3.硫酸工业

(1)硫酸的工业制法(接触法)

系统地学习掌握某一物质的工业制法，一般要从所用原料、化学反应、适宜条件、生产过程、主要设备、环境保护等角度去分析理解。按照上述要求，工业上接触法制硫酸概括为“五个三”，即三种原料、三个反应、适宜生产条件中的三个问题、三个生产过程、三个主要设备等：

二氧化硫的制取和净化　 4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂　 (沸腾炉)

二氧化硫氧化成三氧化硫　 2SO₂+O₂2SO₃　 (接触室)

三氧化硫的吸收和硫酸的生成　 SO₃+H₂O===H₂SO₄　 (吸收塔)

(2)关于硫酸工业综合经济效益的讨论

①环境保护与原料的综合利用。化工生产必须保护环境，严格治理“三废”，并尽可能把“三废”变为有用的副产品，实现原料的综合利用。硫酸厂的“三废”经处理后，不仅消除了污染，而且也使SO₂和黄铁矿矿渣得到合理利用。

②能量的充分利用。许多化学反应是放热反应。化工生产中应充分利用反应热，这对于降低成本具有重要意义。硫酸生产中的反应热得到充分利用后，不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量，而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能量。

③生产规模和厂址选择。现代化工生产要求有较大的生产规模；厂址选择涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输、环境保护等因素，应对这些因素综合考虑，作出合理的抉择。由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区，厂址应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区。工厂规模的大小，主要由硫酸用量的多少来决定。

(3)环境保护

环境污染主要包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染，此外还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。大气污染物是指粉尘、煤烟、硫的氧化物、氮的化合物、碳氢化合物等，其中二氧化硫是污染大气的主要有害物质之一，易形成酸雨，对人体、生物、物品有严重的危害性；其来源除硫酸厂的尾气中含有二氧化硫外，大量的二氧化硫来源于煤和石油的燃烧、金属矿石的冶炼。消除大气污染的主要方法之一是减少污染物的排放。

2.氧族元素

(1)氧族元素的相似性

①最外层都有6个电子，负化合价都为－2价，除氧外，最高正价为+6价。(除H₂O₂、OF₂及FeS₂外)

②气态氢化物通式为H₂R，除H₂O，对热稳定性都较差，如H₂S 300℃以上即分解，H₂Te 0℃即分解。除氧外，都有氧化物(RO₂、RO₃)，对应的水化物都是含氧酸。

(2)氧族元素的递变性

①熔沸点：O₂→Te逐渐升高

②氧化性：O₂＞S＞Se＞Te

③氢化物稳定性：H₂O＞H₂S＞H₂Se＞H₂Te

④含氧酸酸性：H₂SeO₄＞H₂SO₄(特殊)

(3)氧和硫的对比

①Na₂S与Na₂O都呈碱性，CS₂与CO₂一样呈酸性。碱性氧化物与酸性氧化物可反应生成盐，碱性硫化物与酸性硫化物亦可反应生成盐。如：Na₂S+CS₂===Na₂CS₃

②含氧酸盐中的氧可部分或全部被硫取代，如Na₂S₂O₃可看作硫取代Na₂SO₄中的部分氧。

③在FeS₂中S为－1价，在Na₂O₂、H₂O₂中O为－1价。

1.硫及其化合物间的转化关系

(1)硫和硫的化合物及不同价态的含硫物质是通过氧化还原规律联系在一起的。

低价态的硫元素通过氧化剂的氧化反应，可以变为较高价态的硫元素，高价态的硫元素通过还原反应，可以转变为较低价态的硫元素。要能熟练写出H₂S、S、SO₂、H₂SO₄等含硫物质相互转化的化学方程式。

(2)相同价态的含硫化合物间，是通过酸碱反应规律联系在一起的：

把上述含硫物质的氧化还原反应规律和酸碱反应规律结合在一起，便可从纵、横两个方面提示出硫及其化合物中的相互联系，形成科学的知识网络。

30.答案：(1)A：NH₄HSO₃或(NH₄)₂SO₃　 B：NH₄HSO₄或(NH₄)₂SO₄　 C：SO₂　 D：NH₃　 E：K₂SO₃　 F：K₂SO₄

(2)SO+Br₂+H₂O===SO+2Br^－+2H⁺

(3)通过焰色反应鉴定K⁺(隔钴玻璃火焰呈浅紫色)；取少量F的溶液加入氯化钡和盐酸的溶液，若产生白色沉淀，证明SO的存在

解析：这个图示看起来复杂，实际上若能迅速找到突破点，问题并不难解。

A溶液既能与浓硫酸反应，又能与氢氧化钾反应，说明它的阴离子和阳离子为含有弱电解质的离子或能被氧化的离子。反应中都有气体产生，说明阴、阳离子都具挥发性。无色气体C与氨水反应，D又与C的溶液反应，可见D为NH₃，C为CO、HCO或SO、HSO等。E与溴水反应，所以排除CO，E是K₂SO₃，F即为K₂SO₄。这样其他问题均可得出答案。

●命题趋向与应试策略

29.答案：(1)AB

(2)非金属　 只有非金属元素才既能呈正价又能呈负价

(3)S　 H₂S

解析：本题的设置意在考查考生对非金属元素的单质及化合物性质的综合认识水平，与之相结合，还考查了考生的分析、推理、正向思维与逆向思维、抽象思维和发散思维的能力。解本题的关键在于进行逻辑推理。

