Question

3．（1）硫酸的用途非常广泛，可应用于下列哪些方面火山喷发所产生的硫黄可用于生产重要的化工原料硫酸．某企业用如图1所示的工艺流程生产硫酸：

请回答下列问题：
（1）硫酸的用途非常广泛，可应用于下列哪些方面BCD
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
（2）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，其作用是增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收．
（3）如果进入接触室的混合气（含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的关系如图所示．在实际生产中，SO₂催化氧化反应的条件选择常压和450℃，而没有选择SO₂转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是不选择B点，因为压强越大对设备的投资大，消耗的动能大，SO₂原料的转化率已是97%左右，再提高压强，SO₂的转化率提高的余地很小，所以采用1个大气压、不选择C点，因为温度越低，SO₂转化率虽然更高，但催化作用受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故不选C点．
（4）为使硫黄充分燃烧，经流量计l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l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0.41%（空气中氧气的体积分数按0.2计）．
（5）工业对硫酸厂尾气的处理方法一般是用氨水吸收．

Answer 1

分析 （1）A、橡胶硫化所用到的为单质硫；
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；
C、铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅；
D、过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石；
（2）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；
（3）从温度、压强对SO₂的转化率进行分析；
（4）假设SO₂的体积为x，经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%，则流量计1中通入氧气的体积为1.5x，经流量计2的氧气量为接触室中SO₂完全氧化时理论需氧量的2.5倍，则流量计2中通入氧气的体积为2.5×0.5x=1.25x，则流量计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；燃烧室剩余空气6.5x，接触室剩余空气6.25x-0.5×0.95x=5.775x，剩余SO₂0.05x，故b管尾气中SO₂的体积分数=$\frac{V（S{O}_{2}）}{V（总）}$；
（5）二氧化硫是酸性氧化物，可用碱性物质氨水来处理．

解答 解：（1）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，磺化反应就是与硫酸发生的取代反应，故B正确；
C、铅蓄电池中需要用到硫酸作电解质溶液，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；
（2）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；增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收；
（3）由图2可知，不选B点，压强越大对设备的投资越大，消耗的动能大，SO₂的转化率在1个大气压时，已经很高了，再提高压强SO₂的转化率提高不大；不选C点，因为C点温度低，SO₂的转化率虽然很高，但是催化剂的催化效率降低，450℃时催化剂的催化效率最高，所以选择A点，不选择C点；
故答案为：不选B点，压强越大对设备的投资越大，消耗的动能大，SO₂的转化率在1个大气压时，已经很高了，再提高压强SO₂的转化率提高不大；不选C点，因为C点温度低，SO₂的转化率虽然很高，但是催化剂的催化效率降低，450℃时催化剂的催化效率最高，所以选择A点，不选择C点；
（4）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?2SO₃，则流量计2中通入氧气的体积为2.5×0.5x=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-0.5×0.95x=5.775x，剩余SO₂0.05x，故b管尾气中SO₂的体积分数为$\frac{0.05x}{6.5x+5.775x+0.05x}$=0.41%；
故答案为：6：5；0.41%；
（5）硫酸工业的尾气中含有二氧化硫，二氧化硫是酸性氧化物，可用碱性物质氨水来处理，故答案为：用氨水吸收．

点评 本题考查化学与技术及工业生产，为往年高考热点，近几年高考一般不涉及，需要学生细读生产工艺图中各物质的变化进行解答，把握氨碱法、制备浓硫酸的工艺流程及设备的作用、发生的化学反应为解答的关键，题目难度中等．