Question

13．圖所示的裝置是仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程設計出來的，用于探究工業(yè)上為何采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫．

試填寫下列空白：
（1）寫出工業(yè)上用FeS₂制取SO₂的化學方程式4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）寫出上圖中部分裝置的作用：①甲干燥二氧化硫和氧氣；
②丙和�。何�收三氧化硫并做對照實驗．
（3）若丁裝置在反應過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，產生這種現(xiàn)象的可能原因是：①丙中插入濃硫酸溶液的導管插得太深，使兩個吸收瓶內的壓強差較大，導致SO₃從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧；②濃硫酸對SO₃的吸收效果遠好于水的吸收效果，SO₃充分被濃硫酸吸收．
（4）圖裝置中的甲和乙部分、丙和丁部分分別與工業(yè)制取硫酸的裝置相對應，甲和乙相當于接觸室；丙和丁相當于吸收塔．
（5）在硫酸工業(yè)制法中，下列生產操作與說明生產操作的主要原因二者都正確的是D（填下列各項的序號）．
A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中燃燒
B．從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中二氧化硫會與雜質反應
C．二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉化率
D．三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率．

Answer 1

分析 工業(yè)上接觸法制硫酸：生產分三步，二氧化硫的制取和凈化、二氧化硫轉化為三氧化硫、三氧化硫的吸收，分別在沸騰爐、接觸室、吸收塔中進行；其中從沸騰爐中出來的氣體需要凈化和干燥，是為了防止在接觸室中的催化劑中毒，在接觸室中的催化劑可以加快反應的速率，但不會影響平衡的移動，二氧化硫的轉化率不會改變；在吸收塔中生成的三氧化硫與水反應生成硫酸，若直接用水吸收會形成酸霧，因此在生產實踐中采用98.3%的濃硫酸吸收，這樣可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全．
仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程：裝置甲，干燥二氧化硫和氧氣，裝置乙是把生成的二氧化硫催化氧化，相當于工業(yè)上制取硫酸設備中的接觸室，裝置丙相當于工業(yè)上制取硫酸設備中的吸收塔，工業(yè)生成中吸收三氧化硫用98.3%的濃硫酸，用水吸收容易形成酸霧影響吸收效果，裝置丁用水吸收三氧化硫，通過丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫對照實驗．
（1）沸騰爐內煅燒黃鐵礦，反應物為FeS₂和O₂，生成物為Fe₂O₃和SO₂；
（2）①濃硫酸能干燥二氧化硫；②通過丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫對照實驗；
（3）若丁裝置在反應過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，可能是丙中插入濃硫酸溶液的導管插得較深，使兩個吸收瓶內的壓強差較大，而導致SO₃從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧也可能是濃硫酸對SO₃的吸收效果遠好于水，SO₃充分被濃硫酸吸收；
（4）根據工業(yè)制硫酸的步驟和設備名稱，結合實驗裝置的反應過程分析解答；
（5）A．增大反應物的接觸面積，能增大反應速率；
B．雜質能使催化劑中毒，催化劑中毒會影響反應的進度；
C．催化劑是指參與化學反應中間歷程的，反應前后質量化學性質不變，只改變反應速率，不影響化學平衡；
D．三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全．

解答 解：（1）工業(yè)上用FeS₂制取SO₂，F(xiàn)eS₂中Fe由+2價變?yōu)?3價，S由-1價變?yōu)?4價，1molFeS₂總共失去11mol電子，O₂中O由O價變?yōu)闉?2價，得4mol電子，所以FeS₂前計量數(shù)為4，O₂前計量數(shù)為11，再根據原子守恒其它物質的系數(shù)，化學方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）①在裝置乙中二氧化硫和氧氣發(fā)生催化氧化，需干燥的二氧化硫和氧氣，裝置甲盛放的是濃硫酸，干燥二氧化硫和氧氣，
故答案為：干燥二氧化硫和氧氣；
②裝置丙、丁相當于工業(yè)上制取硫酸設備中的吸收塔，裝置丙用濃硫酸吸收三氧化硫，裝置丁用水吸收三氧化硫，丁裝置用水吸收容易形成酸霧影響吸收效果，通過丙和丁裝置比較，做用水或濃硫酸吸收三氧化硫對照實驗，
故答案為：吸收三氧化硫并做對照實驗；
（3）若丁裝置在反應過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，可能是丙中插入濃硫酸溶液的導管插得較深，使兩個吸收瓶內的壓強差較大，而導致SO₃從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧也可能是濃硫酸對SO₃的吸收效果遠好于水，SO₃充分被濃硫酸吸收，
故答案為：濃硫酸對SO₃的吸收效果遠好于水的吸收效果，SO₃充分被濃硫酸吸收；
（4）裝置甲，干燥二氧化硫和氧氣，在裝置乙中二氧化硫和氧氣發(fā)生催化氧化，所以裝置甲和乙相當于相當于接觸室；裝置丙用濃硫酸吸收三氧化硫，裝置丁用水吸收三氧化硫，裝置丙、丁相當于吸收塔，
故答案為：接觸室；吸收塔；
（5）A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中充分燃燒，硫鐵礦粉碎后與氧氣的接觸面積增大，利于其充分的燃燒，大塊的硫鐵礦在空氣中也能燃燒，只是燃燒不充分，會造成資源的浪費，故A錯誤；
B．從沸騰爐出來的爐氣需凈化是因為其中帶有的雜質氣體會讓下一步接觸室里面的催化劑中毒，催化劑中毒會影響反應的進度，故B錯誤；
C．一般來說，催化劑是指參與化學反應中間歷程的，又能選擇性地改變化學反應速率，而其本身的數(shù)量和化學性質在反應前后基本保持不變的物質．通常把催化劑可以加速化學反應，使反應盡快達到平衡狀態(tài)，但不影響化學平衡，故二氧化硫的轉化率不會改變，只是達到平衡的時間變小，故C錯誤；
D．生成的三氧化硫與水反應生成硫酸，若直接用水吸收會形成酸霧，因此在生產實踐中采用98.3%的濃硫酸吸收，這樣可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全，故D正確；
故答案為：D．

點評 本題主要考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，同時涉及到平衡移動等，重點考查制備過程中的注意問題和條件的選擇依據，注重對知識的綜合運用和遷移能力考查，題目難度中等．