7.工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸主要分為三個階段進(jìn)行,即煅燒、催化氧化、吸收.請回答下列問題:
(1)煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥后進(jìn)入接觸室(填設(shè)備名稱),其主要目的是防止催化劑中毒.
(2)催化氧化所使用的催化劑釩觸媒(V2O5)能加快二氧化硫氧化速率,此過程中產(chǎn)生了一連串的中間體(如圖1).其中a、c二步的化學(xué)方程式可表示為:SO2+V2O5?SO3+V2O4、4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3
(3)550℃時,SO2轉(zhuǎn)化為SO3的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖2所示.則:將2.0mol SO2和1.0mol O2置于5L密閉容器中,反應(yīng)達(dá)平衡后,體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa.A與B表示不同壓強(qiáng)下的SO2轉(zhuǎn)化率,通常情況下工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓的原因是使用常壓SO2就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率.
(4)為循環(huán)利用催化劑,科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝,回收率達(dá)91.7%以上.已知廢釩催化劑中含有V2O5、VOSO4及不溶性殘渣.查閱資料知:VOSO4可溶于水,V2O5難溶于水,NH4VO3難溶于水.該工藝的流程如圖3.
則:反應(yīng)①②③④中屬于氧化還原反應(yīng)的是①②(填數(shù)字序號),反應(yīng)①的離子方程式為V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O.該工藝中反應(yīng)③的沉淀率(又稱沉礬率)是回收釩的關(guān)鍵之一,沉釩率的高低除受溶液pH影響外,還需要控制氯化銨系數(shù)(NH4Cl加入質(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比)和溫度.根據(jù)如圖4試建議控制氯化銨系數(shù)和溫度:4、80℃.

分析 (1)煅燒黃鐵礦形成的爐氣主要是二氧化硫氣體,進(jìn)入接觸室前必須對氣體繼續(xù)除塵、洗滌、干燥,防止催化劑中毒,影響催化氧化的效果;
(2)根據(jù)催化劑參與反應(yīng)過程生成的中間產(chǎn)物,分析催化劑參與反應(yīng),最終重新生成來書寫化學(xué)方程式;
(3)壓強(qiáng)的增加引起SO2轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯,所以工業(yè)上直接采用常壓;
(4)根據(jù)流程中釩元素的存在化合物中的化合價的變化,判斷出發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是①②;反應(yīng)①是利用亞硫酸鈉在酸性溶液中的還原性把難溶的V2O5轉(zhuǎn)化為易溶于水的VOSO4便于釩的提;根據(jù)圖1和圖2分析坐標(biāo)系中的表示含義,結(jié)合圖②中的沉礬率在80度C時最大,約為98%,在圖①中找到對應(yīng)沉礬率98%下的控制氯化銨系數(shù)為4.

解答 解:(1)以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸主要分為三個階段進(jìn)行,即煅燒、催化氧化、吸收;其中二氧化硫的催化氧化在催化劑表面和空氣中的氧氣接觸反應(yīng),若氣體中含有雜質(zhì)氣體容易使催化劑中毒,所以煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥,故答案為:接觸室,防止催化劑中毒;
(2)依據(jù)圖1中的轉(zhuǎn)化關(guān)系,V2O5參與反應(yīng)先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫,本身被還原為圖中產(chǎn)物V2O4;根據(jù)氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)寫出并配平a步化學(xué)方程式SO2+V2O5?SO3+V2O4;C是VOSO4轉(zhuǎn)化為SO3,此過程需要重新生成催化劑V2O5,需要氧化劑完成,此過程中的氧化劑時氧氣,根據(jù)化合價的變化寫出C步化學(xué)方程式 4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3,故答案為:SO2+V2O5?SO3+V2O4;4VOSO4+O2?2V2O5+4SO3 ;
(3)從圖象中可以看出,常壓SO2就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率,壓強(qiáng)的增加引起SO2轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯,所以工業(yè)上直接采用常壓,故答案為:使用常壓SO2就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率;
(4)依據(jù)離子交換法回收釩的新工藝流程圖分析反應(yīng)過程中:
①的目的是把難溶的五氧化二釩還原為溶于水的VOSO4;
②的目的是用KClO3還原為VOSO4為(VO22SO4
③因為NH4VO3難溶于水,此步驟的目的是沉淀VO3-
④是分解NH4VO3得到V2O5;
工藝中反應(yīng)③的沉淀率(又稱沉礬率)是回收釩的關(guān)鍵之一,沉釩率的高低除受溶液pH影響外,還需要控制氯化銨系數(shù)(NH4Cl加入質(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比)和溫度.根據(jù)圖示分析數(shù)據(jù),80℃時沉礬率最高為98%,所以加NH4Cl的系數(shù)從圖中讀出為4,故答案為:①②;V2O5+SO32-+4H+=2VO2++SO42-+2H2O;4和80℃.

點評 本題考查了工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)步驟、原理應(yīng)用、注意問題,化學(xué)平衡的應(yīng)用和條件選擇,利用信息進(jìn)行判斷和書寫化學(xué)方程式的能力,圖象分析能力,提取釩元素的流程分析和氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

20.中學(xué)常見的某反應(yīng)的化學(xué)方程式為A+B→C+D+H2O(未配平,反應(yīng)條件略去).請回答下列有關(guān)問題:

