Question

【题目】【化学——选修2化学与技术】硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位。

（1）工业制硫酸时所用硫铁矿的主要成分为FeS2，其中硫元素的化合物为 。

（2）硫酸的最大消费渠道是化肥工业，用硫酸制造的常见化肥有 (任写一种)。

（3）硫酸生产中，根据化学平衡原理来确定的条件或措施有 (填写序号)。

A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎 B．使用V2O5作催化剂

C．转化器中使用适宜的温度 D．净化后的炉气中要有过量的空气

E．催化氧化在常压下进行 F．吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3

（4）在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫：

2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　 ΔH＝－98.3 kJ·mol－1

在实际工业生产中，常采用“二转二吸法”，即将第一次转化生成的SO2分离后，将未转化的SO2进行二次转化，假若两次SO2的转化率均为95%，则最终SO2的转化率为 。

（5）硫酸的工业制法过程涉及三个主要的化学反应及相应的设备(沸腾炉、转化器、吸收塔))。

①三个设备分别使反应物之间或冷热气体间进行了“对流”。请简单描述吸收塔中反应物之间是怎样对流的。

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②工业生产中常用氨—酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。用化学方程式表示其反应原理。(只写出2个方程式即可)

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（6）实验室可利用硫酸厂炉渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO47H2O)，聚铁的化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3﹣0.5n]m，制备过程如图所示，下列说法正确的是 。

A．炉渣中FeS与硫酸和氧气的反应的离子方程式为：4FeS+3O2+12H+═4Fe3++4S↓+6H2O

B．气体M的成分是SO2，通入双氧水得到硫酸，可循环使用

C．向溶液X中加入过量铁粉，充分反应后过滤得到溶液Y，再将溶液Y蒸发结晶即可得到绿矾

D．溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数，若其pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数偏大

Answer 1

【答案】（1）－1；（2）硫酸铵(或硫酸钾或过磷酸钙等) ；（3）D；（4）99.75%；

（5）①SO3从吸收塔底部进入，吸收剂(浓硫酸)从顶部下淋，形成对流；

②SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3；2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑；[或SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3；(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑（6）AB；

【解析】

试题分析：

（1）FeS2中铁元素是+2价，则硫元素为-1价；

（2）用硫酸制造的常见化肥有硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸锌、硫酸钾等；

（3）硫酸生产中，第二步：SO3的制取反应原理为：2SO2+O22SO3，该反应为可逆反应，根据化学平衡原理为了提高SO2的转化率，通常采用增大O2浓度的方法来达到使SO2尽可能多的转化为SO3的目的。A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎，目的是为了增大黄铁矿与空气的接触面，加快4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 反应速率，而不是从2SO2+O22SO3 反应中化学平衡角度考虑，故A不正确；B．使用V2O5作催化剂，催化2SO2+O22SO3 反应，只能加快该反应的速率，不能使平衡移动，故B不正确；C．接触室中催化转化器使用适宜的温度，目的是使催化剂活性最强，使反应速率最快，而实际上升高温度，会促使2SO2+O22SO3 平衡向吸热方向移动，即逆向移动，不利于提高SO2的转化率，故C不正确；D．从沸腾炉中出来的气体成分为SO2、O2、N2，经过净化后，进入接触室，炉气中要有过量的空气，即增大O2浓度，会促使2SO2+O22SO3 平衡正向移动，有利于提高SO2的转化率，故D正确；E．接触室中：2SO2+O22SO3，增大压强促使平衡正向移动(即气体总体积减小的方向)，减小压强促使平衡逆向移动(即气体总体积增大的方向)．在常压下，不利于平衡正向移动，不利于提高SO2的转化率．对于该化学平衡，压强的增大，促使平衡正向移动，效果并不明显，所以工业上直接采用常压条件，而不采用高压条件，故E不正确；F．吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3，主要目的是防止产生酸雾，阻碍SO3的吸收，与化学平衡移动原理无关，故F不正确；

（4）设二氧化硫的初始浓度为a，则第一次转化掉的二氧化硫浓度为a×95%，剩余的二氧化硫浓度为a×(1-95%)，进入第二次转化，则第二次转化掉的二氧化硫浓度为a×(1-95%)×95%，根据公式：转化率═转化浓度/初始浓度×100%，最终SO2的转化率═[a×95%+a×(1-95%)×95%]/a×100%═99.75%；

（5）①从接触室中出来的热气体SO2、O2、N2、SO3，在吸收塔的底部进入，从下向上运动，从吸收塔顶部喷洒冷的浓硫酸，从上向下运动；热气体SO3与冷的浓硫酸相对流动，进行热量交换，故答案为：从接触室中出来的热气体SO2、O2、N2、SO3，在吸收塔的底部进入，从下向上运动；从吸收塔顶部喷洒冷的浓硫酸，从上向下运动；热气体SO3与冷的浓硫酸相对流动，进行热量交换；②工业生产中常用氨-酸法进行尾气脱硫，即先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，先用氨水吸收时，发生反应：SO2+2NH3H2O═(NH4)2SO3，再用浓硫酸处理时，发生反应：(NH4)2SO3+H2SO4═(NH4)2SO4+SO2↑+H2O，以达到消除污染、废物利用的目的；

（6）分析流程可知炉渣加入硫酸溶液同时通入氧气得到固体W为氧化还原反应生成的硫单质和SiO2等，溶液X为含有Fe3+离子的溶液，调节溶液PH得到溶液Z加热得到聚铁，溶液X中加入铁反应生成硫酸亚铁溶液Y，蒸发结晶得到硫酸亚铁晶体。A、炉渣中FeS与硫酸和氧气反应生成硫单质硫酸铁和水，反应的离子方程式为4FeS+3O2+12H+═4Fe3++4S↓+6H2O，故A正确；B、炉渣加入硫酸溶液同时通入氧气得到固体W为氧化还原反应生成的硫单质和SiO2等，固体W灼烧得到气体为二氧化硫，故B正确；C、溶液X中加入过量铁粉，铁和硫酸铁溶液反应生成硫酸亚铁，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤析出得到绿矾，符合晶体析出步骤，故C错误；D、用pH试纸测定方法为：将试纸放在表面皿上，用洁净的玻璃棒蘸取待测液，点在试纸的中央，然后与标准比色卡对比．氢氧化铁的含量比硫酸亚铁高，若溶液Z的pH偏小，则聚铁中生成的氢氧根的含量减少，使铁的含量减少，故D错误；选AB。