Question

8．某研究人員按如圖所示流程進(jìn)行“燃煤煙氣的脫硫研究”，實(shí)驗(yàn)中，先一次性分別在相應(yīng)裝置中加入水和鐵，然后連續(xù)通入CO₂、SO₂和O₂混合氣體，反應(yīng)液多次循環(huán)，但過量的鐵仍在反應(yīng)裝置中與循環(huán)進(jìn)入的反應(yīng)液不斷反應(yīng)，經(jīng)過多次循環(huán)以后，導(dǎo)出的反應(yīng)液可用于制備FeSO₄•7H₂O．

（1）吸收裝置的溫度不宜過高，原因是溫度過高，氣體的溶解度下降，不利于反應(yīng)的進(jìn)行，該裝置中總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2SO₂+2H₂0+O₂=2H₂SO₄．
（2）反應(yīng)裝置的溫度控制在40℃左右，其中的反應(yīng)化學(xué)方程式為Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，此時(shí)欲加快該反應(yīng)速率可采取的措施有攪拌（或采用更細(xì)的鐵粉）（寫出一種即可）．
（3）實(shí)驗(yàn)中，對(duì)第一次循環(huán)中反應(yīng)液的pH在ABD三點(diǎn)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，ABD三點(diǎn)pH由小到大的次序?yàn)锽DA，若忽略循環(huán)中的熱量散失，CD兩點(diǎn)中溫度高的是D點(diǎn)．
（4）經(jīng)過多次循環(huán)以后導(dǎo)出反應(yīng)液，經(jīng)過冷卻結(jié)晶、過濾、洗凈晶體和干燥即可制得FeSO₄•7H₂O．
（5）上述流程中存在兩個(gè)可改進(jìn)處，一是廢熱利用，二是可利用尾氣1和尾氣2在一定條件下催化合成甲醇CH₄O（同時(shí)有H₂O生成），該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+3H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₄O+H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氣體的溶解度隨溫度的升高而降低分析并寫出反應(yīng)的方程式；
（2）根據(jù)反應(yīng)液的成分是硫酸和鐵粉反應(yīng)寫出反應(yīng)的方程式，攪拌或增大反應(yīng)物的接觸面積會(huì)使反應(yīng)加快；
（3）根據(jù)各點(diǎn)的成分分析溶液的pH，根據(jù)反應(yīng)伴隨能量的變化分析溫度高低；
（4）根據(jù)分離混合物的方法分析操作步驟；
（5）根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)放熱及書寫方程式的步驟寫出反應(yīng)的方程式．

解答 解：（1）溫度過高，氣體的溶解度下降，不利于反應(yīng)的進(jìn)行，因此吸收裝置的溫度不宜過高；故填：溫度過高，氣體的溶解度下降，不利于反應(yīng)的進(jìn)行；
（2）反應(yīng)裝置中產(chǎn)生的硫酸和鐵反應(yīng)產(chǎn)生硫酸亞鐵和氫氣，要加快反應(yīng)可以進(jìn)行攪拌（或采用更細(xì)的鐵粉）；故填：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；攪拌（或采用更細(xì)的鐵粉）；
（3）A點(diǎn)是純水，因此pH=7，B點(diǎn)是硫酸溶液，因此pH＜7，D點(diǎn)可能存在為完全反應(yīng)的硫酸，因此pH會(huì)增大，但仍然＜7，因此ABD三點(diǎn)pH由小到大的次序?yàn)锽DA；D點(diǎn)是鐵和硫酸反應(yīng)的溶液，反應(yīng)放熱，因此溫度會(huì)升高，即D點(diǎn)的溫度高于C點(diǎn)；故填：BDA；D；
（4）由于反應(yīng)放熱，因此可以通過冷卻降溫的方法使硫酸亞鐵結(jié)晶析出，然后通過過濾得到晶體；故填：冷卻結(jié)晶；過濾；
（5）由于反應(yīng)放熱，因此可以進(jìn)行廢熱回收利用；尾氣1的成分是二氧化碳，尾氣2的成分是氫氣，二氧化碳和氫氣在一定條件下催化合成甲醇CH₄O，同時(shí)有H₂O生成，因此反應(yīng)的方程式為：CO₂+3H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₄O+H₂O；故填：廢熱利用；CO₂+3H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₄O+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題為信息題的考查，涉及了反應(yīng)速率、質(zhì)量守恒定律、化學(xué)與生活等的考查，能夠考查學(xué)生的分析問題能力，難度較大．