Question

硫酸工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位．請(qǐng)回答硫酸工業(yè)生產(chǎn)中的如下問(wèn)題：
（1）早期生產(chǎn)硫酸以黃鐵礦為原料，目前很多國(guó)家都已經(jīng)限制以黃鐵礦為原料而以硫黃為原料，以硫黃為原料的優(yōu)點(diǎn)是

 

．
（2）工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時(shí)，利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃，是一個(gè)關(guān)鍵步驟．壓強(qiáng)及溫度對(duì)SO₂轉(zhuǎn)化率的影響如下表（原料氣中各成分的體積分?jǐn)?shù)分別為：SO₂ 7%；O₂ 1l%；N₂ 82%）；

	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

利用表中數(shù)據(jù)分析．在實(shí)際生產(chǎn)中選擇的適宜生產(chǎn)條件是：溫度

 

℃；壓強(qiáng)

 

MPa．
（3）為提高SO₃吸收率，實(shí)際生產(chǎn)中用

 

吸收SO₃；這樣做的優(yōu)點(diǎn)是

 

．
（4）在催化反應(yīng)室中設(shè)有熱交換裝置，以下敘述與熱交換裝置的作用有關(guān)的是

 

（選填序號(hào)）．
A．保護(hù)環(huán)境．防止空氣污染          B．充分利用熱量，降低生產(chǎn)成本
C．升高溫度，提高SO₂的轉(zhuǎn)化率       D．防止催化劑中毒．

Answer 1

考點(diǎn)：工業(yè)制取硫酸

專(zhuān)題：元素及其化合物,化學(xué)應(yīng)用

分析：（1）根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)分析二氧化硫催化氧化的適宜條件和原因．從催化劑的催化活性去確定溫度的選擇，從反應(yīng)進(jìn)行程度的大小、設(shè)備的耐壓性、控制成本等角度考慮；
（2）正確理解影響反應(yīng)速率的條件和化學(xué)平衡移動(dòng)的條件，催化劑可影響反應(yīng)速率而不能導(dǎo)致平衡移動(dòng)；
（3）吸收塔中吸收液的選擇從實(shí)際吸收效果考慮不采用水而采用濃硫酸，可防止產(chǎn)生酸霧；
（4）硫酸工業(yè)尾氣中SO₂凈化處理方法很多，SO₂是酸性氧化物，因此常用堿液吸收，如氨水、氫氧化鈉溶液、石灰水等．

解答： 解（1）第一步：SO₂的制�。�主要原料是黃鐵礦和空氣，在高溫下煅燒，使硫元素轉(zhuǎn)變成SO₂氣體，生產(chǎn)流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，三廢治理量小，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，易于設(shè)備大型化，故答案為：生產(chǎn)流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，三廢治理量小，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，易于設(shè)備大型化等；
（2）工業(yè)上利用2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑   .

高溫高壓

2SO₃（g），△H=-98.3kJ?mol^-1反應(yīng)制備SO₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，
正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，從化學(xué)平衡移動(dòng)條件分析應(yīng)該采用低溫高壓．而根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；同時(shí)反應(yīng)中使用催化劑，為了使催化劑的催化活性最強(qiáng)，根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)應(yīng)該采用400℃～500℃，
故答案為：400℃～500℃；0.1；
（3）吸收塔中SO₃如果用水吸收，發(fā)生反應(yīng)：SO₃+H₂O═H₂SO₄，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放出的熱量易導(dǎo)致酸霧形成，阻礙水對(duì)三氧化硫的吸收；而濃硫酸的沸點(diǎn)高，難以氣化，不會(huì)形成酸霧，同時(shí)三氧化硫易溶于濃硫酸，所以工業(yè)上從吸收塔頂部噴灑濃硫酸作吸收液，最終得到“發(fā)煙”硫酸，
故答案為：98%的濃硫酸； 防止吸收過(guò)程中產(chǎn)生酸霧，提高SO₃吸收率和硫酸的產(chǎn)率；
（4）A．從沸騰爐中出來(lái)的氣體，溫度較高，進(jìn)入催化反應(yīng)室中的熱交換裝置，對(duì)催化劑進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)催化劑達(dá)到一定溫度時(shí)二氧化硫與氧氣在催化劑作用下反應(yīng)，可以充分利用熱量，降低生產(chǎn)成本，故A錯(cuò)誤；
B．從沸騰爐中出來(lái)的氣體，溫度較高，進(jìn)入催化反應(yīng)室中的熱交換裝置，對(duì)催化劑進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)催化劑達(dá)到一定溫度時(shí)二氧化硫與氧氣在催化劑作用下反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)放出的熱量一方面維持自身的運(yùn)行另一方面也可預(yù)熱進(jìn)入催化反應(yīng)室的氣體，故B正確；
C．SO₂和O₂反應(yīng)生成SO₃為放熱反應(yīng)，溫度升高促使平衡逆向移動(dòng)，不會(huì)提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；
D．從沸騰爐中出來(lái)的氣體，含有砷硒化合物，可以導(dǎo)致催化劑中毒，但在進(jìn)入催化反應(yīng)室前，先要經(jīng)過(guò)凈化、除塵處理，以除去砷硒化合物，所以不會(huì)發(fā)生催化劑中毒現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤；
故選B．

點(diǎn)評(píng)：本題考查工業(yè)接觸法制硫酸的相關(guān)細(xì)節(jié)，如原料的選擇、反應(yīng)條件的選擇、熱交換器的作用、工業(yè)尾氣的處理等內(nèi)容，只要了解基礎(chǔ)知識(shí)都能迎刃而解，難度一般．