Question

17．工業(yè)上利用某地磷礦（主要成分是磷酸鈣，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，另外還含有石英及少量碳酸鎂、氧化鋁等不含磷雜質(zhì)）制取磷銨，并用制磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸、水泥．其生產(chǎn)流程如下：

請分析并回答下列問題：
（1）窯氣（SO₂）進(jìn)入接觸室前需要凈化的目的是防止接觸室中的催化劑中毒；
（2）實驗室完成操作b的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾、洗滌和干燥等；
（3）如圖1表示接觸室和吸收塔的內(nèi)部構(gòu)造．吸收塔內(nèi)安裝有許多瓷環(huán)作用是增大SO₃與吸收劑的接觸面積，使SO₃充分吸收；

（4）接觸室中進(jìn)行學(xué)反應(yīng)是：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-296.4kJ/mol．接觸室內(nèi)安裝熱交換器的目的是預(yù)熱進(jìn)入接觸室的反應(yīng)混合氣體，及時將反應(yīng)放出的熱量吸收，防止接觸室溫度偏高．圖1表示接觸室中催化劑隨溫度變化圖象，圖2表示SO₂的轉(zhuǎn)化率a（SO₂）隨溫度T及壓強(qiáng)P的變化圖象．你認(rèn)為接觸室中最合適的溫度和壓強(qiáng)是400℃～500℃、101KPa．

（5）硫酸廠的尾氣除了含有N₂、O₂外，還含有SO₂、微量的SO₃和酸霧．能用于測定硫酸廠尾氣中SO₂含量的試劑是BD（填字母代號）：
A．NaOH溶液、酚酞試液                B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄
C．氨水、酚酞試液                      D．碘水、淀粉溶液
（6）在述生產(chǎn)過程中循環(huán)利用的物質(zhì)有H₂SO₄、SO₂（填化學(xué)式）；
（7）磷銨是一種常用復(fù)合肥，經(jīng)分析其中氮與磷原子數(shù)之比為3：2，在生產(chǎn)過程中平均有7%的磷元素?fù)p失，該廠日均生產(chǎn)74.1噸磷銨，要維持正常生產(chǎn)，每天需運入這種磷礦至少125噸．

Answer 1

分析 裝置A中硫酸與磷礦反應(yīng)，操作a是把固體與液體分開，應(yīng)為過濾，裝置B中氨氣與磷酸反應(yīng)，操作b是由溶液中析出晶體，應(yīng)經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作得到磷銨，磷酸受熱容易分解，在結(jié)晶時應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶．磷石膏中含有硫酸鈣，經(jīng)過煅燒生成水泥，得到二氧化硫窯氣，凈化后得二氧化硫，在接觸室中氧化得三氧化硫，與水反應(yīng)得硫酸，可以再參加與磷礦石的反應(yīng)，尾氣中二氧化硫循環(huán)利用．
（1）未凈化的SO₂氣體中有粉塵等雜質(zhì)，可以使催化劑中毒；
（2）操作b是從溶液中獲得晶體；
（3）增大SO₃與吸收劑的接觸面積；
（4）預(yù)熱進(jìn)入接觸室的反應(yīng)混合氣體，及時將反應(yīng)放出的熱量吸收；400℃～500℃、101KPa時二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，再增大壓強(qiáng)，會增大成本，二氧化硫轉(zhuǎn)化率提高不大；
（5）SO₂、微量的SO₃和酸霧都能與堿反應(yīng)，不能利用堿測定，SO₂具有還原性，可以利用強(qiáng)氧化劑測定；
（6）由上述分析可知，硫酸、二氧化硫可以循環(huán)利用；
（7）磷銨是一種常用復(fù)合肥，經(jīng)分析其中氮與磷原子數(shù)之比為3：2，磷銨的化學(xué)式可以表示為：（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，根據(jù)P元素守恒可得關(guān)系式：2P～（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，根據(jù)關(guān)系式計算．

解答 解：裝置A中硫酸與磷礦反應(yīng)，操作a是把固體與液體分開，應(yīng)為過濾，裝置B中氨氣與磷酸反應(yīng)，操作b是由溶液中析出晶體，應(yīng)經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作得到磷銨，磷酸受熱容易分解，在結(jié)晶時應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶．磷石膏中含有硫酸鈣，經(jīng)過煅燒生成水泥，得到二氧化硫窯氣，凈化后得二氧化硫，在接觸室中氧化得三氧化硫，與水反應(yīng)得硫酸，可以再參加與磷礦石的反應(yīng)，尾氣中二氧化硫循環(huán)利用．
（1）未凈化的SO₂氣體中有粉塵等雜質(zhì)，可以使催化劑中毒，
故答案為：防止接觸室中的催化劑中毒；
（2）操作b是從溶液中獲得晶體，從溶液中析出晶體的方法是：將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得相應(yīng)晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（3）吸收塔內(nèi)安裝有許多瓷環(huán)，增大SO₃與吸收劑的接觸面積，使SO₃充分吸收，
故答案為：增大SO₃與吸收劑的接觸面積，使SO₃充分吸收；
（4）接觸室內(nèi)安裝熱交換器，可以預(yù)熱進(jìn)入接觸室的反應(yīng)混合氣體，及時將反應(yīng)放出的熱量吸收，防止接觸室溫度偏高，400℃～500℃、101KPa時二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，再增大壓強(qiáng)，會增大成本，二氧化硫轉(zhuǎn)化率提高不大，該溫度下反應(yīng)速率較快、催化劑活性最好，
故答案為：預(yù)熱進(jìn)入接觸室的反應(yīng)混合氣體，及時將反應(yīng)放出的熱量吸收，防止接觸室溫度偏高；400℃～500℃、101KPa；
（5）A．NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測量的SO₂含量偏高，故A錯誤；
B．硫酸尾氣中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液顏色由紫紅色變?yōu)闊o色，根據(jù)KMnO₄溶液的體積結(jié)合方程式計算SO₂的含量，故B正確；
C．氨水與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測量的SO₂含量偏高，故C錯誤；
D．硫酸尾氣中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色，根據(jù)碘水溶液的體積結(jié)合方程式計算SO₂的含量，故D正確，
故選：BD；
（6）由上述分析可知，H₂SO₄、SO₂可以循環(huán)利用，
故答案為：H₂SO₄、SO₂；
（7）磷銨是一種常用復(fù)合肥，經(jīng)分析其中氮與磷原子數(shù)之比為3：2，磷銨的化學(xué)式可以表示為：（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，設(shè)需要磷礦y噸，則：
         2P～～～～～～～（NH₄）₃H₃（PO₄）₂
        62                 247
y噸×80%×$\frac{31×2}{310}$×（1-7%）   74.1噸
所以62：244=y噸×80%×$\frac{31×2}{310}$×（1-7%）：74.1噸
解得y=125
故答案為：125．

點評 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及物質(zhì)的分離提純、對條件的控制、對裝置與原理的分析評價、實驗方案設(shè)計、化學(xué)計算等，（7）中計算為易錯點、難點，關(guān)鍵根據(jù)原子數(shù)目之比確定磷銨的組成，難度中等．