Question

如圖是現(xiàn)今常規(guī)生產(chǎn)發(fā)煙硫酸和硫酸的流程圖

（1）在④處二氧化硫被催化成三氧化硫，④的設(shè)備名稱是          。該處發(fā)生反應(yīng)的方程式為                。為提高三氧化硫的產(chǎn)率，該處應(yīng)采用        （填“等溫過(guò)程”或“絕熱過(guò)程”）為宜。
（2）在⑦處進(jìn)行二次催化處理的原因是            。
（3）⑤處氣體混合物主要是氮?dú)夂腿�氧化硫。此時(shí)氣體經(jīng)過(guò)⑥后不立即進(jìn)入⑦是因?yàn)?u>       
（4）20%的發(fā)煙硫酸（SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%）1噸需加水        噸（保留2位有效數(shù)字）才能配置成98%的成品硫酸。
（5）在②處發(fā)生1500℃的“不完全燃燒”，即先混入少量干燥空氣，然后在③處于700℃下再繼續(xù)燃燒。試說(shuō)明為何這種燃燒方式對(duì)環(huán)境保護(hù)是有利的？                。

Answer 1

化學(xué)反應(yīng)式或方程式未配平的均扣1分
（1）接觸室 （2分）   2SO₂＋O₂2SO₃（2分，“V₂O₅”寫成“催化劑”也可；無(wú)條件得1分；無(wú)“”不得分） 等溫過(guò)程（2分）
（2）該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，二次催化使尚未反應(yīng)的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護(hù)環(huán)境（2分，“提高原料利用率”1分，“保護(hù)環(huán)境” 1分）
（3）通過(guò)吸收塔⑥后，混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應(yīng)進(jìn)行。（2分，“SO₃含量較多”1分，“不利于SO₂的催化氧化”1分）
（4）0.066 （3分，上下差0.001均可）
（5）在高溫下，空氣的氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生成氮氧化物，有污染。低溫下，氮氧化物被還原，生成N₂，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。（2分，“生成氮氧化物”1分，“氮氧化物被還原”1分）

解析試題分析：生產(chǎn)發(fā)煙硫酸和硫酸一般經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程：沸騰爐燃燒→接觸室氧化→吸收塔吸收，即先把含硫的礦石在沸騰爐內(nèi)充分燃燒，然后將產(chǎn)生的SO₂通入接觸室內(nèi)，在高溫高壓催化劑的條件下被氧氣氧化，發(fā)生反應(yīng)2SO₂＋O₂2SO₃，將反應(yīng)后的混合氣體通入吸收塔，SO₃被水充分吸收從而得到發(fā)煙硫酸。由上圖，含硫礦石在沸騰爐中②燃燒，將混合氣體通入接觸室④中，SO₂被O₂氧化成SO₃，將混合氣體再通入吸收塔⑥SO₃被水吸收生成硫酸，繼續(xù)通入吸收塔充分吸收，然后再通入接觸室使殘余的SO₂進(jìn)一步被氧化成SO₃，再通入吸收塔被水吸收。
（1）④的設(shè)備為接觸室，反應(yīng)的化學(xué)方程式為： 2SO₂＋O₂2SO₃，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，為了提高SO₃的產(chǎn)率，不宜采取絕熱條件，而應(yīng)該采取等溫過(guò)程。
（2）該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，二次催化使尚未反應(yīng)完全的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護(hù)環(huán)境。
（3）⑤處氣體為SO₂、O₂、SO₃的混合氣體，氣體經(jīng)過(guò)吸收塔⑥后SO₃被水吸收，然后再進(jìn)入吸收塔，使未被完全吸收的SO₃再次被水充分吸收，之后混合氣體中的SO₃含量很少，此時(shí)再將混合氣體再次通入接觸室⑦，那么SO₂的轉(zhuǎn)化率或者SO₃的產(chǎn)率會(huì)大大提高。
（4）1噸發(fā)煙硫酸中SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，所以m（SO₃）=0.2噸，m（H₂SO₄）=0.8噸，加水后，發(fā)生反應(yīng)：SO₃ + H₂O=H₂SO₄  此時(shí)需要水m（H₂O）=，生成硫酸m（H₂SO₄）=，則總共的硫酸的質(zhì)量為：m（H₂SO₄）=0.8+0.245=1.045噸，再配置成98%的成品硫酸時(shí)需要水的質(zhì)量為m（H₂O）=，所以需要水的總質(zhì)量m（H₂O）=0.045+0.021=0.066噸。
（5）在高溫下，空氣的氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生成氮氧化物，有污染。低溫下，氮氧化物被SO₂還原，生成N₂，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。
考點(diǎn)：本題考查生產(chǎn)發(fā)煙硫酸的工藝流程。主要考察工藝流程的工藝原理和所需要的設(shè)備，工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)、綠色化學(xué)的關(guān)系和相關(guān)的化學(xué)計(jì)算。