Question

6．我国磷矿储量占世界第二位，主要矿物为磷灰石[（Ca₃（PO₄）₂）]．下图是生产化肥磷铵[（NH₄）₃PO₄]并联产水泥的工艺流程．

（1）操作a的名称过滤，实验室中进行此操作时用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯．
（2）在实验室中操作b包括蒸发浓缩、冷却结晶．
（3）干燥机中发生反应的化学方程式为2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaO+2SO₂+CO₂+4H₂O．
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性性质．
（5）SO₂的催化氧化反应为2SO₂（g）十O₂（g）?2SO₃（g）．实验测得压强及温度对SO₂转化率的影响如下表（原料气各成分的体积分数为SO₂：7%，O₂：11%，N₂：82%）．

	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

①实际生产中，SO₂的催化氧化反应是在常压、400℃～500℃条件下进行．采用常压的主要原因是常压下SO₂的转化率已经很高，且增大压强时SO₂的转化率提高不多，但成本增加较多；该反应化学平衡常数大小关系是：K（400℃）＞ K（500℃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②催化氧化时使用热交换器的原因是移去反应中放出的热量，使反应后的气体降温并预热未反应的气体．
（6）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．下列能用于测定硫酸尾气中SO₂含量的试剂组是BC．（填写相应字母）
A．NaOH溶液、酚酞试液   B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄ C．碘水、淀粉溶液  D．氨水、酚酞试液．

Answer 1

分析 磷灰石粉碎富集后，在萃取槽中用硫酸酸化得到硫酸钙与磷酸，过滤分离得到石膏与磷酸．装置a中磷酸与氨气发生反应，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶体，应萃取蒸发浓缩、冷却结晶等操作，铵盐受热容易分解，在结晶时应采用低温蒸发结晶．在经过过滤分离得到磷酸铵，分离得到滤液进行循环利用．石膏在干燥机中脱水、再还原反应得到二氧化碳、二氧化硫、CaO等气体，气体处理后在热交换器中发生催化氧化得到三氧化硫，三氧化硫转化为硫酸，再循环利用．CaO与二氧化硫、氧化铝等反应得到水泥．
（1）操作a是把固体与液体分开，应为过滤；过滤需要烧杯、漏斗、玻璃棒、铁架台（含铁圈）、滤纸等；（2）操作b是由溶液中析出晶体，应萃取蒸发浓缩、冷却结晶等操作，铵盐受热容易分解，在结晶时应采用低温蒸发结晶；
（3）碳与石膏在干燥机内发生反应生成CaO、二氧化硫、二氧化碳与水；
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性；
（5）①常压下SO₂的转化率已经很高，且增大压强时SO₂的转化率提高不多，但成本增加较多；
压强一定时，温度越高二氧化硫的转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
②移去反应中放出的热量，使反应后的气体降温并预热未反应的气体；
（6）SO₂、微量的SO₃和酸雾都能与氢氧化钠、氨水反应，不能测定二氧化硫的含量，利用SO₂的还原性采用滴定法测定其含量，可以用氧化剂酸性KMnO₄溶液、碘水等氧化．

解答 解：磷灰石粉碎富集后，在萃取槽中用硫酸酸化得到硫酸钙与磷酸，过滤分离得到石膏与磷酸．装置a中磷酸与氨气发生反应，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶体，应萃取蒸发浓缩、冷却结晶等操作，铵盐受热容易分解，在结晶时应采用低温蒸发结晶．在经过过滤分离得到磷酸铵，分离得到滤液进行循环利用．石膏在干燥机中脱水、再还原反应得到二氧化碳、二氧化硫、CaO等气体，气体处理后在热交换器中发生催化氧化得到三氧化硫，三氧化硫转化为硫酸，再循环利用．CaO与二氧化硫、氧化铝等反应得到水泥．
（1）操作a是分离固体和液体，采取过滤操作；过滤需要盛放药品的烧杯、过滤的漏斗、引流作用的玻璃棒、固定漏斗的铁架台（含铁圈）、滤纸等；
故答案为：过滤；漏斗、玻璃棒、烧杯；
（2）操作b是由溶液中析出晶体，应萃取蒸发浓缩、冷却结晶等操作，铵盐受热容易分解，在结晶时应采用低温蒸发结晶，
故答案为：蒸发浓缩；
（3）碳与石膏在干燥机内发生反应生成CaO、二氧化硫、二氧化碳与水，反应方程式为：2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4 H₂O，
故答案为：2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4H₂O；
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性，
故答案为：水硬性；
（5）①常压下SO₂的转化率已经很高，且增大压强时SO₂的转化率提高不多，但成本增加较多，故选择常压；
压强一定时，温度越高二氧化硫的转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡常数减小，即K（400℃）＞K（500℃），
故答案为：常压下SO₂的转化率已经很高，且增大压强时SO₂的转化率提高不多，但成本增加较多；＞；
②催化氧化时使用热交换器的原因是：移去反应中放出的热量，使反应后的气体降温并预热未反应的气体，
故答案为：移去反应中放出的热量，使反应后的气体降温并预热未反应的气体；
（6）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．硫酸尾气中只有SO₂能被碘水氧化，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C正确；
D．氨水与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故D错误．
故选BC．

点评 本题考查制备方案设计工艺流程，涉及物质的分离提纯、基本操作、实验条件的选择、平衡常数影响因素、物质含量测定等，是对基础知识的综合应用，难度中等．