Question

17．硫酸是工业生产中最为重要的产品之一，在化学工业的很多领域都要用到硫酸，如橡胶的硫化、表面活性剂“烷基苯硫酸钠”的合成，铅蓄电池的生产等．工业上生产硫酸的流程图如图1：

请回答下列问题
（1）在硫酸工业生产中，我国采用黄铁矿为原料生产SO₂，已知1gFeS₂完全燃烧放出7.2kJ的热量FeS₂燃烧反应的热化学方程式4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3456kJ/mol．
（2）为了有利于SO₂转化为SO₃，且能充分利用热能，采用在具有多层催化剂且又热交换的接触室（填仪器名称）中进行反应．在如图2所示的装置中，A处气体进入装置前需净化的原因是防止催化剂中毒、水蒸气对设备和生产有不良影响．
（3）精制炉气（含有SO₂体积分数为7%、O₂为11%、N₂为82%）中SO₂平衡 转化率与温度及压强关系如图3所示、在实际生产中，SO₂催化氧化反应的条件选择常压、450°C左右（对应图中A点）：而没有选择SO₂转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是：不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能大，二氧化硫原料的转化率在1个大气压时已达97%左右，再提高压强二氧化硫的转化率提高余地很小，所以采用1个大气压、不选C点，因为温度越低，二氧化硫的转化率虽然更高，但是催化剂的催化效率受到影响，450°C时，催化剂的催化效率最高，所以选择A点，不选C点．

（4）已知：焙烧明矾的化学方程式4KAl（SO₄）2•12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O．
焙烧711t明矾（M=474g/mol），若 SO₂的利用率为95%，可生产质量分数为98%的硫酸320.6t．（结果保留小数点后一位）
（5）除硫酸工业外，还有许多工业生产．下列相关的工业生产流程中正确的是B
A．向装置中通入氮气且保持体积不变
B．向装置中通入氧气且保持体积不变
C．添加更多的催化剂
D．降低温度，及时转移SO₃．

Answer 1

分析 由制备流程可知，二氧化硫与空气发生催化氧化生成三氧化硫，利用发烟硫酸吸收后，利用水稀释得到需要的硫酸，
（1）FeS₂的摩尔质量是120g/mol，则4mol的FeS₂完全燃烧放出的热量为7.2kJ×120×4=3456kJ，结合物质的状态书写热化学方程式；
（2）催化氧化在接触室进行，净化为了防止催化剂中毒；
（3）温度、压强均影响平衡移动；
（4）据明矾焙烧的化学方程式及元素守恒规律得：4KAl（SO₄）2•12H₂O～9SO₂～9H₂SO₄，以此计算；
（5）A．氮气不参加反应；
B．氧气浓度增大，反应正向移动；
C．催化剂不影响平衡移动；
D．温度降低会使催化剂的活性降低，反应速率减慢．

解答 解：由制备流程可知，二氧化硫与空气发生催化氧化生成三氧化硫，利用发烟硫酸吸收后，利用水稀释得到需要的硫酸，
（1）FeS₂的摩尔质量是120g/mol，则4mol的FeS₂完全燃烧放出的热量为7.2kJ×120×4=3456kJ，所以热化学方程式为4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3456kJ/mol，故答案为：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3456kJ/mol；
（2）二氧化硫转化为三氧化硫在接触室中进行；A处气体中含有杂质易使催化剂中毒，且水蒸气对设备和生产有不良影响，所以在进入接触室之前需净化，
故答案为：接触室；防止催化剂中毒、水蒸气对设备和生产有不良影响；
（3）在反应2SO₂+O₂?2SO₃中，SO₂转化率较高，工业上一般不采用更高的压强，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大．SO₂的转化率在1个大气压下的转化率已达到97%左右，在提高压强，SO₂的转化率提高的余地很小；本反应为放热反应，工业生产中不采取较低的温度，因为温度越低，SO₂的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，所以选择A点，
故答案为：不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能大，二氧化硫原料的转化率在1个大气压时已达97%左右，再提高压强二氧化硫的转化率提高余地很小，所以采用1个大气压；不选C点，因为温度越低，二氧化硫的转化率虽然更高，但是催化剂的催化效率受到影响，450°C时，催化剂的催化效率最高，所以选择A点，不选C点；
（4）根据明矾焙烧的化学方程式及元素守恒规律得：4KAl（SO₄）2•12H₂O～9SO₂～9H₂SO₄，二氧化硫的利用率为95%，设焙烧711t明矾可生成98%的硫酸质量为x，则
4KAl（SO₄）2•12H₂O～9H₂SO₄，
4×474          9×98
711t×95%        x×98%
解得x=320.6t，
故答案为：320.6；
（5）A、通入与反应无关的气体，体积不变，压强增大，对平衡无影响，且对反应装置无利，故A错误；
B、向装置中通入氧气且保持体积不变，可以增大氧气的浓度，反应速率加快，平衡正向移动，二氧化硫的转化率提高，对生产有利，故B正确；
C、催化剂只能加快反应速率，不能改变平衡，故C错误；
D、转移SO₃减少生成物浓度，平衡正向移动，二氧化硫转化率提高，但温度降低会使催化剂的活性降低，反应速率减慢，对生产不利，故D错误，
故答案为：B．

点评 本题以工业中硫酸的制备为载体考查二氧化硫的催化氧化、化学反应的计算、化学平衡理论的应用等，综合性较强，把握相关反应原理、实验技能为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，题目难度中等．