Question

3．工业上以黄铁矿（FeS₂）为原料，采用接触法生产硫酸的流程图如下．

（1）黄铁矿在沸腾炉中反应的化学方程式为4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）为充分利用反应放出的热最，接触室中应安装热交换器（填“设备I”的名称）．
（3）原料气在一定条件下通人接触室中，测量各截面过程气体流中各种气体的物质的量的百分含量如下，则该过程中SO₂的平衡转化率为91.7%（精确到0.1）．

截面位置 含量 过程气体流	1（接触室人口处）	2	3	4
O2物质的量的百分含量	11.0%	10.10%	8.48%	8.48%
SO2物质的量的百分含量	6.00%	4.04%	0.51%	0.51%
SO3物质的量的百分含量	1.00%	3.03%	6.68%	6.68%
N2物质的量的百分含量	81.00%	81.83%	83.31%	83.31%

（4）在吸收塔中将SO₃转化成硫酸，使用98.3%的硫酸从上方喷淋．而不使用水的理由是防止形成酸雾．吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是增加SO₃与浓硫酸的接触面，有利于SO₃的吸收．
（5）尾气中常含有N₂、O₂、SO₂、微量的SO₃等．为了综合利用尾气，可将其通入氨水中，再按一定比例加入碳酸氢铵，降低温度析出含结晶水的晶体．已知该结晶水合物的相对分子质量为134，则其化学式为（NH₄）₂SO₃•H₂O．
（6）能用于测定硫酸尾气中SO₂含量的是BC（填标号）．
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 （1）黄铁矿在沸腾炉中氧化生成二氧化硫和氧化铁；
（2）为了充分利用能量，应安装热交换器；
（3）设混合气体的物质的量为100mol，则二氧化硫物质的量为6mol，依据表中数据可知二氧化硫平衡时的含量为0.51%，设反应中消耗的二氧化硫为x，依据方程式：2SO₂+O_2?2SO₃，气体的物质的量减少0.5xmol，反应后的气体的物质的量为100-0.5x，依据二氧化硫平衡时的含量为0.51%计算x，再计算二氧化硫的转化率；
（4）在吸收塔中用水吸收三氧化硫，反应放热易形成酸雾阻止对三氧化硫的吸收；浓硫酸的沸点高，难以气化，不会形成酸雾，同时三氧化硫易溶于浓硫酸，吸收塔中填充许多瓷管，增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收；
（5）在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氢铵，氨水过量，如果生成NH₄HSO₃，它将与碳酸氢铵反应，因为亚硫酸的酸性比碳酸强，依据强酸制备弱酸规律，二者反应生成亚硫酸铵，结合其相对分子质量判断化学式；
（6）KMnO₄溶液、稀H₂SO₄ 能氧化二氧化硫，且紫色的KMnO₄溶液褪色，碘与二氧化硫发生氧化还原反应，淀粉遇碘显蓝色，以此来解答．

解答 解：（1）黄铁矿在沸腾炉中氧化生成二氧化硫和氧化铁，反应的化学方程式：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
故答案为：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）为了充分利用能量，应安装热交换器；
故答案为：热交换器；
（3）设混合气体的物质的量为100mol，则二氧化硫物质的量为6mol，依据表中数据可知二氧化硫平衡时的含量为0.51%，设反应中消耗的二氧化硫为x，依据方程式：2SO₂+O_2?2SO₃，气体的物质的量减少0.5xmol，反应后的气体的物质的量为100-0.5x，依据二氧化硫平衡时的含量为0.51%得：$\frac{6-x}{100-0.5x}$=0.0051，解得x=5.5，则二氧化硫的转化率为：$\frac{5.5mol}{6mol}$×100%=91.7%；
故答案为：91.7%；
（4）吸收塔中SO₃如果用水吸收，发生反应：SO₃+H₂O═H₂SO₄，该反应为放热反应，放出的热量易导致酸雾形成，阻隔在三氧化硫和水之间，阻碍水对三氧化硫的吸收；而浓硫酸的沸点高，难以气化，不会形成酸雾，同时三氧化硫易溶于浓硫酸，所以工业上从吸收塔顶部喷洒98.3%的硫酸作吸收液，最终得到“发烟”硫酸；吸收塔中填充许多瓷管，增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收；
故答案为：防止形成酸雾；增加SO₃与浓硫酸的接触面，有利于SO₃的吸收；
（5）在尾气与氨水反应所得到的高浓度溶液中，按一定比例加入氨水或碳酸氢铵，氨水过量，如果生成NH₄HSO₃，它将与碳酸氢铵反应，因为亚硫酸的酸性比碳酸强．故该结晶水合物为（NH₄）₂SO₃带若干结晶水，（NH₄）₂SO₃的式量为116．已知该结晶水合物的相对分子质量为134．
故答案为：（NH₄）₂SO₃•H₂O；
（6）A．二氧化硫、SO₃和酸雾都能与氢氧化钠溶液反应，不能用于测定，故A不符合；
B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄ 与二氧化硫反应的方程式为5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+4H⁺+5SO₄^2-，二氧化硫气体和高锰酸钾反应，高锰酸钾溶液紫红色褪去，故B符合；
C．碘与二氧化硫发生氧化还原的方程式为：SO₂+I₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI，碘消耗完，淀粉因没有碘单质不再显蓝色，故C符合；
D．氨水、酚酞试液，氨水和二氧化硫反应生成亚硫酸铵，亚硫酸铵和二氧化硫和水又能反应生成亚硫酸氢铵，有两步反应，所以无法准确测定尾气中SO₂含量，故D不符合；
故选：BC．

点评 本题考查了工业制备硫酸，明确工艺流程及设备作用，熟悉相关物质的性质是解题关键，题目难度中等．