Question

12．硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益問題．
（1）若從下列四個城市中選擇一處建一座硫酸廠，你認(rèn)為廠址宜選在C的郊區(qū)（填標(biāo)號）．
A．有豐富黃鐵礦資源的城市               
B．風(fēng)光秀麗的旅游城市
C．消耗硫酸甚多的工業(yè)城市               
D．人口稠密的文化、商業(yè)中心城市
（2）CuFeS₂是黃鐵礦的另一成分，煅燒時CuFeS₂轉(zhuǎn)化為CuO、Fe₂O₃和SO₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4CuFeS₂+13O₂=4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）為了有利于SO₂轉(zhuǎn)化SO₃，多采用如圖所示的裝有多層催化劑的接觸室（填設(shè)備名稱）作為反應(yīng)設(shè)備，讓氣體經(jīng)歷如圖所示流程而不是直接進(jìn)入該設(shè)備進(jìn)行反應(yīng)的原因是使熱量能充分利用．
（4）在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都是正確的是D
A．黃鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的黃鐵礦不能在空氣中 燃燒
B．從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中的二氧化硫會與雜質(zhì)反應(yīng)
C．二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率
D．三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率
（5）實驗測得SO₂反應(yīng)生成SO₃的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)有關(guān)，請根據(jù)如表信息，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際，選擇最合適的生產(chǎn)條件是400℃、1個大氣壓．

	1個大氣壓	5個大氣壓	10個大氣壓	15個大氣壓
400℃	0.9961	0.9972	0.9984	0.9988
500℃	0.9675	0.9767	0.9852	0.9894
600℃	0.8520	0.8897	0.9276	0.9468

（6）由吸收塔排出的尾氣中SO₂的含量超過500umol/L，就要用氨水洗滌煙氣脫硫，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O．
（7）若用濃硫酸吸收SO₃可以得到H₂SO₄•SO₃．用1000g 98% 的H₂SO₄充分吸收SO₃后，再進(jìn)行稀釋，可以得到98% 的硫酸的質(zhì)量是C
A．1.98kg  　　     B．2.00kg  　　  　 C．2.22kg 　　      D．2.42kg．

Answer 1

分析 （1）硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益問題，同時要考慮當(dāng)?shù)氐男枨罅壳闆r，硫酸廠是一座具有一定污染性的工廠；
（2）根據(jù)已知信息，確定出反應(yīng)物和生成物，然后配平化學(xué)方程式；
（3）為了有利于SO₂轉(zhuǎn)化SO₃，多采用裝有多層催化劑的接觸室作反應(yīng)設(shè)備，讓氣體不直接進(jìn)入該設(shè)備進(jìn)行反應(yīng)的原因是使熱量能充分利用；
（4）在硫酸工業(yè)制法中，黃鐵礦燃燒前需要粉碎，是為了增大與空氣的接觸面，加快反應(yīng)速率；
從沸騰爐出來的爐氣中含有SO₂、O₂、N₂、水蒸氣、灰塵、砷硒化合物等，由于砷硒化合物能導(dǎo)致催化劑失去催化活性，因此需凈化；
（5）增大壓強(qiáng)后，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，加壓對設(shè)備的要求高且耗能多，將增大投資和能量消耗，400℃作為操作溫度，因為在這個溫度，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想；
（6）根據(jù)SO₂為酸性氧化物，與堿反應(yīng)生成鹽和水；
（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算H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算其質(zhì)量．

解答 解：（1）A．硫酸廠廠址的選擇綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，硫酸產(chǎn)品的運輸成本要高于原料黃鐵礦的運輸成本，故A錯誤；
B．風(fēng)光秀麗的旅游城市，不靠近原料基地，也不靠近消耗硫酸的工業(yè)城市，導(dǎo)致原料運輸與產(chǎn)品運輸成本高，同時還會對旅游城市造成污染，故B錯誤；
C．由于硫酸產(chǎn)品的運輸成本要高于原料黃鐵礦的運輸成本，所以廠址應(yīng)選擇在消耗硫酸甚多的工業(yè)城市，故C正確；
D、人口稠密的文化、商業(yè)中心城市，遠(yuǎn)離原料基地和消耗硫酸的工業(yè)城市，同時為了防止污染環(huán)境，不宜考慮作為硫酸廠廠址，故D錯誤；
故答案為：C；
（2）根據(jù)題意可知，高溫煅燒時CuFeS₂時，反應(yīng)物為CuFeS₂和O₂，生成物為CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，再根據(jù)化合價升降法配平氧化還原反應(yīng)方程式，
故答案為：4CuFeS₂+13O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）為了有利于SO₂轉(zhuǎn)化SO₃，多采用裝有多層催化劑的接觸室作反應(yīng)設(shè)備，讓氣體不直接進(jìn)入該設(shè)備進(jìn)行反應(yīng)的原因是使熱量能充分利用，
故答案為：接觸室；使熱量能充分利用；
（4）A．在硫酸工業(yè)制法中，黃鐵礦燃燒前需要粉碎，是為了增大與空氣的接觸面，加快反應(yīng)速率，不是因為大塊的黃鐵礦不能在空氣中燃燒，故A錯誤；
B．從沸騰爐出來的爐氣中含有SO₂、O₂、N₂、水蒸氣、灰塵、砷硒化合物等，由于砷硒化合物能導(dǎo)致催化劑失去催化活性，因此需凈化，不是因為爐氣中二氧化硫會與雜質(zhì)反應(yīng)，故B錯誤；
C．二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，目的是加快反應(yīng)速率，提高產(chǎn)量．并不能提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；
D．在吸收塔中三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率，故D正確；
故答案為：D；
（5）增大壓強(qiáng)后，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，加壓對設(shè)備的要求高且耗能多，將增大投資和能量消耗．400℃作為操作溫度，因為在這個溫度，催化劑的活性（反應(yīng)速率）和SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率都比較理想，故選擇400℃、1個大氣壓，
故答案為：400℃、1個大氣壓；
（6）SO₂為酸性氧化物，與堿反應(yīng)生成鹽和水，化學(xué)方程式為：2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O，
故答案為：2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O；
（7）98%的濃H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物質(zhì)的量之比為$\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：C．

點評 本題考查了工業(yè)制硫酸的生成過程和反應(yīng)特征，二氧化硫的催化氧化反應(yīng)的條件選擇，化學(xué)方程式的書寫，以及有關(guān)計算，題目過程復(fù)雜，為易錯題目，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．