Question

6．硫酸的年產(chǎn)量高低常用于衡量一個(gè)國(guó)家化工生產(chǎn)水平的高低．
（1）以黃鐵礦為原料生產(chǎn)SO₂時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，該反應(yīng)在沸騰爐中進(jìn)行（填設(shè)備名稱(chēng)）；
（2）某科研小組測(cè)得某硫酸工廠生產(chǎn)工廠中SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率與外部條件的關(guān)系如下表所示，則生產(chǎn)過(guò)程中，最適合的生產(chǎn)條件是1個(gè)大氣壓、400℃；

壓強(qiáng)    （Pa）       溫度  （℃）	1.013×105	5.065×105	10.13×105	15.195×105
400	99.61%	99.72%	99.84%	99.88×105
500	96.75%	97.67%	98.52%	98.94%
600	85.20%	88.97%	92.76%	94.68%

（3）接觸室內(nèi)有一熱交換器，其作用是預(yù)熱原料氣，吸收反應(yīng)放出的熱量，若將從C處（如圖）出來(lái)的氣體通入BaCl₂溶液中，則主要負(fù)電離子方程式為（寫(xiě)總反應(yīng)式）SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺；
（4）下列做法中，與提高硫酸工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益無(wú)關(guān)的是d；
a．適當(dāng)?shù)貙?duì)黃鐵礦進(jìn)行粉碎
b．在接觸室中使用適當(dāng)過(guò)量的O₂
c．利用生產(chǎn)中的余熱發(fā)電或供暖
d．對(duì)廢水進(jìn)行無(wú)害化處理后再排放
（5）硫酸工業(yè)會(huì)產(chǎn)生許多對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，因此無(wú)論是工廠廠址的選擇還是生產(chǎn)過(guò)程中有害成分的處理都要充分考慮環(huán)保的要求；
①某市計(jì)劃建一個(gè)硫酸工廠，廠址有A、B、C三個(gè)地方可供選擇，假設(shè)最終該廠建在B地，你認(rèn)為選擇B地建廠的理由是（至少回答兩點(diǎn)）B地遠(yuǎn)離硫酸的消耗中心、B地遠(yuǎn)離人品稠密的地方；
②將尾氣中SO₂在一定條件下轉(zhuǎn)化為CaSO₄，然后利用焦炭將其轉(zhuǎn)化為CaS（另有一種可燃性氣體生成）具有重要的意義，寫(xiě)出CaSO₄轉(zhuǎn)化為CaS的化學(xué)方程式CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO；
（6）若用等質(zhì)量的硫磺，F(xiàn)eS₂生產(chǎn)硫酸，假設(shè)原料的總利用率均為90%，則二者得到的硫酸質(zhì)量比為15：8．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)制硫酸是在沸騰爐中燃燒黃鐵礦，黃鐵礦的主要成分是FeS₂，在氧氣中燃燒得到SO₂和Fe₂O₃；
（2）接觸室發(fā)生的反應(yīng)為2SO₂（g）+O₂（g）?△2SO₃（g）△H＜0，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，從圖表中可以看出，恒溫時(shí)增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，但反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率變化幅度不大，但壓強(qiáng)的增大消耗能源及對(duì)設(shè)備的要求也高，故不易高壓，綜合考慮可選擇適宜溫度和壓強(qiáng)；
（3）接觸室發(fā)生的反應(yīng)為2SO₂（g）+O₂（g）?△2SO₃（g）△H＜0，反應(yīng)放出的熱量會(huì)使容器內(nèi)溫度升高，促進(jìn)平衡逆向移動(dòng)，不易提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，故通過(guò)熱交換器對(duì)反應(yīng)降溫，轉(zhuǎn)移能量給反應(yīng)物加熱；從C處排出的尾氣主要含有SO₂和SO₃，其中SO₃能和BaCl₂溶液反應(yīng)生成白色沉淀，SO₂不能與反應(yīng)，原因是弱酸不能制強(qiáng)酸；
（4）礦石粉碎后有利于硫元素盡可能多轉(zhuǎn)化為SO₂及提高反應(yīng)速率，a正確；氧氣過(guò)量可提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，b正確；余熱發(fā)電或供暖可“變廢為寶”，c正確；廢液處理會(huì)導(dǎo)致投入增加，d錯(cuò)誤；
（5）①由于運(yùn)送硫酸的成本遠(yuǎn)高于運(yùn)送礦石的成本，故硫酸工廠應(yīng)該接近消耗中心的地方；又因?yàn)榱蛩釋儆谥匚廴竟�業(yè)，故應(yīng)建在遠(yuǎn)離風(fēng)景名勝區(qū)，人口稠密的地方；②C與CaSO₄是反應(yīng)物，生成物是CO與CaS，由此可寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式；
（6）化學(xué)變化過(guò)程中遵守原子守恒①，可以先計(jì)算出等質(zhì)量的硫磺和FeS₂的物質(zhì)的量之比，即可計(jì)算出生成硫酸的物質(zhì)的量比及硫酸的質(zhì)量比．

