Question

3．工業(yè)上以黃鐵礦（FeS₂）為原料，采用接觸法生產(chǎn)硫酸的流程圖如下．

（1）黃鐵礦在沸騰爐中反應的化學方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）為充分利用反應放出的熱最，接觸室中應安裝熱交換器（填“設備I”的名稱）．
（3）原料氣在一定條件下通人接觸室中，測量各截面過程氣體流中各種氣體的物質的量的百分含量如下，則該過程中SO₂的平衡轉化率為91.7%（精確到0.1）．

截面位置 含量 過程氣體流	1（接觸室人口處）	2	3	4
O2物質的量的百分含量	11.0%	10.10%	8.48%	8.48%
SO2物質的量的百分含量	6.00%	4.04%	0.51%	0.51%
SO3物質的量的百分含量	1.00%	3.03%	6.68%	6.68%
N2物質的量的百分含量	81.00%	81.83%	83.31%	83.31%

（4）在吸收塔中將SO₃轉化成硫酸，使用98.3%的硫酸從上方噴淋．而不使用水的理由是防止形成酸霧．吸收塔中填充有許多瓷管，其作用是增加SO₃與濃硫酸的接觸面，有利于SO₃的吸收．
（5）尾氣中常含有N₂、O₂、SO₂、微量的SO₃等．為了綜合利用尾氣，可將其通入氨水中，再按一定比例加入碳酸氫銨，降低溫度析出含結晶水的晶體．已知該結晶水合物的相對分子質量為134，則其化學式為（NH₄）₂SO₃•H₂O．
（6）能用于測定硫酸尾氣中SO₂含量的是BC（填標號）．
A．NaOH溶液、酚酞試液        
B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄
C．碘水、淀粉溶液              
D．氨水、酚酞試液．

Answer 1

分析 （1）黃鐵礦在沸騰爐中氧化生成二氧化硫和氧化鐵；
（2）為了充分利用能量，應安裝熱交換器；
（3）設混合氣體的物質的量為100mol，則二氧化硫物質的量為6mol，依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知二氧化硫平衡時的含量為0.51%，設反應中消耗的二氧化硫為x，依據(jù)方程式：2SO₂+O_2?2SO₃，氣體的物質的量減少0.5xmol，反應后的氣體的物質的量為100-0.5x，依據(jù)二氧化硫平衡時的含量為0.51%計算x，再計算二氧化硫的轉化率；
（4）在吸收塔中用水吸收三氧化硫，反應放熱易形成酸霧阻止對三氧化硫的吸收；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，吸收塔中填充許多瓷管，增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收；
（5）在尾氣與氨水反應所得到的高濃度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氫銨，氨水過量，如果生成NH₄HSO₃，它將與碳酸氫銨反應，因為亞硫酸的酸性比碳酸強，依據(jù)強酸制備弱酸規(guī)律，二者反應生成亞硫酸銨，結合其相對分子質量判斷化學式；
（6）KMnO₄溶液、稀H₂SO₄ 能氧化二氧化硫，且紫色的KMnO₄溶液褪色，碘與二氧化硫發(fā)生氧化還原反應，淀粉遇碘顯藍色，以此來解答．

解答 解：（1）黃鐵礦在沸騰爐中氧化生成二氧化硫和氧化鐵，反應的化學方程式：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）為了充分利用能量，應安裝熱交換器；
故答案為：熱交換器；
（3）設混合氣體的物質的量為100mol，則二氧化硫物質的量為6mol，依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知二氧化硫平衡時的含量為0.51%，設反應中消耗的二氧化硫為x，依據(jù)方程式：2SO₂+O_2?2SO₃，氣體的物質的量減少0.5xmol，反應后的氣體的物質的量為100-0.5x，依據(jù)二氧化硫平衡時的含量為0.51%得：$\frac{6-x}{100-0.5x}$=0.0051，解得x=5.5，則二氧化硫的轉化率為：$\frac{5.5mol}{6mol}$×100%=91.7%；
故答案為：91.7%；
（4）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，阻隔在三氧化硫和水之間，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98.3%的硫酸作吸收液，最終得到“發(fā)煙”硫酸；吸收塔中填充許多瓷管，增大三氧化硫與濃硫酸的接觸面，有利于三氧化硫的吸收；
故答案為：防止形成酸霧；增加SO₃與濃硫酸的接觸面，有利于SO₃的吸收；
（5）在尾氣與氨水反應所得到的高濃度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氫銨，氨水過量，如果生成NH₄HSO₃，它將與碳酸氫銨反應，因為亞硫酸的酸性比碳酸強．故該結晶水合物為（NH₄）₂SO₃帶若干結晶水，（NH₄）₂SO₃的式量為116．已知該結晶水合物的相對分子質量為134．
故答案為：（NH₄）₂SO₃•H₂O；
（6）A．二氧化硫、SO₃和酸霧都能與氫氧化鈉溶液反應，不能用于測定，故A不符合；
B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄ 與二氧化硫反應的方程式為5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+4H⁺+5SO₄^2-，二氧化硫氣體和高錳酸鉀反應，高錳酸鉀溶液紫紅色褪去，故B符合；
C．碘與二氧化硫發(fā)生氧化還原的方程式為：SO₂+I₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI，碘消耗完，淀粉因沒有碘單質不再顯藍色，故C符合；
D．氨水、酚酞試液，氨水和二氧化硫反應生成亞硫酸銨，亞硫酸銨和二氧化硫和水又能反應生成亞硫酸氫銨，有兩步反應，所以無法準確測定尾氣中SO₂含量，故D不符合；
故選：BC．

點評 本題考查了工業(yè)制備硫酸，明確工藝流程及設備作用，熟悉相關物質的性質是解題關鍵，題目難度中等．