Question

13．硫酸工业的生产工艺流程可简略表示如下：
请回答下列问题：
（1）设备X的名称为接触室，为充分利用反应放出的热量，设备X中应安装热交换器（填设备名称）．吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是使浓硫酸与SO₃充分接触．
（2）精致炉气（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所示．在实际生产中，SO₂催化氧化反应的条件选择常压、450℃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大，消耗的动能大；SO₂的转化率在1个大气压下已达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C点，因为温度越低，SO₂转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，所以选择A点，不选C点．
（3）硫磺也可用于生产硫酸，与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，硫磺生产硫酸的工艺特点是A．
A．耗氧量减少   B．二氧化硫的转化率提高
C．产生的废气减少  D．不需要使用催化剂
（4）硫酸的用途非常广，可应用于下列哪方面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
（5）工业生产中常用氨-酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的．用化学方程式表示其反应原理SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃；2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+H₂O+SO₂↑．

Answer 1

分析 （1）根据硫酸工业制备流程，判断设备名称等；
（2）结合实际分析增大SO₂平衡转化率的外界条件；
（3）A．硫铁矿中铁的氧化需要消耗O₂；
B．原料选择与SO₂的转化率无关；
C．用硫铁矿为原料产生的废渣较多，但废气量相同；
D．用SO₂制取SO₃的过程中都需要使用催化剂；
（4）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；
（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）根据所给的工艺流程可知，设备X中SO₂与O₂反应制备SO₃，则设备X为接触室；SO₂与O₂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，增大浓硫酸与SO₃的接触面，有利于SO₃的吸收，
故答案为：接触室；热交换器； 使浓硫酸与SO₃充分接触； 
（2）根据所给的SO₂平衡转化率与温度及压强关系图可知，升高温度或减小压强平衡均向逆反应方向移动，即SO₂平衡转化率减小，从理论上分析制备硫酸应采用低温高压，但实际生产中却采用了常压、450℃，这是因为在常压下SO₂平衡转化率已经很高，若增大压强会增加设备成本，而温度过低反应速率较低，450℃时所使用的催化剂活性较高，综合上述因素，选择A点，即常压、450℃条件下，
故答案为：不选B点，因为压强越大对设备的投资大，消耗的动能大；SO₂的转化率在1个大气压下已达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C点，因为温度越低，SO₂转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，所以选择A点，不选C点；
（3）A．硫铁矿中Fe元素的氧化也需要消耗O₂，所以硫磺生产硫酸的工艺中耗氧量减少，故A正确；
B．SO₂的转化率与，故B错误；
C．用硫铁矿为原料产生的废渣较多，但废气量相同，故C错误；
D．用SO₂制取SO₃的过程中都需要使用催化剂，故D错误，
故答案为：A；
（4）A．橡胶硫化所用到的为单质硫，不是硫酸，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，用到浓硫酸，故B正确；
C．铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅，会用到硫酸，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；
故答案为：BCD；
（5）用氨-酸法进行尾气脱硫，则需要将尾气中的SO₂吸收，SO₂可与氨水反应，但反应生成的亚硫酸铵（或亚硫酸氢铵）不稳定，需要进一步转化为稳定的硫酸铵，发生反应的方程式有：+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃  2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO4+H₂O+SO₂↑，
故答案为：SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃  2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2SO₂↑或（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO4+H₂O+SO₂↑．

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．