Question

（2011?江山市模擬）以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的主要設(shè)備是沸騰爐、（爐氣精制）、接觸室和吸收塔等．
（1）請(qǐng)寫出爐氣制造即沸騰爐中黃鐵礦燃燒的化學(xué)方程式

4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+4SO₂

．
（2）爐氣精制的作用是將含SO₂進(jìn)行除法和水洗．而精制爐氣即SO₂的催化氧化，在接觸室中進(jìn)行．
A、精制爐氣（含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(qiáng)關(guān)系如圖1所示．在實(shí)際生產(chǎn)中，SO₂催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓、450℃左右（對(duì)應(yīng)圖中A點(diǎn)），而沒(méi)有選擇SO₂轉(zhuǎn)化率更高的B或C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因分別是

不選B點(diǎn)，因?yàn)閴簭?qiáng)越大對(duì)設(shè)備的投資大，消耗的動(dòng)能大；SO₂原料的轉(zhuǎn)化率在1個(gè)大氣壓下的轉(zhuǎn)化率已是97%左右，再提高壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，所以采用1個(gè)大氣壓

、

不選擇C點(diǎn)，因?yàn)闇囟仍降�，SO₂轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用受影響，450℃時(shí)，催化劑的催化效率是高．故選擇A點(diǎn)，不選C點(diǎn)．

．
B、接觸室中2SO₂（g）+O₂（g） 

催化劑 .

△

2SO₃（g），反應(yīng)過(guò)程的能量變化如圖2所示．
已知1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃（g）的△H=-99kJ?mol^-1．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①圖中C點(diǎn)表示

生成物能量

，E的大小對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)熱

無(wú)

（填“有”或“無(wú)”） 影響．該反應(yīng)通常用V₂O₅作催化劑，加V₂O₅會(huì)使圖中B點(diǎn)

降低

（填“升高”或“降低”）．
②反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c2(SO3)

c2(SO2)c(O2)

，升高溫度，K值

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”）；圖中△H=

-198

kJ?mol^-1．
（3）從吸收塔出來(lái)的氣體用一定量氨水吸收，得到的銨鹽產(chǎn)品是（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的混合物．取不同質(zhì)量的銨鹽，分別加入x mol/L的50.00mL NaOH溶液中，經(jīng)沸水浴（此溫度下銨鹽自身不分解）加熱使氨氣全部逸出，干燥后用濃硫酸完全吸收．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	銨鹽質(zhì)量（g）	濃硫酸增加的質(zhì)量（g）
第一次	1.570	0.340
第二次	3.140	0.680
第三次	4.710	0.510
第四次	6.280	0

①該銨鹽中（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的物質(zhì)的量之比為

2：1

．
②x的值為

1.2

．

Answer 1

分析：（1）結(jié)合工業(yè)制硫酸的原理書寫化學(xué)方程式；
（2）A、根據(jù)圖中所示，結(jié)合實(shí)際生成和需要，在常壓下二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高了，再加壓需要對(duì)設(shè)備更新投入，且提高的余地很小，無(wú)經(jīng)濟(jì)效益；溫度過(guò)低，反應(yīng)速率低生產(chǎn)周期長(zhǎng)影響生成效益；
B、根據(jù)圖形分析結(jié)合能量高低進(jìn)行判斷，催化劑只改變反應(yīng)的活化能不改變平衡，反應(yīng)的焓變只與起始和終了物質(zhì)的能量有關(guān)，與反應(yīng)過(guò)程無(wú)關(guān)，運(yùn)用化學(xué)平衡的理論，改變條件，依據(jù)平衡移動(dòng)的方向來(lái)分析判斷，K值只隨溫度的變化而變化；
（3）本反應(yīng)歷程是：OH^-首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反應(yīng)，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應(yīng)放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₃的量也增大，放出的氨氣的量會(huì)為0．濃硫酸增加的質(zhì)量就是氨氣的質(zhì)量．第一次和第二次放出的氨氣的量是一樣的，所以說(shuō)第一次肯定是OH^-的量過(guò)量．利用第二次的量計(jì)算（因?yàn)槭荗H^-不足）．

解答：解：（1）根據(jù)反應(yīng)原料寫出化學(xué)方程式4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+4SO₂，故答案為4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+4SO₂
（2）①E為活化能，不影響化學(xué)反應(yīng)能量，加入催化劑可改變反應(yīng)歷程并降低活化能．
②K只與溫度相關(guān)的函數(shù)，升高溫度，由于本反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向逆移動(dòng)，故K減��；圖中表示的是反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑 .

△

2SO₃（g），表示2mol二氧化硫反應(yīng)放出的熱量，已知1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃（g）的△H=-99kJ?mol^-1，所以圖中的焓變?yōu)?9kJ?mol^-1×2=198KJ?mol^-1，
故答案為：①生成物能量，無(wú)，降低．②，減小，-198．
（3）本反應(yīng)歷程是：OH^-首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反應(yīng)，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應(yīng)放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₃的量也增大，放出的氨氣的量會(huì)為0．濃硫酸增加的質(zhì)量就是氨氣的質(zhì)量．第一次和第二次放出的氨氣的量是一樣的，所以說(shuō)第一次肯定是OH^-的量過(guò)量．利用第二次的量計(jì)算（因?yàn)槭荗H^-不足）．
設(shè)：（NH₄）₂SO₃的物質(zhì)的量為a，NH₄HSO₃的物質(zhì)的量為b
116a+99b=3.140（質(zhì)量守恒）…①
17（2a+b）=0.680（元素守恒）…②
解得a=0.010mol，b=0.020mol，即（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的物質(zhì)的量之比為1：2．
再根據(jù)（NH₄）₂SO₃～2NaOH，NH₄HSO₃～NaOH，可算出x=1.2mol/L．
故答案為：①1：2．②1.2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了影響化學(xué)平衡的因素，利用平衡進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的條件選擇，反應(yīng)焓變的計(jì)算和影響因素，平衡常數(shù)的書寫與判斷，元素守恒、質(zhì)量守恒的計(jì)算應(yīng)用等知識(shí)．