Question

10．以黄铁矿（主要成分是FeS₂）为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

（1）若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂，你认为厂址宜选在C的郊区（填标号）
A．有丰富黄铁矿资源的城市   B．风光秀丽的旅游城市
C．消耗硫酸甚多的工业城市   D．人口稠密的文化、商业中心城市
（2）沸腾炉中发生反应的化学方程式为4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，接触室中发生反应的化学方程式是2SO₂+O_{2$?_{△}^{催化剂}$} 2SO₃．
（3）在硫酸工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是D．
A．硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的黄铁矿不能在空气中反应
B．从沸腾炉出来的气体要净化，因为炉气中的SO₂会与杂质反应
C．SO₂氧化成SO₃要用催化剂，这样可提高SO₂的转化率
D．SO₃用98.3%的浓硫酸来吸收，目的是为了防止形成酸雾，以提髙SO₃吸收效率
（4）表是压强对SO₂平衡转化率的影响

压强Mpa 转化率% 温度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9

对于SO₂转化SO₃的反应，增大压强可使转化率升高，但在实际工业生产中常采用常压条件，理由是常压下转化率已经很高，增加压强可提高转化率，但增加了设备、动力成本等，效益反而下降．
（5）某工厂用500t含硫量为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376.32tt．

Answer 1

分析 （1）硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题，同时要考虑当地的需求量情况，硫酸厂是一座具有一定污染性的工厂；
（2）沸腾炉中硫铁矿与氧气在高温下反应生成三氧化二铁和二氧化硫，二氧化硫在接触室中被氧化成三氧化硫；
（3）根据工业上接触法制硫酸的原料、过程，制硫酸原料为硫铁矿，进样前首先将硫铁矿粉碎，增大接触面积；生产分三步，二氧化硫的制取和净化、二氧化硫转化为三氧化硫、三氧化硫的吸收，分别在沸腾炉、接触室、吸收塔中进行；其中从沸腾炉中出来的气体需要净化和干燥，是为了防止在接触室中的催化剂中毒，在接触室中的催化剂可以加快反应的速率，但不会影响平衡的移动，二氧化硫的转化率不会改变；在吸收塔中生成的三氧化硫与水反应生成硫酸，若直接用水吸收会形成酸雾，因此在生产实践中采用98.3%的浓硫酸吸收，这样可以防止形成酸雾，使三氧化硫吸收完全等来解题；
（4）根据可逆2SO₂+O₂$?_{加热}^{催化剂}$2SO₃进行分析，增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动，即正向移动，提高了转化率，结合表中数据分析采用常压的理由；
（5）根据反应的转化关系式计算，关系式为：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄．

解答 解：（1）A．硫酸厂厂址的选择综合经济效益考虑，硫酸产品的运输成本要高于原料黄铁矿的运输成本，故A错误；
B．风光秀丽的旅游城市，不靠近原料基地，也不靠近消耗硫酸的工业城市，导致原料运输与产品运输成本高，同时还会对旅游城市造成污染，故B错误；
C．由于硫酸产品的运输成本要高于原料黄铁矿的运输成本，所以厂址应选择在消耗硫酸甚多的工业城市，故C正确；
D、人口稠密的文化、商业中心城市，远离原料基地和消耗硫酸的工业城市，同时为了防止污染环境，不宜考虑作为硫酸厂厂址，故D错误；
故答案为：C；
（2）沸腾炉中硫铁矿与氧气在高温下反应生成三氧化二铁和二氧化硫，4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂；二氧化硫在接触室中被氧化成三氧化硫； 2SO₂+O_{2$?_{△}^{催化剂}$} 2SO₃
故答案为：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂；2SO₂+O_{2$?_{△}^{催化剂}$} 2SO₃；
（3）A．硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能在空气中充分燃烧，硫铁矿粉碎后与氧气的接触面积增大，利于其充分的燃烧，大块的硫铁矿在空气中也能燃烧，只是燃烧不充分，会造成资源的浪费，故A错误；
B．从沸腾炉出来的炉气需净化是因为其中带有的杂质气体会让下一步接触室里面的催化剂中毒，催化剂中毒会影响反应的进度，故B错误；
C．一般来说，催化剂是指参与化学反应中间历程的，又能选择性地改变化学反应速率，而其本身的数量和化学性质在反应前后基本保持不变的物质．通常把催化剂可以加速化学反应，使反应尽快达到平衡状态，但不影响化学平衡，故二氧化硫的转化率不会改变，只是达到平衡的时间减短了，故C错误；
D．生成的三氧化硫与水反应生成硫酸，若直接用水吸收会形成酸雾，因此在生产实践中采用98.3%的浓硫酸吸收，这样可以防止形成酸雾，使三氧化硫吸收完全，故D正确；
故答案为：D；
（4）根据可逆2SO₂+O₂$?_{加热}^{催化剂}$2SO₃进行分析，增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动，即正向移动，提高了转化率，结合表中数据可知：常压下转化率已经很高，增加压强可提高转化率，但增加了设备、动力成本等，效益反而下降； 
故答案为：升高；常压下转化率已经很高，增加压强可提高转化率，但增加了设备、动力成本等，效益反而下降；
（5）根据S元素守恒可知：FeS₂～～～～～～～～～～～～～2H₂SO₄
                      120t                           2×98t
                     500t×0.48×（1-2%）×0.96        m×0.98
列比例式：$\frac{120t}{500t×0.48×0.98×0.96}$=$\frac{2×98t}{m×0.98}$
解得m=376.32t；
故答案为：376.32t．

点评 本题考查了工业上接触法制硫酸的原料、过程，明确发生的化学反应及设备、原料、在生产实践中采用98.3%的浓硫酸吸收的原因，并注意理论与实际生产中的差别来解答，还考查了有关计算以及外界条件对反应速率和平衡状态的影响等，难度适中．