题目内容

5．工业制硫酸的一种工艺流程如图1所示：

请回答下列问题：
（1）煅烧前需将黄铁矿粉碎，其目的是充分燃烧，提高原料的利用率．
（2）煅烧造气过程中，若每生成1molSO2气体放出427.5kJ热量，煅烧反应的热化学反应方程式是4FeS2（s）+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3（s）+8SO2（g）△H=-3412kJ/mol．
（3）催化氧化是一个可逆反应，下表是不同条件下的SO2平衡的转化率：
SO2的转化率%0.1MPa1MPa10MPa
400°C99.299.799.9
600°C73.789.596.4
根据上表数据，你认为SO2的催化氧化反应实际生产过程中应选择的条件是温度在400°C左右、压强为1MPa．
（4）吸收尾气过程常用NaOH溶液来吸收SO2，若在30L 0.1mol•L-1 的NaOH溶液中通入标准状况下44.8L SO2气体，其反应的离子方程式为3OH-+2SO2=SO32-+HSO3-+H2O，反应后的溶液pH＜7，则溶液中离子浓度由大到小的顺序是c（Na+）＞c（SO32-）＞c（HSO3-）＞c（H+）＞c（OH-）．
（5）另一种将SO2转化为硫酸的化工流程如图2．其中催化剂a表面的反应是SO2+2H2O-2e-═SO42-+4H+，该流程理论上参加反应的SO2与加入的H2O的质量比为8：15．

分析 由制备流程可知，黄铁矿燃烧生成二氧化硫和氧化铁，煅烧前需将黄铁矿粉碎，增大接触面积，反应速率加快，然后二氧化硫与氧气发生催化氧化反应生成三氧化硫，利用水吸收三氧化硫得到硫酸．
（1）黄铁矿粉碎，可使其充分燃烧；
（2）生成1molSO2气体放出427.5kJ热量，则生成8molSO2气体放出427.5kJ×8=3412kJ热量，以此书写热化学方程式；
（3）由表格数据可知400°C左右、1MPa转化率较大，压强越大，对设备的要求越高；
（4）n（NaOH）=30L×0.1mol/L=3mol，n（SO2）=$\frac{44.8L}{22.4L/mol}$=2mol，可知守恒可知生成等量的硫酸氢钠、亚硫酸钠；反应后的溶液pH＜7，则亚硫酸氢根离子的电离大于亚硫酸根离子水解；
（5）催化剂a表面是SO2失去电子生成硫酸，总方程为：SO2+H2O+$\frac{1}{2}$O2 =H2SO4，先设加入的SO2的量和加入的水的量，再根据方程求出生成硫酸的量和消耗的水的量．

解答 解：（1）煅烧前需将黄铁矿粉碎，其目的是充分燃烧，提高原料的利用率，
故答案为：充分燃烧，提高原料的利用率；
（2）生成1molSO2气体放出427.5kJ热量，则生成8molSO2气体放出427.5kJ×8=3412kJ热量，则煅烧反应的热化学反应方程式是4FeS2（s）+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3（s）+8SO2（g）△H=-3412kJ/mol，
故答案为：4FeS2（s）+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3（s）+8SO2（g）△H=-3412kJ/mol；
（3）反应为放热反应，压强大对设备的要求大，则SO2的催化氧化反应实际生产过程中应选择的条件是温度在400°C左右、压强为1MPa，
故答案为：温度在400°C左右、压强为1MPa；
（4）n（NaOH）=30L×0.1mol/L=3mol，n（SO2）=$\frac{44.8L}{22.4L/mol}$=2mol，可知守恒可知生成等量的硫酸氢钠、亚硫酸钠，离子反应为3OH-+2SO2=SO32-+HSO3-+H2O；反应后的溶液pH＜7，则亚硫酸氢根离子的电离大于亚硫酸根离子水解，则离子浓度大小为c（Na+）＞c（SO32-）＞c（HSO3-）＞c（H+）＞c（OH-），
故答案为：3OH-+2SO2=SO32-+HSO3-+H2O；c（Na+）＞c（SO32-）＞c（HSO3-）＞c（H+）＞c（OH-）；
（5）催化剂a表面是SO2失去电子生成硫酸，电极方程式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+；催化剂a处的反应为：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+，催化剂b处的反应为：$\frac{1}{2}$O2+2H++2e-=H2O，总方程为：SO2+H2O+$\frac{1}{2}$O2=H2SO4，设加入的SO2为xg，H2O为yg，
则生成硫酸的质量为$\frac{xg}{64g/mol}$×98g/mol，反应后水的质量为y-$\frac{xg}{64g/mol}$×18g/mol，根据硫酸为49%，可知$\frac{\frac{x}{64}×98}{\frac{x}{64}×98+y-\frac{x}{64}×18}$=49%，解得x：y=8：15，
故答案为：SO2+2H2O-2e-═SO42-+4H+；8：15．

