题目内容

以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

（1）将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整4
FeS2
FeS2
+11O2 
 高温 
.
 
 2Fe2O3+8SO2
（2）接触室中发生反应的化学方程式是
2SO2+O2
催化剂
.
△
2SO3
2SO2+O2
催化剂
.
△
2SO3
．
（3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（选填序号字母）
abd
abd
．
a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
b．过量空气能提高SO2的转化率
c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率
d．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
（4）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐．SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2．SO2吸收Br2的离子方程式是
SO2+Br2+2H2O=4H++2Br-+SO42-
SO2+Br2+2H2O=4H++2Br-+SO42-
．
（5）将0.050mol SO2（g）和0.030mol O2（g）放入容积为1L的密闭容器中，反应在一定条件下达到平衡，测得c（SO3）=0.040mol/L．则该条件下SO2的平衡转化率为
80%
80%
．
（6）将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后，加入铁粉，可制备FeSO4．酸溶过程中需保持溶液足够酸性，其原因是
抑制Fe2+、Fe3+的水解，防止Fe2+被氧化成Fe3+
抑制Fe2+、Fe3+的水解，防止Fe2+被氧化成Fe3+
．
分析：（1）利用工业制硫酸的原理分析，需要的原料是黄铁矿；
（2）接触室内的反应是二氧化硫的催化氧化；
（3）依据影响反应速率的因素和平衡移动的影响因素分析解答；
（4）二氧化硫吸收溴单质利用的是二氧化硫的还原性和溴单质的氧化性；根据氧化还原反应书写离子方程式；
（5）根据化学平衡的三段式计算方法进行计算；
（6）从防止氧化和抑制水解分析解决．
解答：解：（1）依据题意，黄铁矿是制硫酸的第一步所需的原料，由成分可知化学式为FeS2，故答案为：FeS2；
（2）沸腾炉中生成的二氧化硫气体和空气中的氧气在接触室内发生的催化氧化反应生成三氧化硫；2SO2+O2
催化剂
.
△
2SO3  故答案为：2SO2+O2
催化剂
.
△
2SO3；
（3）粉碎矿石增大接触面积提高反应速率；增加空气的量会使平衡正向进行，提高了二氧化硫的转化率；催化剂只改变速率不改变平衡，不改变转化率；生产过程中的矿渣中含有三氧化二铁；所以正确的是abd；故答案为：abd；
（4）SO2吸收Br2的反应中二氧化硫被氧化为硫酸，溴单质被还原为溴化氢，离子方程式为SO2+Br2+2H2O=4H++2Br-+SO42-，故答案为：SO2+Br2+2H2O=4H++2Br-+SO42-；
（5）平衡时生成三氧化硫的物质的量为0.040mol，根据化学平衡计算如下：
         2SO2 +O2
催化剂
.
△
2SO3
起始量  0.05mol   0.03mol       0
变化量  0.04mol   0.02mol      0.04mol
平衡量  0.01mol   0.01mol      0.04mol
二氧化硫的转化率=
0.04
0.05
×100%=80%，
故答案为：80%；
（6）将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后，加入铁粉，是防止亚铁盐被氧化，可制备FeSO4．酸溶过程中需保持溶液足够酸性，防止Fe2+、Fe3+的水解，
故答案为：抑制Fe2+、Fe3+的水解，防止Fe2+被氧化成Fe3+．
点评：本题考查了工业制硫酸的基本原理，同时考查化学平衡的计算，化学平衡的影响因素和化学反应速率的影响因素．
练习册系列答案
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（2010?海南）Ⅰ固硫剂是把煤燃烧时生成的二氧化硫以盐的形式固定在炉渣中的物质，可减少二氧化硫对大气的污染．下列物质中可用做固硫剂的有
A、B
A、B

A．CaO    B．Na2C03    C．NH4N03    D．P205
Ⅱ以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下：

请回答下列问题：
（1）在炉气制造中，生成S02的化学方程式为
4FeS2+11O2
 高温 
.
 
4Fe2O3+8SO2
4FeS2+11O2
 高温 
.
 
4Fe2O3+8SO2
；
（2）炉气精制的作用是将含S02的炉气
除尘、
除尘、
、
水洗
水洗
及干燥，如果炉气不经过精制，对S02催化氧化的影响是
砷、硒等化合物会使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响
砷、硒等化合物会使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响
．
（3）精制炉气（含SO2体积分数为7%、O2为ll%、N2为82%）中S02平衡转化率与温度及压强关系如下图所示．在实际生产中，S02催化氧化反应的条件选择常压、450℃；左右（对应图中A点），而没有选择S02转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是
不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大．SO2的转化率在1个大气压下的转化率已达到97%左右，在提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用1个大气压
不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大．SO2的转化率在1个大气压下的转化率已达到97%左右，在提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用1个大气压
、
不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点．
不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点．
；