(1)若A為短周期元素組成的黑色固體單質(zhì),與B的濃溶液共熱時,產(chǎn)生C、D兩種氣體,其中一種氣體為紅棕色.則上述反應(yīng)的化學(xué)方程式為4HNO3(濃)+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO2↑+4NO2↑+2H2O.
(2)若C是無色刺激性氣味的氣體,其水溶液呈弱堿性.寫出實驗室里能實現(xiàn)上述反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4Cl+Ca(OH)2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CaCl2+2NH3↑+2H2O.若要對C進(jìn)行尾氣處理,可選擇的裝置是BCD
(3)A、B以物質(zhì)的量1:1參與反應(yīng),生成的D是工業(yè)制備氯氣的主要原料,C 是造成溫室效應(yīng)的主要氣體之一,則上述反應(yīng)的化學(xué)方程式為HCl+NaHCO3=NaCl+CO2↑+H2O.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

1.列有關(guān)化學(xué)用語表達(dá)正確的是(  )
A.氨氣分子的電子式:B.S2-的結(jié)構(gòu)示意圖:
C.CH4的球棍模型示意圖為:D.用電子式表示HCl形成過程:

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

18.下列離子方程式正確的是(  )
A.Fe(OH)3與氫碘酸溶液反應(yīng)Fe(OH)3+3H+═Fe3++3H2O
B.電解MgCl2溶液Mg2++2H2O+2Cl-═Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2
C.Zn與氯化銨溶液反應(yīng)生成氣體Zn+2NH4+═Zn2++4H2↑+N2
D.向明礬的水溶液中滴加足量Ba(OH)2溶液Al3++SO42-+Ba2++4OH-═AlO2-+BaSO4↓+2H2O

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

2.某實驗小組同學(xué)采用下列裝置模擬硫酸工業(yè)的接觸室,制備SO3并測定實驗條件下SO2的轉(zhuǎn)化率.

(1)實驗過程中,當(dāng)V2O5表面紅熱后,應(yīng)將酒精燈移開一段時間后再繼續(xù)加熱,其原因是該反應(yīng)放熱,如果持續(xù)加熱則溫度過高會影響催化劑的活性,影響反應(yīng)速率;溫度過高會使平衡向逆反應(yīng)方向移動不利于SO3的生成.
(2)結(jié)束實驗時應(yīng)先停止通入SO2,并繼續(xù)通入一段時間O2
(3)為了除去SO2氣體中混有的少量SO3,還可以讓混合氣體通過飽和亞硫酸氫鈉溶液(除了圖示方法).為了檢驗SO2氣體中是否混有少量SO3,可以讓混合氣體通過氯化鋇溶液;若有白色沉淀現(xiàn)象出現(xiàn),說明SO2氣體中混有SO3
(4)為了測定該條件下SO2的轉(zhuǎn)化率,若B中U型管內(nèi)收集到的物質(zhì)的質(zhì)量為m g,還需要測定的實驗數(shù)據(jù)是C瓶溶液增重的質(zhì)量C瓶溶液增重的質(zhì)量.實際測得SO2的轉(zhuǎn)化率比理論值小,其主要原因有A、D.
A、裝置C中亞硫酸鹽被氧化              B、SO2通入速度太快,未被充分吸收
C、有SO2殘留在A、B裝置中             D、SO3揮發(fā),被裝置C吸收.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

12.以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下:

(1)沸騰爐中發(fā)生的反應(yīng)方程式為4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2
(2)接觸室中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2SO2+O2$?_{△}^{催化劑}$ 2SO3、
(3)依據(jù)工藝流程圖判斷下列說法正確的是abd(填字母).
a.為使黃鐵礦充分燃燒,需將其粉碎
b.過量空氣能提高SO2的轉(zhuǎn)化率
c.使用催化劑能提高SO2的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率
d.沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵
(4)吸收塔排出的尾氣先用氨水吸收,再用濃硫酸處理,得到較高濃度的SO2和銨鹽.
SO2既可作為生產(chǎn)硫酸的原料循環(huán)再利用,也可用于工業(yè)制溴過程中吸收潮濕空氣中的Br2.SO2吸收Br2的離子方程式是SO2+Br2+2H2O═4H++2Br-+SO42-

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19.電解NO制備NH4NO3的工作原理如圖所示,為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3,通入物質(zhì)X.下列說法不正確的是( 。
A.a極接電源的負(fù)極
B.陽極反應(yīng)為:NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+
C.陰極反應(yīng)為:NO+5e-+6H+=NH4++H2O
D.X為NH3最終制得3molNH4NO3理論上需補(bǔ)充2molX物質(zhì)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

16.下列有關(guān)實驗操作、現(xiàn)象和結(jié)論都正確的是( 。
選項實驗操作現(xiàn)象結(jié)論
A向溶液中滴加BaCl2溶液,再加入鹽酸產(chǎn)生白色沉淀不溶解原溶液中有SO42-
B將黃豆粒大的鈉放入CuSO4稀溶液中產(chǎn)生紅色固體金屬性:Na>Cu
C向1mL20%的蔗糖溶液中加入幾滴稀硫酸,水浴加熱后取少量NaOH溶液,再加入新制的Cu(OH)2,加熱產(chǎn)生磚紅色沉淀蔗糖水解產(chǎn)生葡萄糖
D向盛有少量Na2O2固體的試管中加入一定量的蒸餾水,再滴加酚酞試液溶液變紅后褪色說明可能生成了H2O2
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

17.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,在干燥的燒瓶中充滿純凈的NH3進(jìn)行如圖所示的噴泉實驗下列說法錯誤的是(  )
A.若燒瓶的氨氣中混有少量氮氣,則噴泉實驗后的水不能充滿燒瓶
B.本實驗之所以能夠產(chǎn)生噴泉是因為氨氣極易溶于水,導(dǎo)致燒瓶內(nèi)外存在壓強(qiáng)差
C.本實驗若將NH3換成Cl2,燒杯中水換成飽和食鹽水,也能產(chǎn)生噴泉
D.實驗結(jié)束后燒瓶中氨水的物質(zhì)的量濃度為$\frac{1}{22.4}$ mol•L-1

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