Question

6．硫磺可用于生产化工原料硫酸，某工厂用图所示的工艺流程生产硫酸：

请回答下列问题：
（1）为了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，其作用是增加SO₃与浓硫酸的接触面积，有利于SO₃的吸收．
（2）吸收塔中用浓硫酸（填物质名称）吸收SO₃，理由是：防止形成酸雾，提高SO₃的吸收率．
（3）与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是C．
A．产生的废渣多B．二氧化硫的转化率提高 C．耗氧量减少D．不需要使用催化剂
（4）矿物燃料的燃烧是产生大气中SO₂的主要原因之一．在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时SO₂的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式
CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、SO₂+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSO₃、2CaSO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄，或（2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂）．
（5）为使硫磺充分燃烧，经流量计1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倍，则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为1.5：1或3：2．假设接触室中SO₂的转化率为90%，生成的SO₃能够被完全吸收，b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为0.9%或0.009（保留1位有效数字，空气中氧气的体积分数按0.2计），该尾气的处理方法是用氨水吸收（用氢氧化钠等强碱性溶液吸收也可以）．

Answer 1

分析 （1）接触室中热交换器的主要作用是预热未反应的气体和冷却反应后的气体，可节省能源，充分利用能量，应安装热交换器；吸收塔中填充许多瓷管，增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收；
（2）在吸收塔中若直接用水吸收三氧化硫，三氧化硫与水反应生成硫酸，会形成酸雾，因此在生产实践中采用98.3%的浓硫酸吸收；
（3）A．用硫铁矿为原料产生的废渣较多，但废气量相同；
B．原料选择与SO₂的转化率无关；
C．硫铁矿中铁的氧化需要消耗O₂；
D．用SO₂制取SO₃的过程中都需要使用催化剂；
（4）CaCO₃高温分解生成CO₂和CaO，SO₂为酸性氧化物，可以和碱性氧化物CaO反应生成CaSO₃，而CaSO₃易被氧化为CaSO₄；
（5）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倍，则流量计2中通入氧气的体积为2×0.5x=x，据此分析解答；二氧化硫污染空气，应用碱液吸收．

解答 解：（1）SO₂与O₂的反应为放热反应，为了充分利用能量，应安装热交换器；吸收塔中填充许多瓷管，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；增加SO₃与浓硫酸的接触面积，有利于SO₃的吸收；
（2）在吸收塔中生成的三氧化硫与水反应生成硫酸，若直接用水吸收会形成酸雾，因此在生产实践中采用98.3%的浓硫酸吸收，防止形成酸雾，提高SO₃的吸收率；
故答案为：防止形成酸雾，提高SO₃的吸收率；
（3）用硫铁矿为原料产生的废渣较多，但废气量相同，故A项错误；原料选择与SO₂的转化率无关，故B项错误；硫铁矿中铁的氧化需要消耗O₂，所以硫耗氧少些，故C项正确；用SO₂制取SO₃的过程中都需要使用催化剂，故D项错误，
故选：C；
（4）CaCO₃高温分解生成CO₂和CaO，SO₂为酸性氧化物，可以和碱性氧化物CaO反应生成CaSO₃，而CaSO₃易被氧化为CaSO₄，
所以发生反应的化学方程式为：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑   SO₂+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSO₃　2CaSO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄，或（2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂）；
故答案为：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、SO₂+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSO₃、2CaSO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄，或（2CaCO₃+O₂+2SO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO₄+2CO₂）；
（5）燃烧室中的反应为S+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂，假设SO₂的体积为x，则流量计1中通入氧气的体积为1.5x，接触室中的反应为2SO₂+O₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃，那么二氧化硫完全氧化时理论需氧量为$\frac{x}{2}$，经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2倍，所以流量计2中通入氧气的体积为x；因为氧气占空气的$\frac{1}{5}$（即0.2），所以流量计1中通入空气的体积为：1.5x÷$\frac{1}{5}$=7.5x，流量计2中通入空气的体积为：x÷$\frac{1}{5}$=5x，故流经流量计1和流量计2的空气体积比应为7.5x：5x=3：2；燃烧室剩余空气6.5x，接触室剩余空气5x-$\frac{x}{2}$=4.5x，SO₂的转化率为90%，所以剩余SO₂为0.1x，故b管尾气中SO₂的体积分数为：$\frac{0.1x}{6.5x+4.5x}$=0.9%；SO₂为酸性氧化物，可以用碱液（如氨水）吸收；
故答案为：1.5：1或3：2；0.9%或0.009； 氨水（用氢氧化钠等强碱性溶液吸收也可以）．

点评 本题是对化学与技术及工业生产的考查，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．