Question

13．硫酸工業(yè)的生產(chǎn)工藝流程可簡略表示如下：
請回答下列問題：
（1）設(shè)備X的名稱為接觸室，為充分利用反應(yīng)放出的熱量，設(shè)備X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，其作用是使?jié)饬蛩崤cSO₃充分接觸．
（2）精致爐氣（含有SO₂體積分?jǐn)?shù)為7%、O₂為11%、N₂為82%）中SO₂平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強關(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、450℃左右（對應(yīng)圖中A點），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B點，因為壓強越大對設(shè)備的投資大，消耗的動能大；SO₂的轉(zhuǎn)化率在1個大氣壓下已達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C點，因為溫度越低，SO₂轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高，所以選擇A點，不選C點．
（3）硫磺也可用于生產(chǎn)硫酸，與以硫鐵礦為原料的生產(chǎn)工藝相比，硫磺生產(chǎn)硫酸的工藝特點是A．
A．耗氧量減少   B．二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高
C．產(chǎn)生的廢氣減少  D．不需要使用催化劑
（4）硫酸的用途非常廣，可應(yīng)用于下列哪方面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
（5）工業(yè)生產(chǎn)中常用氨-酸法進行尾氣脫硫，以達到消除污染、廢物利用的目的．用化學(xué)方程式表示其反應(yīng)原理SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃；2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+H₂O+SO₂↑．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)硫酸工業(yè)制備流程，判斷設(shè)備名稱等；
（2）結(jié)合實際分析增大SO₂平衡轉(zhuǎn)化率的外界條件；
（3）A．硫鐵礦中鐵的氧化需要消耗O₂；
B．原料選擇與SO₂的轉(zhuǎn)化率無關(guān)；
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；
（4）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；
（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）根據(jù)所給的工藝流程可知，設(shè)備X中SO₂與O₂反應(yīng)制備SO₃，則設(shè)備X為接觸室；SO₂與O₂反應(yīng)為放熱反應(yīng)，為了充分利用能量，應(yīng)安裝熱交換器；吸收塔中填充許多瓷管，增大濃硫酸與SO₃的接觸面，有利于SO₃的吸收，
故答案為：接觸室；熱交換器； 使?jié)饬蛩崤cSO₃充分接觸； 
（2）根據(jù)所給的SO₂平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強關(guān)系圖可知，升高溫度或減小壓強平衡均向逆反應(yīng)方向移動，即SO₂平衡轉(zhuǎn)化率減小，從理論上分析制備硫酸應(yīng)采用低溫高壓，但實際生產(chǎn)中卻采用了常壓、450℃，這是因為在常壓下SO₂平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若增大壓強會增加設(shè)備成本，而溫度過低反應(yīng)速率較低，450℃時所使用的催化劑活性較高，綜合上述因素，選擇A點，即常壓、450℃條件下，
故答案為：不選B點，因為壓強越大對設(shè)備的投資大，消耗的動能大；SO₂的轉(zhuǎn)化率在1個大氣壓下已達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C點，因為溫度越低，SO₂轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高，所以選擇A點，不選C點；
（3）A．硫鐵礦中Fe元素的氧化也需要消耗O₂，所以硫磺生產(chǎn)硫酸的工藝中耗氧量減少，故A正確；
B．SO₂的轉(zhuǎn)化率與，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，
故答案為：A；
（4）A．橡膠硫化所用到的為單質(zhì)硫，不是硫酸，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)，用到濃硫酸，故B正確；
C．鉛蓄電池中需要用到硫酸和硫酸鉛，會用到硫酸，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；
故答案為：BCD；
（5）用氨-酸法進行尾氣脫硫，則需要將尾氣中的SO₂吸收，SO₂可與氨水反應(yīng)，但反應(yīng)生成的亞硫酸銨（或亞硫酸氫銨）不穩(wěn)定，需要進一步轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硫酸銨，發(fā)生反應(yīng)的方程式有：+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃  2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO4+H₂O+SO₂↑，
故答案為：SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃  2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO4+H₂O+SO₂↑．

點評 本題是對化學(xué)與技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)的考查，需要學(xué)生細(xì)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．