Question

以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

（1）已知：（已折算为标况下）SO₃气体与H₂O化合时放出的热量为       （保留两位有效数字）。
（2）沸腾炉中发生反应的化学方程式为                      。
（3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（选填序号字母）        。
a．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
b．过量空气能提高SO₂的转化率
c．使用催化剂能提高SO₂的反应速率和转化率
d．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
（4）在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸的原因                  。
（5）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO₂和铵盐。
①SO₂既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br₂。SO₂吸收Br₂的离子方程式是                         。
②为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到50.00mL相同浓度的NaOH溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出（此温度下铵盐不分解）。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。部分测定结果如下表（a>0）：   

计算：该铵盐中氮元素的质量分数是      %；若铵盐质量为15.00g，浓硫酸增加的质量为         。（计算结果保留两位小数）

Answer 1

（1）3.9×10⁵kJ（2分）  （2）4FeS₂+11O₂4Fe₂O₃+8SO₂（2分）（3）a  b  d（3分）
（4）SO₃与H₂O化合时放出大量的热，用水或稀硫酸吸收容易形成酸雾，反而不利于充分吸收SO₃（2分）
（5）①SO₂＋Br₂＋2H₂O＝4H^＋＋2Br^－＋SO₄^2－（2分） ②14.56（2分）（14.56%不给分） 
2.31g（2分）

解析试题分析：（1）根据热化学方程式可知SO₃气体与H₂O化合时放出的热量为×130.3kJ/mol＝3.9×10⁵kJ。
（2）黄铁矿燃烧燃烧生成SO₂和氧化铁，反应的化学方程式为FeS₂＋11O₂4Fe₂O₃＋8SO₂。
（3）生产过程中的矿渣中含有三氧化二铁，可以炼铁，a正确；增加空气的量会使平衡正向进行，提高了二氧化硫的转化率，b正确；催化剂只改变速率不改变平衡，不改变转化率，c不正确；粉碎矿石增大接触面积提高反应速率，d正确，所以正确答案选abd。
（4）由于SO₃与H₂O化合时放出大量的热，用水或稀硫酸吸收容易形成酸雾，反而不利于充分吸收SO₃，所以在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸。
（5）①单质溴具有氧化性，能把SO₂氧化生成硫酸，而溴单质被还原为溴离子，因此反应的离子方程式是SO₂＋Br₂＋2H₂O＝4H^＋＋2Br^－＋SO₄^2－。
②从吸收塔出来的气体用一定量氨水吸收，得到的铵盐产品是（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的混合物；本反应历程是：OH^－首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反应，然后OH^－再和NH₄⁺反应放出氨气。由题知铵盐质量为30.00g时，产生0.68g÷17g/mol＝0.04molNH₃。该铵盐中NH₄HSO₄先与NaOH溶液反应，2NH₄HSO₄+2NaOH＝（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+H₂O，只有当NH₄HSO₄中的H⁺消耗完全后，NH₄⁺才能与NaOH溶液反应产生NH₃，NH₄⁺+OH^-＝NH₃↑+H₂O。据此判断铵盐质量为10.00g时NaOH溶液过量，铵盐质量为20.00g和30.00g时，消耗的NaOH质量相等。设10.00g铵盐中NH₄HSO₄ 与（NH₄）₂SO₄的物质的量分别为X、Y，n（NH₃）＝n（OH^-）－n（H⁺），则有：

铵盐质量/g	10.00	20.00	30.00	40.00
含NH4HSO4、（NH4）2SO4/mol	X、Y	2X、2Y	3X、3Y	4X、4Y
产生NH3/mol	X+2Y	X+2Y	0.04	0
消耗NaOH/mol	2X+2Y	3X+2Y	3X+0.04	3X+0.04

 
因此3X+2Y＝3X+0.04，解得Y＝0.02mol，又115X+132Y＝10.00，得X＝0.064mol．则该铵盐中氮元素的质量分数＝×100%＝14.56%。
由上面讨论可知此NaOH溶液中共有0.232molNaOH，当铵盐质量为15.00g时含0.096mol NH₄HSO₄和0.03mol （NH₄）₂SO₄，共有NH₄⁺和H⁺ 0.252mol，故NaOH不足，此时产生n（NH₃）＝（0.232－0.096）mol＝0.136mol，因此NH₃的质量＝0.136mol×17g/mol＝2.31g。
考点：考查硫酸的工业制备、反应热的计算、反应条件的控制以及物质含量的计算