Question

[化學(xué)--選修化學(xué)與技術(shù)]硫酸是工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的產(chǎn)品之一．
（1）工業(yè)上制硫酸的主要分為

 

、

 

、

 

三個(gè)階段．
（2）下列是第二階段反應(yīng)的有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請(qǐng)選擇最合適的生產(chǎn)條件

 

．

壓強(qiáng)MPa 轉(zhuǎn)化率% 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

（3）現(xiàn)在欲提高反應(yīng)速率和SO₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是

 

．
A．向裝置中通入氮?dú)馇冶３煮w積不變
B．向裝置中通入氧氣且保持體積不變
C．添加更多的催化劑
D．降低溫度，及時(shí)轉(zhuǎn)移SO₃
（4）硫酸生產(chǎn)的尾氣中含有少量SO₂，可用石灰水吸收后，再用硫酸處理．此過(guò)程涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

，

 

．
（5）若進(jìn)入第二階段設(shè)備氣體的體積分?jǐn)?shù)為：SO₂7%、O₂11%、N₂82%．現(xiàn)有100體積這樣的混合氣體在反應(yīng)后變成為96.7體積，則反應(yīng)后混合氣體中N₂和SO₃的體積比為

 

，此時(shí)SO₂轉(zhuǎn)化率為

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)工業(yè)制硫酸的工藝流程分析回答；
（2）增大壓強(qiáng)后，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，加壓對(duì)設(shè)備的要求高且耗能多，將增大投資和能量消耗．400℃～500℃作為操作溫度，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想；
（3）提高反應(yīng)速率和SO₂的轉(zhuǎn)化率，依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)方向判斷；
（4）硫酸工業(yè)尾氣中SO₂凈化處理方法很多，SO₂是酸性氧化物，因此常用堿液吸收，如氨水、氫氧化鈉溶液、石灰水等；
（5）依據(jù)化學(xué)方程式，結(jié)合反應(yīng)前后體積差量計(jì)算；

解答：解：（1）制備過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)為：造氣，二氧化硫的生成：4FeS₂+11O₂═2Fe₂O₃+8SO₂；氧化，二氧化硫的催化氧化：2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃；三氧化硫的吸收：SO₃+H₂O═H₂SO₄；
故答案為：二氧化硫的生成，二氧化硫催化氧化；三氧化硫的吸收；
（2）增大壓強(qiáng)后，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，加壓對(duì)設(shè)備的要求高且耗能多，將增大投資和能量消耗．400℃～500℃作為操作溫度，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想．故選擇400℃～500℃，1MPa大氣壓．故答案為：400℃～500℃，1MPa大氣壓；
（3）A、恒溫恒容通入與平衡無(wú)關(guān)的氣體，總壓增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，二氧化硫轉(zhuǎn)化率不變；故A錯(cuò)誤；
B、增加空氣的量，反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)速率增大，會(huì)使平衡正向進(jìn)行，提高了二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；故B正確；
C、催化劑只改變速率不改變平衡，不改變轉(zhuǎn)化率；故C錯(cuò)誤；
D、降低溫度，及時(shí)轉(zhuǎn)移SO₃ 可以使平衡正向進(jìn)行，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，但降溫反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤；
故選B．
（4）在硫酸工業(yè)尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，也是酸性氧化物，進(jìn)行凈化處理時(shí)可以用堿液吸收，如NaOH、氨水、石灰水等，生成亞硫酸鹽，然后再用硫酸處理，重新生成SO₂和一種生產(chǎn)水泥的輔料，則堿液可選擇石灰水，反應(yīng)為SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O，
故答案為：石灰水；SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O；
（5）進(jìn)入第二階段設(shè)備氣體的體積分?jǐn)?shù)為：SO₂7%、O₂11%、N₂82%．現(xiàn)有100體積這樣的混合氣體在反應(yīng)后變成為96.7體積，反應(yīng)后氣體體積減少100-96.7=3.3；反應(yīng)后混合氣體中N₂和SO₃的體積比結(jié)合化學(xué)方程式中反應(yīng)后氣體體積變化計(jì)算為：
 2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃；△V
 2     1         2         1
 6.6   3.3      6.6      3.3
剩余氣體體積為：96.7，其中含有三氧化硫體積為6.6，二氧化硫體積=7-6.6=0.4，氧氣11-3.3=7.7，氮?dú)怏w積=82，反應(yīng)后混合氣體中N₂和SO₃體積比=82：6.6=410：33；
二氧化硫的轉(zhuǎn)化率=

6.6

7

×100%=94.3%
故答案為：410：33；94.3%

點(diǎn)評(píng)：本題考查了工業(yè)制硫酸的生成過(guò)程和反應(yīng)特征，二氧化硫的催化氧化反應(yīng)的條件選擇，尾氣吸收的方法判斷，二氧化硫接觸室催化氧化反應(yīng)的定量計(jì)算，題目難度中等．