生細讀生產(chǎn)工藝圖中各物質(zhì)的變化進行解答，把握氨堿法、制備濃硫酸的工藝流程及設(shè)備的作用、發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．