Question

13．（1）火山喷发所产生的硫磺可用于生产重要的化工原料硫酸．某企业用下图所示的工艺流程生产硫酸：

请回答下列问题
①为充分利用反应放出的热量，接触室中应安装热交换器（填设备名称）．吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是增加三氧化硫与浓硫酸的接触面积，有利于三氧化硫的吸收．
②为使硫磺充分燃烧，经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%．为提高SO₂转化率，经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍，则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为6：5．假设接触室中SO₂的转化率为95%，b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为0.0041．（空气中氧气的体积分数按0.2计），该尾气的处理方法是用氨水吸收．
③与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是A（可多选）．
A．耗氧量减少　　　　　　 B．二氧化硫的转化率提高
C．产生的废气减少                D．不需要使用催化剂
（2）硫酸的用途非常广泛，可应用于下列哪些方面BCD（可多选）．
A．橡胶的硫化                  B．表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成
C．铅蓄电池的生产           D．过磷酸钙的制备
（3）矿物燃料的燃烧是产生大气中SO₂的主要原因之一．在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时SO₂的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式为：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑ SO₂+CaO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaSO₃　2CaSO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CaSO₄．

Answer 1

分析 （1）①SO₂与O₂的反应为放热反应，为了充分利用能量，应安装热交换器；增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收；
②燃烧室中的反应为S+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂，假设SO₂的体积为x，则流量计1中通入氧气的体积为1.5x，接触室中的反应为2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃，则流量计2中通入氧气的体积为1.25x；流量计1中通入空气的体积为7.5x，流量计2中通入空气的体积为6.25x，故流经流量计1和流量计2的空气体积比应为7.5x：6.25x=6：5；燃烧室剩余空气6.5x，接触室剩余空气6.25x-x=5.775x，剩余SO₂为0.05x，故b管尾气中SO₂的体积分数为0.41%；SO₂为酸性氧化物，可以用碱性物质吸收；
③硫铁矿为原料燃烧消耗的大量的氧气，产生的废渣较多，产生废气量相同，原料选择与SO₂的转化率无关，据此分析解答；
（2）硫酸可以与苯发生磺化反应，制备“烷基苯磺酸钠”；可以用来制备铅蓄电池；可以与磷矿石反应制备过磷酸钙，据此分析解答；
（3）碳酸钙分解生成氧化钙、氧化钙与二氧化硫反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙不稳定，被氧气氧化生成硫酸钙，所以在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时SO₂的排放．

解答 解：（1）①SO₂与O₂的反应为放热反应，为了充分利用能量，应安装热交换器；吸引塔中填充许多瓷管，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：热交换器；增加三氧化硫与浓硫酸的接触面积，有利于三氧化硫的吸收；
②燃烧室中的反应为S+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂，假设SO₂的体积为x，则流量计1中通入氧气的体积为1.5x，接触室中的反应为2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃，则流量计2中通入氧气的体积为1.25x；流量计1中通入空气的体积为7.5x，流量计2中通入空气的体积为6.25x，故流经流量计1和流量计2的空气体积比应为7.5x：6.25x=6：5；燃烧室剩余空气6.5x，接触室剩余空气6.25x-x=5.775x，剩余SO₂为0.05x，故b管尾气中SO₂的体积分数为0.41%；SO₂为酸性氧化物，可以用碱性物质吸收，所有可以用氨水吸收二氧化硫；
故答案为：6：5；0.0041；用氨水吸收；
③A．硫铁矿中铁的氧化需要消耗O₂，故A正确；
B．原料选择与SO₂的转化率无关，故B错误；
C．用硫铁矿为原料产生的废渣较多，但废气量相同，故C错误；
用SO₂制取SO₃的过程中都需要使用催化剂，故D错误；
故选：A；
（2）A．橡胶硫化所用到的为单质硫，故A错误；
B．烷基苯磺酸钠中含有磺酸基，制取过程中需要发生磺化反应，故B正确；
C．铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅，故C正确；
D．过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石，故D正确；
故选：BCD；
（3）CaCO₃高温分解生成CO₂和CaO，SO₂为酸性氧化物，可以和碱性氧化物CaO反应生成CaSO₃，而CaSO₃易被氧化为CaSO₄，所以发生反应的化学方程式为：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑   SO₂+CaO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaSO₃　2CaSO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CaSO₄；
故答案为：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑   SO₂+CaO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaSO₃　2CaSO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CaSO₄．

点评 本题为工艺流程题，考查了硫酸的制备工艺及硫酸性质、用途，明确接触法制备硫酸原理及硫酸的性质和用途是解题关键，注意钙基固硫的方法，题目难度中等．