Question

18．硫酸是一種應(yīng)用非常廣泛的化工原料，其生產(chǎn)工藝與原料有緊密關(guān)系．目前主要有如下圖所示的兩種工藝：
（1）H₂SO₄的用途非常廣泛，可應(yīng)用于下列哪些方面ABD（填序號(hào)）
A．過(guò)磷酸鈣的制備         B．鉛蓄電池的生產(chǎn)
C．橡膠的硫化             D．表面活性劑“烷基苯磺酸鈉”的合成
（2）若沸騰爐中每燃燒0.12Kg FeS₂會(huì)放出853KJ熱量，寫出此狀況下FeS₂燃燒的熱化學(xué)方程式4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412KJ/moL．
（3）兩工藝中都用了接觸室和吸收塔，為充分利用反應(yīng)放出的熱量，接觸室中要安裝熱交換器（填設(shè)備名稱）．從吸收塔出來(lái)的尾氣一般要進(jìn)行的一種處理是用石灰水或氨水吸收
（4）下列操作與操作的主要原因都正確的是BD填序號(hào)）
A．黃鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)榇髩K的黃鐵礦不能在空氣中燃燒
B．SO₃從吸收塔底部通入，因?yàn)槲�收SO₃采取逆流的形式
C．SO₂氧化為SO₃時(shí)需要使用催化劑，這樣可提高SO₂轉(zhuǎn)化率
D．SO₃用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，提高SO₃吸收率
（5）為使硫黃充分燃燒，經(jīng)流量計(jì)1 通入燃燒室的氧氣過(guò)量50%，為提高SO₂ 轉(zhuǎn)化率，經(jīng)流量計(jì)2 的氧氣量為接觸室中二氧化硫完全氧化時(shí)理論需氧量的2.5 倍，則生產(chǎn)過(guò)程中流經(jīng)流量計(jì)1 和流量計(jì)2 的空氣體積比應(yīng)為6：5（空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)按0.2計(jì)）．
（6）工藝I與工藝 II相比，主要差異為AC（填序號(hào)）．
A．耗氧量減少   B．二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高   C．產(chǎn)生的廢渣減少   D．不需要使用催化劑
（7）若濃硫酸吸收SO₃得到H₂SO₄•SO₃，則將1Kg 98%的濃硫酸充分吸收SO₃后所得產(chǎn)物進(jìn)行稀釋，
可以得到2.22Kg 98%的濃硫酸．

Answer 1

分析 （1）A．過(guò)磷酸鈣的制取過(guò)程中需要濃硫酸和磷礦石；
B．鉛蓄電池中需要用到硫酸和硫酸鉛；
C．橡膠硫化所用到的為單質(zhì)硫；
D．烷基苯磺酸鈉中含有磺酸基，制取過(guò)程中需要發(fā)生磺化反應(yīng)；
（2）0.12kgFeS₂就會(huì)放出853kJ熱量，即據(jù)1mol釋放85KJ熱量，據(jù)此寫成熱化學(xué)方程式；
（3）為了充分利用能量，接觸室中要安裝熱交換器，從吸收塔出來(lái)的尾氣二氧化硫要用石灰水、氨水吸收；
（4）根據(jù)工業(yè)上接觸法制硫酸的原料、過(guò)程，制硫酸原料為硫鐵礦，進(jìn)樣前首先將硫鐵礦粉碎，增大接觸面積；生產(chǎn)分三步，二氧化硫的制取和凈化、二氧化硫轉(zhuǎn)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(jìn)行；其中從沸騰爐中出來(lái)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(yīng)的速率，但不會(huì)影響平衡的移動(dòng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不會(huì)改變；SO₃采取逆流的形式從吸收塔底部通入，在吸收塔中三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸，若直接用水吸收會(huì)形成酸霧，因此在生產(chǎn)實(shí)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等來(lái)解題；
（5）假設(shè)SO₂的體積為x，經(jīng)流量計(jì)1通入燃燒室的氧氣過(guò)量50%，則流量計(jì)1中通入氧氣的體積為1.5x，經(jīng)流量計(jì)2的氧氣量為接觸室中SO₂完全氧化時(shí)理論需氧量的2.5倍，則流量計(jì)2中通入氧氣的體積為2.5×0.5x=1.25x，則流量計(jì)1中通入空氣的體積為7.5x，流量計(jì)2中通入空氣的體積為6.25x；燃燒室剩余空氣6.5x；
（6）A．硫鐵礦中鐵的氧化需要消耗O₂；
B．原料選擇與SO₂的轉(zhuǎn)化率無(wú)關(guān)；
C．用硫鐵礦為原料產(chǎn)生的廢渣較多，但廢氣量相同；
D．用SO₂制取SO₃的過(guò)程中都需要使用催化劑；
（7）98%的濃H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物質(zhì)的量之比為$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的濃H₂SO₄可以表示為SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示為2SO₃•H₂O，進(jìn)一步表示為$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，計(jì)算濃硫酸改寫后H₂O的物質(zhì)的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質(zhì)的量，再利用硫原子守恒計(jì)算H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算其質(zhì)量．

