Question

以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如图1：

请回答下列问题：
（1）在炉气制造中，生成SO₂的化学方程式为

 

；
（2）炉气精制的作用是将含SO₂的炉气

 

、

 

和干燥，如果炉气不经过精制，对SO₂催化氧化的影响是

 

；
（3）精制炉气（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关系如图2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

 

、

 

；
（4）在SO₂催化氧化设备中设置热交换器的目的是

 

、

 

，从而充分利用能源．

Answer 1

考点：工业制取硫酸

专题：化学应用

分析：（1）黄铁矿的主要成分是FeS₂，在高温条件下与氧气反应：4FeS₂+11O₂

高温  .

4Fe₂O₃+8SO₂；
（2）在催化氧化时必须进行除尘、洗涤、干燥，以达到除去砷、硒等化合物的效果，这些物质会使催化剂中毒，并且水蒸气在高温下与铁反应，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，但反应较慢，450℃时，催化剂的催化效率最高；
（4）SO₂催化氧化设备中设置热交换器可以充分利用反应放出的热．

解答： 解：（1）黄铁矿的主要成分是FeS₂，在高温条件下与氧气反应，其反应的化学方程式为：4FeS₂+11O₂

高温  .

4Fe₂O₃+8SO₂；
故答案为：4FeS₂+11O₂

高温  .

4Fe₂O₃+8SO₂；
（2）在催化氧化时必须进行除尘、洗涤、干燥，以达到除去砷、硒等化合物的效果，这些物质会使催化剂中毒，并且水蒸气在高温下与铁反应，对设备和生产有不良影响，
故答案为：除尘、水洗；砷、硒等化合物会使催化剂中毒，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．
故答案为：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）在S0₂催化氧化设备中设置热交换器，把不同温度之间的气体进行热交换，可预热反应气体，冷却生成气体，可起到充分利用能源的目的，
故答案为：利用反应放出的热量预热原料气；上层反应气经热交换器温度降到400～500℃进入下层使反应更加完全．

点评：本题考查硫酸的工业制法，涉及环境保护、反应原理、工业流程等问题，本题中注意炉气的精制、反应条件等问题的考查，是易错点，题目难度中等．