解答 解：（1）工業(yè)制硫酸是利用黃鐵礦在沸騰爐中燃燒生成二氧化硫，然后在接觸室催化氧化二氧化硫得三氧化硫，最后吸收塔用98%的濃硫酸吸收SO₃，其中黃鐵礦燃燒反應(yīng)方程式為4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；沸騰爐；
（2）從圖中可看出恒壓條件下升高溫度，SO₂的轉(zhuǎn)化率降低，因此選擇低溫400℃，在恒溫條件下增大壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率增大幅度較小，考慮到產(chǎn)生高壓會(huì)消耗能源及對(duì)設(shè)備的要求較高，因此選擇較低壓強(qiáng)為宜，故答案為：1個(gè)大氣壓、400℃；
（3）在接觸室內(nèi)通過(guò)熱交換轉(zhuǎn)移反應(yīng)放出的熱量，給容器降溫，促進(jìn)平衡正向移動(dòng)提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，另外通過(guò)熱交換可以給反應(yīng)物預(yù)熱，有利于反應(yīng)進(jìn)行；從C處排出的尾氣主要含有SO₂和SO₃，通過(guò)BaCl₂溶液時(shí)，SO₃能和BaCl₂溶液反應(yīng)生成BaSO₄沉淀，SO₂不能被吸收，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺，故答案為：預(yù)熱原料氣，吸收反應(yīng)放出的熱量；SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺；
（4）a．粉碎黃鐵礦增大反應(yīng)接觸面積，有利于提高硫原子利用率，a正確；
     b．在接觸室中使用適當(dāng)過(guò)量的O₂，可提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，對(duì)提高硫酸的產(chǎn)量有利，b正確；
     c．通過(guò)熱交換可將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移出來(lái)用于余熱發(fā)電或供暖，提高經(jīng)濟(jì)效益，c正確；
     d．對(duì)廢水進(jìn)行無(wú)害化處理后再排放，避免環(huán)境污染，但增加了經(jīng)濟(jì)反投入，d錯(cuò)誤；    
故答案為：d；
（5）①工業(yè)制硫酸選擇廠址時(shí)要考慮原料的運(yùn)輸成本，因尾氣對(duì)環(huán)境有影響應(yīng)盡量避免對(duì)居民的生活影響，減少對(duì)名勝古跡的損害，綜合考慮B地完全符合條件，適宜建廠；②焦炭將CaSO₄轉(zhuǎn)化為CaS和另有一種可燃性氣體生成，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，可知此氣體是CO，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO↑；故答案為：①B地遠(yuǎn)離硫酸的消耗中心，B地遠(yuǎn)離人品稠密的地方，B地不發(fā)球風(fēng)景名勝區(qū)；②CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+4CO↑；
（6）已知n=$\frac{mg}{Mg/mol}$，可知等質(zhì)量的硫磺和FeS₂的物質(zhì)的量之比與二者摩爾質(zhì)量之比成反比，則硫磺和FeS₂的物質(zhì)的量之比為$\frac{120g/mol}{32g/mol}=\frac{15}{4}$，在制備硫酸的過(guò)程中遵守硫原子守恒，且生成硫酸的質(zhì)量比等于物質(zhì)的量之比為$\frac{15}{4×2}$=15：8；故答案為：15：8．

點(diǎn)評(píng) 硫酸工業(yè)制法，考查氧化還原理論，化學(xué)平衡的移動(dòng)，原子守恒等知識(shí)點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)要求比較強(qiáng)，屬中等難度．