Question

6．硫酸的年产量高低常用于衡量一个国家化工生产水平的高低．
（1）以黄铁矿为原料生产SO₂时反应的化学方程式为：4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，该反应在沸腾炉中进行（填设备名称）；
（2）某科研小组测得某硫酸工厂生产工厂中SO₂的平衡转化率与外部条件的关系如下表所示，则生产过程中，最适合的生产条件是1个大气压、400℃；

压强    （Pa）       温度  （℃）	1.013×105	5.065×105	10.13×105	15.195×105
400	99.61%	99.72%	99.84%	99.88×105
500	96.75%	97.67%	98.52%	98.94%
600	85.20%	88.97%	92.76%	94.68%

（3）接触室内有一热交换器，其作用是预热原料气，吸收反应放出的热量，若将从C处（如图）出来的气体通入BaCl₂溶液中，则主要负电离子方程式为（写总反应式）SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺；
（4）下列做法中，与提高硫酸工业的经济效益无关的是d；
a．适当地对黄铁矿进行粉碎
b．在接触室中使用适当过量的O₂
c．利用生产中的余热发电或供暖
d．对废水进行无害化处理后再排放
（5）硫酸工业会产生许多对环境有害的物质，因此无论是工厂厂址的选择还是生产过程中有害成分的处理都要充分考虑环保的要求；
①某市计划建一个硫酸工厂，厂址有A、B、C三个地方可供选择，假设最终该厂建在B地，你认为选择B地建厂的理由是（至少回答两点）B地远离硫酸的消耗中心、B地远离人品稠密的地方；
②将尾气中SO₂在一定条件下转化为CaSO₄，然后利用焦炭将其转化为CaS（另有一种可燃性气体生成）具有重要的意义，写出CaSO₄转化为CaS的化学方程式CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+4CO；
（6）若用等质量的硫磺，FeS₂生产硫酸，假设原料的总利用率均为90%，则二者得到的硫酸质量比为15：8．

Answer 1

分析 （1）工业制硫酸是在沸腾炉中燃烧黄铁矿，黄铁矿的主要成分是FeS₂，在氧气中燃烧得到SO₂和Fe₂O₃；
（2）接触室发生的反应为2SO₂（g）+O₂（g）?△2SO₃（g）△H＜0，升高温度平衡逆向移动，反应物的转化率降低，从图表中可以看出，恒温时增大压强平衡正向移动，但反应物的转化率变化幅度不大，但压强的增大消耗能源及对设备的要求也高，故不易高压，综合考虑可选择适宜温度和压强；
（3）接触室发生的反应为2SO₂（g）+O₂（g）?△2SO₃（g）△H＜0，反应放出的热量会使容器内温度升高，促进平衡逆向移动，不易提高反应的转化率，故通过热交换器对反应降温，转移能量给反应物加热；从C处排出的尾气主要含有SO₂和SO₃，其中SO₃能和BaCl₂溶液反应生成白色沉淀，SO₂不能与反应，原因是弱酸不能制强酸；
（4）矿石粉碎后有利于硫元素尽可能多转化为SO₂及提高反应速率，a正确；氧气过量可提高SO₂的转化率，b正确；余热发电或供暖可“变废为宝”，c正确；废液处理会导致投入增加，d错误；
（5）①由于运送硫酸的成本远高于运送矿石的成本，故硫酸工厂应该接近消耗中心的地方；又因为硫酸属于重污染工业，故应建在远离风景名胜区，人口稠密的地方；②C与CaSO₄是反应物，生成物是CO与CaS，由此可写出对应的化学方程式；
（6）化学变化过程中遵守原子守恒①，可以先计算出等质量的硫磺和FeS₂的物质的量之比，即可计算出生成硫酸的物质的量比及硫酸的质量比．

解答 解：（1）工业制硫酸是利用黄铁矿在沸腾炉中燃烧生成二氧化硫，然后在接触室催化氧化二氧化硫得三氧化硫，最后吸收塔用98%的浓硫酸吸收SO₃，其中黄铁矿燃烧反应方程式为4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，故答案为：4FeS₂ +11 O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；沸腾炉；
（2）从图中可看出恒压条件下升高温度，SO₂的转化率降低，因此选择低温400℃，在恒温条件下增大压强，SO₂的转化率增大幅度较小，考虑到产生高压会消耗能源及对设备的要求较高，因此选择较低压强为宜，故答案为：1个大气压、400℃；
（3）在接触室内通过热交换转移反应放出的热量，给容器降温，促进平衡正向移动提高SO₂的转化率，另外通过热交换可以给反应物预热，有利于反应进行；从C处排出的尾气主要含有SO₂和SO₃，通过BaCl₂溶液时，SO₃能和BaCl₂溶液反应生成BaSO₄沉淀，SO₂不能被吸收，发生反应的离子方程式为SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺，故答案为：预热原料气，吸收反应放出的热量；SO₃+Ba²⁺+H₂O=BaSO₄↓+2H⁺；
（4）a．粉碎黄铁矿增大反应接触面积，有利于提高硫原子利用率，a正确；
     b．在接触室中使用适当过量的O₂，可提高SO₂的转化率，对提高硫酸的产量有利，b正确；
     c．通过热交换可将反应产生的热量转移出来用于余热发电或供暖，提高经济效益，c正确；
     d．对废水进行无害化处理后再排放，避免环境污染，但增加了经济反投入，d错误；    
故答案为：d；
（5）①工业制硫酸选择厂址时要考虑原料的运输成本，因尾气对环境有影响应尽量避免对居民的生活影响，减少对名胜古迹的损害，综合考虑B地完全符合条件，适宜建厂；②焦炭将CaSO₄转化为CaS和另有一种可燃性气体生成，结合化学反应的本质，可知此气体是CO，发生反应的化学方程式为CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+4CO↑；故答案为：①B地远离硫酸的消耗中心，B地远离人品稠密的地方，B地不发球风景名胜区；②CaSO₄+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+4CO↑；
（6）已知n=$\frac{mg}{Mg/mol}$，可知等质量的硫磺和FeS₂的物质的量之比与二者摩尔质量之比成反比，则硫磺和FeS₂的物质的量之比为$\frac{120g/mol}{32g/mol}=\frac{15}{4}$，在制备硫酸的过程中遵守硫原子守恒，且生成硫酸的质量比等于物质的量之比为$\frac{15}{4×2}$=15：8；故答案为：15：8．

点评 硫酸工业制法，考查氧化还原理论，化学平衡的移动，原子守恒等知识点，对学生的基础要求比较强，属中等难度．