Question

【題目】【化學(xué)——選修2化學(xué)與技術(shù)】硫酸工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。

（1）工業(yè)制硫酸時(shí)所用硫鐵礦的主要成分為FeS2，其中硫元素的化合物為 。

（2）硫酸的最大消費(fèi)渠道是化肥工業(yè)，用硫酸制造的常見(jiàn)化肥有 (任寫(xiě)一種)。

（3）硫酸生產(chǎn)中，根據(jù)化學(xué)平衡原理來(lái)確定的條件或措施有 (填寫(xiě)序號(hào))。

A．礦石加入沸騰爐之前先粉碎 B．使用V2O5作催化劑

C．轉(zhuǎn)化器中使用適宜的溫度 D．凈化后的爐氣中要有過(guò)量的空氣

E．催化氧化在常壓下進(jìn)行 F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO3

（4）在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫：

2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　 ΔH＝－98.3 kJ·mol－1

在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，常采用“二轉(zhuǎn)二吸法”，即將第一次轉(zhuǎn)化生成的SO2分離后，將未轉(zhuǎn)化的SO2進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，假若兩次SO2的轉(zhuǎn)化率均為95%，則最終SO2的轉(zhuǎn)化率為 。

（5）硫酸的工業(yè)制法過(guò)程涉及三個(gè)主要的化學(xué)反應(yīng)及相應(yīng)的設(shè)備(沸騰爐、轉(zhuǎn)化器、吸收塔))。

①三個(gè)設(shè)備分別使反應(yīng)物之間或冷熱氣體間進(jìn)行了“對(duì)流”。請(qǐng)簡(jiǎn)單描述吸收塔中反應(yīng)物之間是怎樣對(duì)流的。

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②工業(yè)生產(chǎn)中常用氨—酸法進(jìn)行尾氣脫硫，以達(dá)到消除污染、廢物利用的目的。用化學(xué)方程式表示其反應(yīng)原理。(只寫(xiě)出2個(gè)方程式即可)

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（6）實(shí)驗(yàn)室可利用硫酸廠(chǎng)爐渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵和綠礬(FeSO47H2O)，聚鐵的化學(xué)式為[Fe2(OH)n(SO4)3﹣0.5n]m，制備過(guò)程如圖所示，下列說(shuō)法正確的是 。

A．爐渣中FeS與硫酸和氧氣的反應(yīng)的離子方程式為：4FeS+3O2+12H+═4Fe3++4S↓+6H2O

B．氣體M的成分是SO2，通入雙氧水得到硫酸，可循環(huán)使用

C．向溶液X中加入過(guò)量鐵粉，充分反應(yīng)后過(guò)濾得到溶液Y，再將溶液Y蒸發(fā)結(jié)晶即可得到綠礬

D．溶液Z的pH影響聚鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，若其pH偏小，將導(dǎo)致聚鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大

Answer 1

【答案】（1）－1；（2）硫酸銨(或硫酸鉀或過(guò)磷酸鈣等) ；（3）D；（4）99.75%；

（5）①SO3從吸收塔底部進(jìn)入，吸收劑(濃硫酸)從頂部下淋，形成對(duì)流；

②SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3；2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑；[或SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3；(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑（6）AB；