点评 本题考查制备实验及工业制取硫酸，为高频考点，把握制备流程、离子浓度比较、电解、热化学方程式等为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意化学反应原理的应用，综合性较强，题目难度中等．

练习册系列答案
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18．将一支试管中盛满甲烷和氯气的混合气体，倒置于盛有饱和食盐水的水槽中，在漫射光的照射下，产生的现象是：①颜色变浅，②液面上升，③有油状物生成，④试管中产生少量白雾．
16．某实验小组模拟工业上用SiHC13与H2在1357K的条件下制备高纯硅，实验装置如下图所示（加热及夹持装置略去）：

已知SiHC13的性质如下：沸点为33.0℃，密度为1.34g/mL，易溶于有机溶剂，能与H2O剧烈反应；在空气中易被氧化．请回答：
（1）组装好仪器后，应先进行的操作是检查装置的气密性．
（2）①装置B中的试剂是浓硫酸，②装置D中发生反应的化学方程式为SiHCl3+H2 $\frac{\underline{\;1357K\;}}{\;}$Si+3HCl．
（3）装置E中CCl4的作用为四氯化碳吸收未反应的SiHCl3、防止倒吸．
（4）相关实验步骤如下．其合理顺序为②①⑤④③（填序号）．
①加热装置D至1357K；②打开K1，装置A中反应一段时间：③关闭K1；④关闭K2；⑤加热装置C，打开K2，滴加6.5mLSiHC13．
（5）计算SiHC13的利用率：对装置E中液体进行分液操作后，取上层液体20.00mL转移至锥形瓶中，滴加几滴酚酞溶液．用0.10mol/L盐酸滴定，达到滴定终点的现象是溶液变为无色，且半分钟内不出现红色，进行三次平行滴定，平均每次消耗盐酸20.00mL，则SiHC13的利用率为93.34%（保留两位小数）．
13．已知：CH3CH2OH+NaBr+H2SO4（浓）$\stackrel{△}{→}$ CH3CH2Br+NaHSO4+H2O．实验室制备溴乙烷（沸点为38.4℃）的装置如图1：圆底烧瓶中加入10mL95%乙醇、28mL浓硫酸，然后加入研细的10.3g溴化钠和几粒碎瓷片，小火加热，使NaBr充分反应．

（1）反应时若温度过高会降低溴乙烷的产率，原因是溴乙烷的沸点低易挥发；也可看到有红棕色气体产生，该气体的化学式为Br2．为避免温度过高，宜采用水浴加热．
（2）反应结束后，U形管中粗制的溴乙烷呈棕黄色．为了除去其中的杂质，最好选用下列试剂中的A（填序号）．A．Na2SO3溶液      B．H2O    C．NaOH溶液   D．CCl4
（3）溴乙烷在NaOH水溶液和NaOH乙醇溶液发生不同类型的反应，生成不同的产物，用如图2所示装置进行实验：
该实验的目的是验证生成的气体是乙烯（或验证溴乙烷与NaOH发生消去反应的产物）．盛水的试管（装置）的作用是除去挥发出来的乙醇蒸气．
（4）为检验溴乙烷中的溴元素，正确的操作顺序是：取少量溴乙烷，然后④①⑤③②④①⑤③②（填序号）．
①加热   ②加入AgNO3溶液   ③加入稀HNO3酸化   ④加入NaOH溶液   ⑤冷却
（5）经提纯最终得到纯净的溴乙烷为7.63g，则溴乙烷的产率为70%（保留两位有效数字）．
20．乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味．实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图（图1）和有关数据如表：

