Question

8．工业上利用某地磷矿（主要成分是磷酸钙，质量分数为80%，另外还含有石英及少量碳酸镁、氧化铝等不含磷杂质）制取磷铵，并用制磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸、水泥．其生产流程如图1：请分析并回答下列问题：

（1）窑气（SO₂）进入接触室前需要净化的目的是防止接触室中的催化剂中毒；
（2）实验室完成操作b的方法是蒸发浓缩、冷却结晶过滤、洗涤和干燥等；
（3）图2表示接触室和吸收塔的内部构造．吸收塔内安装有许多瓷环作用是；
（4）接触室中进行学反应是：2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）△H=-296.4kJ/mol．接触室内安装热交换器的目的是预热进入接触室的反应混合气体，及时将反应放出的热量吸收，防止接触室温度偏高．图3表示接触室中催化剂随温度变化图象，图4表示SO₂的转化率a（SO₂）随温度T及压强P的变化图象．你认为接触室中最合适的温度和压强是400℃～500℃、101KPa．
（5）硫酸厂的尾气除了含有N₂、O₂外，还含有SO₂、微量的SO₃和酸雾．能用于测定硫酸厂尾气中SO₂含量的试剂是BD（填字母代号）：
A．NaOH溶液、酚酞试液  B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄  C．氨水、酚酞试液  D．碘水、淀粉溶液
（6）在述生产过程中循环利用的物质有H₂SO₄、SO₂（填化学式）；
（7）磷铵是一种常用复合肥，经分析其中氮与磷原子数之比为3：2，在生产过程中平均有7%的磷元素损失，该厂日均生产74.1吨磷铵，要维持正常生产，每天需运入这种磷矿至少125吨．

Answer 1

分析 装置A中硫酸与磷矿反应，操作a是把固体与液体分开，应为过滤，装置B中氨气与磷酸反应，操作b是由溶液中析出晶体，应经过蒸发浓缩、冷却结晶等操作得到磷铵，磷酸受热容易分解，在结晶时应采用低温蒸发结晶．磷石膏中含有硫酸钙，经过煅烧生成水泥，得到二氧化硫窑气，净化后得二氧化硫，在接触室中氧化得三氧化硫，与水反应得硫酸，可以再参加与磷矿石的反应，尾气中二氧化硫循环利用．
（1）未净化的SO₂气体中有粉尘等杂质，可以使催化剂中毒；
（2）操作b是从溶液中获得晶体；
（3）增大SO₃与吸收剂的接触面积；
（4）预热进入接触室的反应混合气体，及时将反应放出的热量吸收；400℃～500℃、101KPa时二氧化硫的转化率已经很高，再增大压强，会增大成本，二氧化硫转化率提高不大；
（5）SO₂、微量的SO₃和酸雾都能与碱反应，不能利用碱测定，SO₂具有还原性，可以利用强氧化剂测定；
（6）由上述分析可知，硫酸、二氧化硫可以循环利用；
（7）磷铵是一种常用复合肥，经分析其中氮与磷原子数之比为3：2，磷铵的化学式可以表示为：（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，根据P元素守恒可得关系式：2P～（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，根据关系式计算．

解答 解：装置A中硫酸与磷矿反应，操作a是把固体与液体分开，应为过滤，装置B中氨气与磷酸反应，操作b是由溶液中析出晶体，应经过蒸发浓缩、冷却结晶等操作得到磷铵，磷酸受热容易分解，在结晶时应采用低温蒸发结晶．磷石膏中含有硫酸钙，经过煅烧生成水泥，得到二氧化硫窑气，净化后得二氧化硫，在接触室中氧化得三氧化硫，与水反应得硫酸，可以再参加与磷矿石的反应，尾气中二氧化硫循环利用．
（1）未净化的SO₂气体中有粉尘等杂质，可以使催化剂中毒，
故答案为：防止接触室中的催化剂中毒；
（2）操作b是从溶液中获得晶体，从溶液中析出晶体的方法是：将溶液蒸发浓缩、冷却结晶可得相应晶体，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（3）吸收塔内安装有许多瓷环，增大SO₃与吸收剂的接触面积，使SO₃充分吸收，
故答案为：增大SO₃与吸收剂的接触面积，使SO₃充分吸收；
（4）接触室内安装热交换器，可以预热进入接触室的反应混合气体，及时将反应放出的热量吸收，防止接触室温度偏高，400℃～500℃、101KPa时二氧化硫的转化率已经很高，再增大压强，会增大成本，二氧化硫转化率提高不大，该温度下反应速率较快、催化剂活性最好，
故答案为：预热进入接触室的反应混合气体，及时将反应放出的热量吸收，防止接触室温度偏高；400℃～500℃、101KPa；
（5）A．NaOH溶液与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故A错误；
B．硫酸尾气中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液颜色由紫红色变为无色，根据KMnO₄溶液的体积结合方程式计算SO₂的含量，故B正确；
C．氨水与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故C错误；
D．硫酸尾气中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液颜色由蓝色变为无色，根据碘水溶液的体积结合方程式计算SO₂的含量，故D正确，
故答案为：BD；
（6）由上述分析可知，H₂SO₄、SO₂可以循环利用，
故答案为：H₂SO₄、SO₂；
（7）磷铵是一种常用复合肥，经分析其中氮与磷原子数之比为3：2，磷铵的化学式可以表示为：（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，设需要磷矿y吨，则：
         2P～～～～～～～（NH₄）₃H₃（PO₄）₂
        62                 247
y吨×80%×$\frac{31×2}{310}$×（1-7%）   74.1吨
所以62：244=y吨×80%×$\frac{31×2}{310}$×（1-7%）：74.1吨
解得：y=125
故答案为：125．

点评 本题考查物质的分离与提纯方法的综合应用，题目难度中等，涉及物质的分离提纯、对条件的控制、对装置与原理的分析评价、实验方案设计、化学计算等，（7）中计算为易错点、难点，关键根据原子数目之比确定磷铵的组成，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．