Question

6．利用生產(chǎn)磷銨[（NH₄）₃P0₄]排放的廢渣磷灰石[（Ca₃（P0₄）₂）]制取硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的工藝流程如下：

（1）D操作a的名稱(chēng)過(guò)濾，實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行此操作時(shí)用到的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯
（2）在實(shí)驗(yàn)室中操作b包括蒸發(fā)結(jié)晶、冷卻結(jié)晶．
（3）干燥機(jī)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4H₂O．
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性性質(zhì)．
（5）SO₂的催化氧化反應(yīng)為2SO₂（g）十0₂（g）?2S0₃（g）．實(shí)驗(yàn)測(cè)得壓強(qiáng)及溫度對(duì)S0₂轉(zhuǎn)化率的影響如下表（原料氣各成分的體積分?jǐn)?shù)為SO₂：7%、0₂：11%、N₂：82%）．

壓強(qiáng)/Mpa 轉(zhuǎn)化率/% 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

①實(shí)際生產(chǎn)中，S0₂的催化氧化反應(yīng)是在常壓、400℃-500℃條件下進(jìn)行．采用常壓的主要原因是常壓下SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，且增大壓強(qiáng)時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不多，但成本增加較多；該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)大小關(guān)系是：K（400℃）＞K（500℃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②催化氧化時(shí)使用熱交換器的原因是移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體．
（6）制硫酸所產(chǎn)生的尾氣除了含有N₂、0₂外，還含有SO₂、微量的S0₃和酸霧．下列能用于測(cè)定硫酸尾氣中SO₂含量的試劑組是CD．（填寫(xiě)相應(yīng)字母）
a、NaOH溶液、酚酞試液  b、Na₂CO₃溶液、酚酞試液 c、碘水、淀粉溶液  d、KMn0₄溶液、稀硫酸．

Answer 1

分析 磷灰石粉碎富集后，在萃取槽中用硫酸酸化得到硫酸鈣與磷酸，過(guò)濾分離得到石膏與磷酸．裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶體，應(yīng)萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結(jié)晶時(shí)應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶．在經(jīng)過(guò)過(guò)濾分離得到磷酸銨，分離得到濾液進(jìn)行循環(huán)利用．石膏在干燥機(jī)中脫水、再還原反應(yīng)得到二氧化碳、二氧化硫、CaO等氣體，氣體處理后在熱交換器中發(fā)生催化氧化得到三氧化硫，三氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸，再循環(huán)利用．CaO與二氧化硫、氧化鋁等反應(yīng)得到水泥．
（1）操作a是把固體與液體分開(kāi)，應(yīng)為過(guò)濾；過(guò)濾需要燒杯、漏斗、玻璃棒、鐵架臺(tái)（含鐵圈）、濾紙等；（2）操作b是由溶液中析出晶體，應(yīng)萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結(jié)晶時(shí)應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶；
（3）碳與石膏在干燥機(jī)內(nèi)發(fā)生反應(yīng)生成CaO、二氧化硫、二氧化碳與水；
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性；
（5）①常壓下SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，且增大壓強(qiáng)時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不多，但成本增加較多；
壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
②移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體；
（6）SO₂、微量的SO₃和酸霧都能與氫氧化鈉、碳酸鈉反應(yīng)，不能測(cè)定二氧化硫的含量，利用SO₂的還原性采用滴定法測(cè)定其含量，可以用氧化劑酸性KMnO₄溶液、碘水等氧化．

解答 解：磷灰石粉碎富集后，在萃取槽中用硫酸酸化得到硫酸鈣與磷酸，過(guò)濾分離得到石膏與磷酸．裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶體，應(yīng)萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結(jié)晶時(shí)應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶．在經(jīng)過(guò)過(guò)濾分離得到磷酸銨，分離得到濾液進(jìn)行循環(huán)利用．石膏在干燥機(jī)中脫水、再還原反應(yīng)得到二氧化碳、二氧化硫、CaO等氣體，氣體處理后在熱交換器中發(fā)生催化氧化得到三氧化硫，三氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸，再循環(huán)利用．CaO與二氧化硫、氧化鋁等反應(yīng)得到水泥．
（1）操作a是分離固體和液體，采取過(guò)濾操作；過(guò)濾需要盛放藥品的燒杯、過(guò)濾的漏斗、引流作用的玻璃棒、固定漏斗的鐵架臺(tái)（含鐵圈）、濾紙等；
故答案為：過(guò)濾；漏斗、玻璃棒、燒杯；
（2）操作b是由溶液中析出晶體，應(yīng)萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結(jié)晶時(shí)應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；
（3）碳與石膏在干燥機(jī)內(nèi)發(fā)生反應(yīng)生成CaO、二氧化硫、二氧化碳與水，反應(yīng)方程式為：2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4 H₂O，
故答案為：2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4H₂O；
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性，
故答案為：水硬性；
（5）①常壓下SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，且增大壓強(qiáng)時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不多，但成本增加較多，故選擇常壓；
壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，升高溫度平衡常數(shù)減小，即K（400℃）＞K（500℃），
故答案為：常壓下SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，且增大壓強(qiáng)時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不多，但成本增加較多；＞；
②催化氧化時(shí)使用熱交換器的原因是：移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體，
故答案為：移去反應(yīng)中放出的熱量，使反應(yīng)后的氣體降溫并預(yù)熱未反應(yīng)的氣體；
（6）A．NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測(cè)量的SO₂含量偏高，故A錯(cuò)誤；
B．Na₂CO₃溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測(cè)量的SO₂含量偏高，故B錯(cuò)誤；
C．硫酸尾氣中只有SO₂能被碘水氧化，溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，根據(jù)碘水溶液的體積結(jié)合方程式計(jì)算SO₂的含量，故C正確；
D．硫酸尾氣中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液顏色由紫紅色變?yōu)闊o(wú)色，根據(jù)KMnO₄溶液的體積結(jié)合方程式計(jì)算SO₂的含量，故D正確，
故選：CD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備方案設(shè)計(jì)工藝流程，涉及物質(zhì)的分離提純、基本操作、實(shí)驗(yàn)條件的選擇、平衡常數(shù)影響因素、物質(zhì)含量測(cè)定等，是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用，難度中等．