解答 解：（1）A．過(guò)磷酸鈣的制取過(guò)程中需要濃硫酸和磷礦石，故A正確；
B．鉛蓄電池中需要用到硫酸作電解質(zhì)溶液，故B正確；
C．橡膠硫化所用到的為單質(zhì)硫，故C錯(cuò)誤；
D．烷基苯磺酸鈉中含有磺酸基，制取過(guò)程中需要發(fā)生磺化反應(yīng)，磺化反應(yīng)就是與硫酸發(fā)生的取代反應(yīng)，故D正確；
故選：ABD；
（2）0.12kgFeS₂就會(huì)放出853kJ熱量，即1mol釋放853KJ熱量，則熱化學(xué)方程式可寫為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412kJ•mol^-1，
故答案為：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412 kJ•mol^-1；
（3）為了充分利用能量，接觸室中要安裝熱交換器，從吸收塔出來(lái)的尾氣二氧化硫要用石灰水、氨水吸收，
故答案為：熱交換器；用石灰水或氨水吸收；
（4）A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)榇髩K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(huì)造成資源的浪費(fèi)，故A錯(cuò)誤；
B．SO₃從吸收塔底部通入，SO₃采取逆流的形式吸收更充分，故B正確；
C．一般來(lái)說(shuō)，催化劑是指參與化學(xué)反應(yīng)中間歷程的，又能選擇性地改變化學(xué)反應(yīng)速率，而其本身的數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后基本保持不變的物質(zhì)．通常把催化劑可以加速化學(xué)反應(yīng)，使反應(yīng)盡快達(dá)到平衡狀態(tài)，但不影響化學(xué)平衡，故二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不會(huì)改變，只是達(dá)到平衡的時(shí)間減短了，故C錯(cuò)誤；
D．生成的三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸，若直接用水吸收會(huì)形成酸霧，因此在生產(chǎn)實(shí)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：BD；
（5）燃燒室中的反應(yīng)為S+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$SO₂，假設(shè)SO₂的體積為x，則流量計(jì)1中通入氧氣的體積為1.5x，接觸室中的反應(yīng)為2SO₂+O₂?2SO₃，則流量計(jì)2中通入氧氣的體積為2.5×0.5x=1.25x；流量計(jì)1中通入空氣的體積為7.5x，流量計(jì)2中通入空氣的體積為6.25x，故流經(jīng)流量計(jì)1和流量計(jì)2的空氣體積比應(yīng)為7.5x：6.25x=6：5；
故答案為：6：5；
（6）硫鐵礦中鐵的氧化需要消耗O₂，所以硫耗氧少些，故A項(xiàng)正確；原料選擇與SO₂的轉(zhuǎn)化率無(wú)關(guān)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；用硫鐵礦為原料產(chǎn)生的廢渣較多，但廢氣量相同，故C項(xiàng)正確；用SO₂制取SO₃的過(guò)程中都需要使用催化劑，故D項(xiàng)錯(cuò)誤，
故選：AC；
（7）98%的濃H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物質(zhì)的量之比為$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的濃H₂SO₄可以表示為SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示為2SO₃•H₂O，進(jìn)一步表示為$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，計(jì)算濃硫酸改寫后H₂O的物質(zhì)的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質(zhì)的量，濃硫酸改寫后H₂O的物質(zhì)的量為n（H₂O）=1000g÷（80+$\frac{10}{9}$×18）×$\frac{10}{9}$=$\frac{100}{9}$mol，則$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物質(zhì)的量為10mol，根據(jù)硫原子守恒，稀釋后可得濃硫酸H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的質(zhì)量為$\frac{200}{9}$mol×（98+2）g/mol=2222g，約是2.22Kg，
故答案為：2.22．

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，熱化學(xué)方程式的書寫，以及有關(guān)計(jì)算，題目過(guò)程復(fù)雜，為易錯(cuò)題目，關(guān)鍵是明確濃硫酸中水與三氧化硫反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸，注意理解利用改寫成化學(xué)式形式結(jié)合守恒進(jìn)行解答，難度中等．