Question

9．硫酸和纯碱都属于工业上常用的“三酸两碱”．回答下列问题：
Ⅰ目前，我国多用黄铁矿作原料采用“接触法”，设备如图1所示．
（1）图1中设备A的名称是沸腾炉，该设备中发生的主要反映的化学方程式为4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）有关接触法制硫酸的下列说法中，错误的是cd
a．在吸收塔中用浓度为98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫
b．煅烧含硫53.4%的黄铁矿时，若FeS₂损失了2%，则S损失2%
c．B装置中反应的条件之一为较高温度，是为了提高SO₂的转化率
d．硫酸工业中在接触室安装热交换器，是为了充分利用SO₃转化为H₂SO₄时放出的热量
（3）科研工作者开发了制备SO₂、再利用电化学原理生产硫酸的方法，装置如图2所示，为了保持电解过程的稳定性，硫酸的浓度应维持不变，则通入的SO₂和水的质量比为16：29
Ⅱ．工业上常用“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺来制造纯碱．
（1）“氨碱法”生成纯碱的过程中会产生大量CaCl₂废弃物，请写出该工艺中产生CaCl₂的化学方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O
（2）写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl（饱和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl； 2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（3）CO₂是制造纯碱的重要材料，“联合制碱法”中CO₂来源于合成氨厂，“氨碱法”中CO₂来源于煅烧石灰石．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）依据接触法制硫酸的工业流程和设备反应分析：A设备是硫铁矿与氧气在高温下的煅烧反应，在沸腾炉中进行．
（2）A．依据三氧化硫吸收的方法是利用浓硫酸吸收，防止形成酸雾，阻止吸收分析判断；
        B．根据S元素守恒，利用关系式计算；
        C．二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热的可逆反应，运用平衡移动的原理判断；
        D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热． 
 （3）利用原电池原理制硫酸溶液，通O₂的极为正极，电极反应为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，通SO₂的极为了负极，电极反应为2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺，结合正负极得失电子是相等的，即得原电池反应2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，根据稀硫酸溶液的质量分数是50%，假设溶液里硫酸的质量为98g，据此可计算出通入SO₂的质量和水的质量比．
Ⅱ（1）氨碱法：以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱，工艺中产生大量CaCl₂的化学方程式为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O．
（2）联合制碱法：以食盐、氨和二氧化碳（其中二氧化碳来自合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气）为原料来制取纯碱，联合制碱法的原理为：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl（饱和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl； 2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（3）联合制碱法中CO₂来源于氨工业的废气，氨碱法中CO₂的来源于石灰石煅烧．

解答 解：（1）A设备是硫铁矿与氧气在高温下煅烧反应在沸腾炉中进行，方程式为4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
故答案为：沸腾炉；4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO₃+8SO₂．
（2）a．设备C中用98.3%的H₂SO₄来吸收SO₃的原因是，用水吸收易形成酸雾阻止三氧化硫的吸收，故a正确；
        b．根据S元素守恒，利用关系式可看出．
            设黄铁矿m克，含硫为48%m克，含FeS₂为$\frac{120}{64}$×48%m克，据比例关系：
                FeS₂------------------2S
            $\frac{120}{64}$×48%m×（1-2%）    48%m×98%
则S损失为：$\frac{48%m-48%m×98%}{48%m}$×100%=2%故b正确；
       c．二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热的可逆反应，升高温度平衡向吸热方向移动，降低SO₂的转化率，故c错误；
      d．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热，而不是利用SO₃转化为H₂SO₄时放的热量，故d错误；
故答案为：cd；
（3）利用原电池氧化SO₂制硫酸的总反应式2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，根据稀硫酸溶液的质量分数是50%，假设溶液里硫酸的质量为98g，溶液里水的质量也为98g，生成的硫酸的物质的量为=1mol，结合原电池反应式可知参加反应的SO₂和H₂O的物质的量也为1mol，则SO₂的质量为1mol×64g/mol=64g，水的质量为1mol×18g/mol=18g，通入通入SO₂的质量和水的质量比为=16﹕29，故答案为：16﹕29；
Ⅱ（1）氨碱法工艺中产生大量CaCl₂是由氯化铵和消石灰在加热条件下反应后生成氨气和氯化钙的反应，反应的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
（2）联合制碱法是在氨的饱和NaCl溶液中二氧化碳气体，反应生成碳酸氢钠，解热碳酸氢钠即可制备碳酸钠，反应的有关方程式为，NH₃+CO₂+H₂O+NaCl_（饱和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案为：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl_（饱和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（3）CO₂是制碱工业的重要原料，联合制碱法中CO₂来源于合成氨工业的废气，氨碱法中CO₂的来源于石灰石煅烧，
故答案为：合成氨厂；煅烧石灰石．

点评 考查硫酸的工业制法，氨碱法（索氏）和联合制碱法（侯氏）的原理，涉及化学平衡的移动，原电池原理，原子守恒在化学计算中的应用，反应条件的选择等，掌握原理是解题的关键，对学生基础要求较高，题目难度中等．