相对原子质量密度/（g．cm-3）沸点/℃水中溶解性
异戊醇880.813131微溶
乙酸601.0492118溶
乙酸异戊醇1300.8670142难溶
实验步骤：
在A中加入4.4g异戊醇、6.0g的乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片．开始缓慢加热A，回流50min．反应液冷至室温后倒入分液漏斗中，分别用少最水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤；分出的产物加入少量无水MgSO4固体，静置片刻，过滤除去MgSO4固体，进行蒸馏纯化，收集140～143℃馏分，得乙酸异戊脂3.9g．
回答下列问题：
（1）仪器B的名称是球形冷凝管．
（2）在洗涤操作中，第一次水洗的主要目的是洗掉大部分硫酸和醋酸；洗掉碳酸氢钠．
（3）在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后（填标号〕d．
a、直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出
b、直接将乙酸异戊从分液端斗的下口放出
c、先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从下口放出
d、先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酚从上口倒出
（4）本实验中加入过量乙酸的目的是提高醇的转化率．
（5）实验中加入少量无水MgSO4的目的是干燥乙酸异戊酯．
（6）在蒸馏操作中，仪器选择及安装都正确的是图2中的b（填标号）．

（7）本实验的产率是c（填标号）．
a.30%      b.40%     c、60%     d、90%
10．TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料．
（1）实验室利用反应TiO2（s）+2CCl4（g）═TiCl4（g）+CO2（g），在无水无氧条件下，制取TiCl4实验装置示意图如下

有关性质如表：
物质熔点/℃沸点/℃其他
CCl4-2376与TiCl4互溶
TiCl4-25136遇潮湿空气产生白雾
（1）反应前通入氮气的目的是排除装置内的空气（或水蒸气和氧气），
（2）反应结束后依次进行如下操作：①熄灭酒精灯②停止通氮气③冷却至室温．正确的顺序为①③②（填序号）．
（3）D中的液态混合物成分是CCl4和TiCl4，要分离混合物所采用操作的名称是蒸馏．
17．已知一氧化碳与水蒸气的反应为：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）．在某温度下，平衡常数是9．如果反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.01mol/L，经10min反应达到平衡．
计算：
（1）从反应开始至达到平衡时CO的反应速率为7.5×10-4mol•L-1•min-1．
（2）达到平衡时一氧化碳的转化率为75%；
（3）在恒温恒容的条件下，向上述平衡体系中再充入等物质的量之比的CO（g）和H2O（g）重新达到平衡时，H2的体积百分数为37.5%．
14．利用已经掌握的理论，解释下列事实．
（1）焰火发出绚丽色彩的原理是：金属的焰色反应，灼烧时呈现不同的颜色
（2）请用核外电子排布的相关规则解释Fe3+较Fe2+（Fe3+不易再失电子）更稳定的原因：Fe3+的3d电子半满为稳定结构
（3）磷的第一电离能比硫的大的原因是：P的3p电子半满为稳定结构．
15．焦亚硫酸钠（Na2S2O5）是常用的食品抗氧化剂之一．某研究小组进行如下实验：
实验一   焦亚硫酸钠的制取
采用如图装置（实验前已除尽装置内的空气）制取Na2S2O5．装置 II中有Na2S2O5晶体析出，发生的反应为：Na2SO3+SO2=Na2S2O5

（1）装置 I中产生气体的化学方程式为Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O．
（2）要从装置 II中获得已析出的晶体，可采取的分离方法是过滤．
（3）装置 III用于处理尾气，可选用的最合理装置（夹持仪器已略去）为d（填序号）．

实验二     焦亚硫酸钠的性质
Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3．
（4）检验Na2S2O5晶体在空气中已被氧化的实验方案是取少量Na2S2O5晶体于试管中，加入适量水溶解，滴加盐酸，振荡，再滴加氯化钡溶液，有白色沉淀生成．
实验三  葡萄酒中抗氧化剂残留量的测定
（5）葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化剂．测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量（以游离SO2计算）的方案如下：

i：上述实验方案，（b）步操作的原理是：SO2+I2+2H2O═H2SO4+2HI，操作后应观察的现象是：滴入最后一滴I2溶液时，溶液从无色恰好变为蓝色，且30秒内不褪色．
ii：按上述方案实验，消耗标准I2溶液25.00mL，该次实验测得样品中抗氧化剂的残留量（以游离SO2计算）为0.16g/L．
iii：在上述实验过程中，若有部分HI被空气氧化，则测定结果偏低（填“偏高”、“偏低”或“不变”）

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