（4）在S02催化氧化设备中设置热交换器的目的是
利用反应放出的热量预热原料气体
利用反应放出的热量预热原料气体
、
上层反应气经热交换器温度降到400～500℃进入下层使反应更加完全
上层反应气经热交换器温度降到400～500℃进入下层使反应更加完全
，从而充分利用能源．

以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

(1)请写出沸腾炉中黄铁矿燃烧的化学方程式：________________．

(2)接触室中2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应过程的能量变化如图所示．已知1 mol　SO2(g)氧化为1 mol　SO3(g)的ΔH＝－99 kJ·mol－1．请回答下列问题：

①依据工艺流程图判断下列说法正确的是(选填序号字母)________．

a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎

b．过量空气能提高SO2的转化率

c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率

d．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁

②反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝________，升高温度，K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)；图中△H＝________KJ·mol－1．

③图中C点表示________，E的大小对该反应的反应热________(填“有”或“无”)影响．该反应通常用V2O5作催化剂，加V2O5会使图中B点________(填“升高”或“降低”)．

④如果反应速率v(SO2)为0.05 mol·L－1·min－1，则v(O2)＝________mol·L－1·min－1；

⑤已知单质硫的燃烧热为－296 KJ·mol－1，计算由S(s)生成3 mol　SO3(g)的△H＝________．

(3)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐．SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2．SO2吸收Br2的离子方程式是________________．

以黄铁矿为原料生产硫酸，根据下列方程式：

（1）FeS2（s）+11/4O2（g）====1/2Fe2O3（s）+2SO2（g）；ΔH=－835 kJ·mol－1

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

（3）SO3（g）+H2O（l）====H2SO4（l）；ΔH=－130.3 kJ·mol－1

计算将1.0 mol FeS2中的硫全部转化为H2SO4，理论上可产生多少热量？

工业上以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行，即在沸腾炉中煅烧黄铁矿、SO2的催化氧化及其SO3的吸收。请回答下列几个有关硫酸工业中的几个问题。

（1）生产硫酸最古老的方法是以绿矾为原料，在蒸馏釜中煅烧。反应的化学方程式为：2FeSO4·7H2O  Fe2O3 + SO2↑+ SO3↑+ 14H2O。其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝便得到硫酸。用如图所示装置模拟用绿矾制硫酸的实验，并检验生成的硫酸和二氧化硫（加热装置已略去）。其中b为干燥的试管。下列关于该反应说法正确的是(     )

A．若将反应后的三种气体通入BaCl2溶液中，产生的沉淀为BaSO3、BaSO4

B．b中产物用紫色石蕊试液即可检验出其中H+和SO42—

C．为检验反应的另一种生成物，试管c中应加入的试剂为NaOH溶液

D．b中所得到的硫酸的质量分数为29.5%

(2)从沸腾炉中出来的炉气必须经除尘、洗涤、干燥后进入接触室，其主要目的是__________。

(3)接触室中热交换器是实现冷热交换的装置。化学实验中也经常利用热交换来实现某种实验目的，如气、液热交换时通常使用的仪器是______________。

(4)接触室中主要反应是SO2的催化氧化，在生成硫酸的过程中，钒触媒(V2O5)所以能加快二氧化硫氧化的速度，除了具有吸附作用外，有人认为反应过程中还产生了一连串的中间体(如图)。c步的化学方程式可表示为_______________________。

(5) 工业上以硫铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2、微量的SO3和酸雾。为了保护环境，同时提高硫酸工业的综合经济效益，应尽可能将尾气中的SO2转化为有用的副产品。将尾气通入粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液中，经过一系列处理后得到一种相对分子质量为172的化工原料J。试写出J的化学式_________。
[三选一选修2：化学与技术]
以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：    
(1)沸腾炉中反应的化学方程式为______，该反应中氧化产物是______，在上述流程图E用线段表示出接触室两个出口出来的与制备反应有关的气体成分及去向。
(2)依据工艺流程图判断下列说法错误的是___________。   
a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎  
b．过量空气能提高SO2的转化率   
c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率   
d．从沸腾炉出来的SO2需要净化，其目的是防止催化剂“中毒”
(3)硫酸工业是一种易造成多种形式环境污染的工业，但若处置得当，不仅可防止污染的发生，而且能变废为宝。请你提出一种对尾气进行无害化处理的方案（用方程式表示）________；对矿渣的合理利用方法是_________；对沸腾炉中余热的利用方法是__________________________ .
(4)某工厂用500t含硫48%的黄铁矿制备硫酸，若在沸腾炉中有2%的FeS2损失，在接触室中SO3的产率为96%，则可得到98%的浓硫酸的质量是______________。   
a.705.6t    b.720 t c.734.7 t    d.750 t

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