Question

1．硫酸工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位．我國采用“接觸法’’制硫酸，設備如圖1所示：
（1）用黃鐵礦為原料生產(chǎn)SO₂，反應的化學方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，該反應在沸騰爐進行（填設備名稱）．
（2）為提高SO₃吸收率，實際生產(chǎn)中用98.3%濃硫酸吸收SO₃；這樣做的優(yōu)點是防止吸收過程中產(chǎn)生酸霧，提高SO₃吸收率和硫酸的產(chǎn)率．
（3）由A排出的爐渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃化合而成），其中硫酸銅的質量分數(shù)隨溫度不同而變化（見下表）：

沸騰爐溫度/℃	600	620	640	660
爐渣中CuSO4的質量分數(shù)/%	9.3	9.2	9.0	8.4

已知CuSO₄在低于660℃時不會分解，請簡要分析上表中CuSO₄的質量分數(shù)隨溫度升高而降低的原因SO₂轉化為SO₃是正反應放熱的可逆反應，隨溫度升高，平衡逆移，SO₃物質的量減少，故CuSO₄的量減少（或溫度升高，SO₃物質的量減少，故CuSO₄的量減少）．
（4）近年來有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品及氯化鈉循環(huán)治理含二氧化硫廢氣并回收二氧化硫的方法，該方法的流程如圖2：試寫出②、④的化學反應方程式NaOH+SO₂═NaHSO₃、NaHSO₃+HCl═NaCl+H₂O+SO₂↑．

Answer 1

分析 （1）黃鐵礦的主要成分是FeS₂，在沸騰爐中高溫條件下與氧氣反應；
（2）吸收塔中吸收液的選擇從實際吸收效果考慮不采用水而采用濃硫酸，可防止產(chǎn)生酸霧；
（3）由表中數(shù)據(jù)分析出溫度和CuSO₄的質量分數(shù)之間的關系，而CuSO₄的質量取決于SO₃ 的質量，再由反應2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g），△H=-98.3kJ•mol^-1分析SO₃ 的質量和溫度之間的關系；
（4）依據(jù)流程圖分析，電解氯化鈉溶液得到氫氣、氯氣、氫氧化鈉溶液，步驟③反應條件為點燃，為氯氣和氫氣反應生成W為HCl，步驟②X溶液和二氧化硫反應生成亞硫酸氫鈉，X為NaOH，步驟④鹽酸和亞硫酸氫鈉反應生成氯化鈉、二氧化硫和水，最初的原料為NaCl，最終又有NaCl生成，同時回收二氧化硫．②過量的二氧化硫和氫氧化鈉反應生成NaHSO₃；④根據(jù)弱酸的酸式鹽能與強酸反應分析．

解答 解：（1）黃鐵礦的主要成分是FeS₂，在沸騰爐中高溫條件下與氧氣反應生成二氧化硫和三氧化二鐵，其反應方程式為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂； 沸騰爐；
（2）吸收塔中SO₃如果用水吸收，發(fā)生反應：SO₃+H₂O═H₂SO₄，該反應為放熱反應，放出的熱量易導致酸霧形成，阻礙水對三氧化硫的吸收；而濃硫酸的沸點高，難以氣化，不會形成酸霧，同時三氧化硫易溶于濃硫酸，所以工業(yè)上從吸收塔頂部噴灑濃硫酸作吸收液，最終得到“發(fā)煙”硫酸，
故答案為：98.3%濃硫酸；防止吸收過程中產(chǎn)生酸霧，提高SO₃吸收率和硫酸的產(chǎn)率；
（3）硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成），根據(jù)題意由表中數(shù)據(jù)可知，硫酸銅的質量分數(shù)隨沸騰爐溫度升高而降低，是因為反應CuO+SO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄中SO₃的質量減少導致的，根據(jù)2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g），△H=-98.3kJ•mol^-1反應制備SO₃，該反應為可逆反應，正方向為放熱，隨著溫度升高，平衡逆向移動，導致SO₃的量減少，由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成CuSO₄的量也減少，
故答案為：SO₂轉化為SO₃是正反應放熱的可逆反應，隨溫度升高，平衡左移，SO₃物質的量減少，所以CuSO₄的量減少（或溫度升高，SO₃物質的量減少，故CuSO₄的量減少）；
（4）步驟①：電解飽和食鹽水的方程式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，步驟②X溶液和二氧化硫反應生成亞硫酸氫鈉，X為NaOH，步驟③反應條件為點燃，為氯氣和氫氣反應生成W為HCl，所以②為酸性氣體二氧化硫與氫氧化鈉反應生成亞硫酸鈉和水，化學方程式為：SO₂+NaOH=NaHSO₃，步驟③弱酸的酸式鹽NaHSO₃與強酸HCl反應：NaHSO₃+HCl=NaCl+SO₂↑+H₂O，
故答案為：SO₂+NaOH=NaHSO₃、NaHSO₃+HCl=NaCl+SO₂↑+H₂O．

點評 本題考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，同時涉及到反應原理、可逆反應的特點、反應的熱效應、三氧化硫的吸收等內容，具有一定的綜合性，需要一定的知識遷移能力，難度中等．