Question

硫酸是化工业的重要原料，其消耗量可作为一个国家工业发展水平的一种标志。硫酸工厂厂址的选择是一个复杂的问题，主要和以下因素有关：是否有市场需求；是否接近原料供应地；是否达到环境保护的要求；土地供应是否充足；交通运输是否方便；能源是否充足且价廉；水源是否充足。

又已知硫酸是一种腐蚀性液体，不便多储存，需随产随销。另外，硫酸的运输价格比较贵，据计算1吨硫酸的运价约为同质量的黄铁矿石的3倍。（注：H₂SO₄的制取以黄铁矿为原料，流程为：黄铁矿→SO₂→SO₃→H₂SO₄)

据以上信息，分析下列条件：

条件Ⅰ：

①A城市郊区有丰富的黄铁矿，水源、能源充足，交通方便。

②A城市需使用硫酸的工业不多，而离它较远的B城市却是一个消耗硫酸甚多的工业城市。

③A城市是一个风光秀丽的旅游城市，对环境保护的要求很高，而且土地价格较贵，土地供应紧张。

条件Ⅱ：

①C城市是重要农业区，需消耗大量的肥料。

②C城市有丰富的磷灰石矿藏，水源、能源充足，土地价格较低，土地供应充足，交通方便。

③磷肥是由磷灰石〔有效成分是Ca₃(PO₄)₂〕与H₂SO₄作用制得的，制造磷肥需消耗大量的硫酸。

④C城市无磷肥厂和硫酸厂，在相邻的D城市有丰富的黄铁矿资源。

（1）在A、B、C、D四城市中，你认为应该建设硫酸工厂的城市是__________，应该建造磷肥厂的是__________。（填城市的代号）

（2）在建造的硫酸工厂，每天排放1×10⁴ m³（标准状况下）的尾气中含0.2%(体积分数）的SO₂。若用NaOH溶液、石灰及氧气处理，假设硫元素不损失，理论上可得到多少千克石膏（CaSO₄·2H₂O)？

（3）如果将一定体积的尾气通入100 mL 2 mol·L^-1 NaOH溶液使其完全反应，经测定所得溶液含16.7 g 溶质。试分析该溶质的成分，通过计算确定溶质成分的物质的量。

Answer 1

（1）BC  C

（2）155.4 kg

(3)既有Na₂SO₃,又有NaHSO₃

n(Na₂SO₃)=0.05 mol

n(NaHSO₃)=0.1 mol

解析：(2)依据硫元素守恒，

   SO₂          —         CaSO₄·2H₂O

 22.4 L                           172 g

1×10⁴×10³×0.2% L        x

解得x=1×10⁴×10³×0.2% L×172 g÷22.4 L=155.4×10³ g=155.4 kg

(3)n(NaOH)=0.1 L×2 mol·L^-1=0.2 mol

若全部生成Na₂SO₃,则溶液中溶质m(Na₂SO₃)=×0.2 mol×126 g·mol^-1=12.6 g

若全部生成NaHSO₃,则溶液中溶质m(NaHSO₃)=0.2 mol×104 g·mol^-1=20.8 g。而溶液中实含溶质16.7 g，大于12.6 g,小于20.8 g。因此既有Na₂SO₃,又有NaHSO₃。

设其中含x mol Na₂SO₃,y mol NaHSO₃，则

解之得x=0.05,y=0.1

所以n(Na₂CO₃)=0.05 mol,

n(NaHSO₃)=0.1 mol。