化合物A既然是由甲、乙两种单质化合而成的，则化合物A中一定含有乙元素。再看框图的左边纵行，单质甲不含乙元素，而A中含乙元素，则A中的乙元素必来自于B中。至于C是否含有乙元素从题给条件上无法判断，这样一定含乙元素的应是A、B两种化合物。由框图的右侧纵行可以看出，由于反应物A、B都含乙元素，而其产物为单质乙，则A、B中的乙元素必有一种呈正价，另一种呈负价，只有非金属才有这种性质。所以乙为非金属。对第(3)问，要求对元素化合物知识十分熟悉，而且习惯于发散思维。本题应从两种含有相同元素的化合物反应生成该元素的单质作为思维的出发点。再思考能在二元化合物中呈正、负两种价态的非金属最常见的就是硫，2H₂S+SO₂===3S↓+2H₂O。将这几种物质放到所给出的反应关系中去试验，就可得出结论：乙为S，B为H₂S。

本题在整体设计上由易到难，考查的层次逐步深入。将化合价的基本概念与具体反应相结合，考查了逻辑思维和发散思维的能力，表明了高考的方向。

28.答案：(1)M(Na₂SO₄)＝0.40 mol·L^－1　 M(Na₂CO₃)＝1.00 mol·L^－1

(2)1.12 L

解析：(1)14.51 g白色沉淀是BaCO₃和BaSO₄的混合物。

M(Na₂SO₄)＝=0.40 mol·L^－1

M(Na₂CO₃)＝=1.00 mol·L^－1

(2)设生成的气体在标准状况下的体积为x，

BaCO₃+2HNO₃===Ba(NO₃)₂+H₂O+CO₂↑

1 mol　　　　　　　　　 　　　　22.4 L

　mol　　　　　　　　　 x

x==1.12 L。

27.答案：(1)a≤2/3　 (2)a≥2　 大于

(3)2/3＜a＜2　 1－　 1+

解析：反应为：2H₂S+3O₂===2SO₂+2H₂O(g)　　　　　　　　 ①

反应为：2H₂S+O₂===2S+2H₂O(g)　　　　　　　　　　　　　　　　 ②

可由数轴分析：n(H₂S)/n(O₂)

(1)当全部为SO₂时O₂过量，或恰好发生反应①

即n(H₂S)∶n(O₂)=a∶1≤2∶3　 a≤2/3

(2)当全部为S时，H₂S过量，或恰好发生反应②

即n(H₂S)∶n(O₂)=a∶1≥2∶1　 a≥2

又反应前后等压；密度比等于相对分子质量之比，反应前后气体相对分子质量都大于18，所以d₁＞d₂。

(3)当SO₂、S同时有时；①、②反应都发生，a取值必为＜a＜2。

而后两空的计算有两种方法：

方法一：设反应过程是向a L H₂S中逐渐通入O₂，先发生反应②，O₂未用完。所生成物量用H₂S计算：即S=a mol, H₂O=a mol， 耗O₂=mol,余O₂=(1－) mol， 而过量O₂可与S反应：S+O₂===SO₂　　 ③

由反应可知，生成n(SO₂)＝n(O₂)＝(1－) mol。

反应生成气体总量为n(SO₂)+n(H₂O)＝1－+a=(1+) mol

方法二：总反应方程式法。因反应物、生成物均已知，且反应物量已知，直接写出方程式其系数即为解：

a H₂S+O₂===　　 S+　　 SO₂+aH₂O

配平时：由H守恒得H₂O系数为a;由O守恒得SO₂系数为(1－),最后由S守恒得S系数为a－(1－)=(a－1)。

22.4 L　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 172 g

1×10⁴×10³×0.2% L　　　　 m(CaSO₄·2H₂O)×10^－3

解之得 m(CaSO₄·2H₂O)=153.6 kg

(2)要运用极端假设法进行推断，溶液中可能发生两个反应：

SO₂+2NaOH===Na₂SO₃+H₂O　　　　　　　　　　　　　　　　　 ①

SO₂+NaOH===NaHSO₃　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ②

假设按反应①进行，产物为Na₂SO₃，m(Na₂SO₃)=12.6 g

假设按反应②进行，产物为NaHSO₃，m(NaHSO₃)=20.8 g

由于20.8＞16.7＞12.6，所以溶质成分为Na₂SO₃和NaHSO₃的混合物。

设混合物中NaHSO₃的物质的量为x,Na₂SO₃的物质的量为y

解之得x=0.1 mol, y=0.05 mol

(3)可借用数轴进行分析讨论：

根据反应(1)和(2)可确定=和=1两个界点。

讨论结果为

26.答案：(1)153.6 kg　 (2)Na₂SO₃ 0.1 mol　 NaHSO₃ 0.05 mol

(3)

解析：本题较好地体现了《考试说明》的要求，侧重考查学生的综合应用能力，设计颇具特色。本题的三大特色是：计算与推断相结合；数学和化学的综合应用；化学知识与环保相互联系。因此，反映出了高考化学计算命题的发展趋势和特点。解题过程如下：

(1)由硫原子守恒可得关系式

SO₂　　　　 -　　　 　　　　 CaSO₄·2H₂O

25.答案：(1)1.8 L　 (2)c(Fe²⁺)=0.50 mol·L^－1　 c(H⁺)=1.0 mol·L^－1

解析：(1)由FeS+2H⁺===Fe²⁺+H₂S↑可知HCl过量，应以FeS的量计算。

n(FeS)= =0.10 mol

共生成H₂S为0.10 mol。在溶液中溶解的H₂S为：n(H₂S)=0.10mol·L^－1×0.20L=0.020mol,所以收集到的H₂S体积为

V(H₂S)＝22.4 L·mol^－1×(0.10－0.020) mol=1.8　 L

(2)生成Fe²⁺为0.10 mol,浓度为=0.50　 mol·L^－1，消耗H⁺0.20 mol,反应前

n(H⁺)=2.0×0.20=0.40 mol, 故c(H⁺)==1.0 mol·L^－1。