【解析】

試題分析：

（1）FeS2中鐵元素是+2價(jià)，則硫元素為-1價(jià)；

（2）用硫酸制造的常見(jiàn)化肥有硫酸銨、硫酸氫銨、硫酸鋅、硫酸鉀等；

（3）硫酸生產(chǎn)中，第二步：SO3的制取反應(yīng)原理為：2SO2+O22SO3，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡原理為了提高SO2的轉(zhuǎn)化率，通常采用增大O2濃度的方法來(lái)達(dá)到使SO2盡可能多的轉(zhuǎn)化為SO3的目的。A．礦石加入沸騰爐之前先粉碎，目的是為了增大黃鐵礦與空氣的接觸面，加快4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 反應(yīng)速率，而不是從2SO2+O22SO3 反應(yīng)中化學(xué)平衡角度考慮，故A不正確；B．使用V2O5作催化劑，催化2SO2+O22SO3 反應(yīng)，只能加快該反應(yīng)的速率，不能使平衡移動(dòng)，故B不正確；C．接觸室中催化轉(zhuǎn)化器使用適宜的溫度，目的是使催化劑活性最強(qiáng)，使反應(yīng)速率最快，而實(shí)際上升高溫度，會(huì)促使2SO2+O22SO3 平衡向吸熱方向移動(dòng)，即逆向移動(dòng)，不利于提高SO2的轉(zhuǎn)化率，故C不正確；D．從沸騰爐中出來(lái)的氣體成分為SO2、O2、N2，經(jīng)過(guò)凈化后，進(jìn)入接觸室，爐氣中要有過(guò)量的空氣，即增大O2濃度，會(huì)促使2SO2+O22SO3 平衡正向移動(dòng)，有利于提高SO2的轉(zhuǎn)化率，故D正確；E．接觸室中：2SO2+O22SO3，增大壓強(qiáng)促使平衡正向移動(dòng)(即氣體總體積減小的方向)，減小壓強(qiáng)促使平衡逆向移動(dòng)(即氣體總體積增大的方向)．在常壓下，不利于平衡正向移動(dòng)，不利于提高SO2的轉(zhuǎn)化率．對(duì)于該化學(xué)平衡，壓強(qiáng)的增大，促使平衡正向移動(dòng)，效果并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓條件，而不采用高壓條件，故E不正確；F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO3，主要目的是防止產(chǎn)生酸霧，阻礙SO3的吸收，與化學(xué)平衡移動(dòng)原理無(wú)關(guān)，故F不正確；

（4）設(shè)二氧化硫的初始濃度為a，則第一次轉(zhuǎn)化掉的二氧化硫濃度為a×95%，剩余的二氧化硫濃度為a×(1-95%)，進(jìn)入第二次轉(zhuǎn)化，則第二次轉(zhuǎn)化掉的二氧化硫濃度為a×(1-95%)×95%，根據(jù)公式：轉(zhuǎn)化率═轉(zhuǎn)化濃度/初始濃度×100%，最終SO2的轉(zhuǎn)化率═[a×95%+a×(1-95%)×95%]/a×100%═99.75%；

（5）①?gòu)慕佑|室中出來(lái)的熱氣體SO2、O2、N2、SO3，在吸收塔的底部進(jìn)入，從下向上運(yùn)動(dòng)，從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運(yùn)動(dòng)；熱氣體SO3與冷的濃硫酸相對(duì)流動(dòng)，進(jìn)行熱量交換，故答案為：從接觸室中出來(lái)的熱氣體SO2、O2、N2、SO3，在吸收塔的底部進(jìn)入，從下向上運(yùn)動(dòng)；從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運(yùn)動(dòng)；熱氣體SO3與冷的濃硫酸相對(duì)流動(dòng)，進(jìn)行熱量交換；②工業(yè)生產(chǎn)中常用氨-酸法進(jìn)行尾氣脫硫，即先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，先用氨水吸收時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：SO2+2NH3H2O═(NH4)2SO3，再用濃硫酸處理時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：(NH4)2SO3+H2SO4═(NH4)2SO4+SO2↑+H2O，以達(dá)到消除污染、廢物利用的目的；

（6）分析流程可知爐渣加入硫酸溶液同時(shí)通入氧氣得到固體W為氧化還原反應(yīng)生成的硫單質(zhì)和SiO2等，溶液X為含有Fe3+離子的溶液，調(diào)節(jié)溶液PH得到溶液Z加熱得到聚鐵，溶液X中加入鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵溶液Y，蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體。A、爐渣中FeS與硫酸和氧氣反應(yīng)生成硫單質(zhì)硫酸鐵和水，反應(yīng)的離子方程式為4FeS+3O2+12H+═4Fe3++4S↓+6H2O，故A正確；B、爐渣加入硫酸溶液同時(shí)通入氧氣得到固體W為氧化還原反應(yīng)生成的硫單質(zhì)和SiO2等，固體W灼燒得到氣體為二氧化硫，故B正確；C、溶液X中加入過(guò)量鐵粉，鐵和硫酸鐵溶液反應(yīng)生成硫酸亞鐵，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾析出得到綠礬，符合晶體析出步驟，故C錯(cuò)誤；D、用pH試紙測(cè)定方法為：將試紙放在表面皿上，用潔凈的玻璃棒蘸取待測(cè)液，點(diǎn)在試紙的中央，然后與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)比．氫氧化鐵的含量比硫酸亞鐵高，若溶液Z的pH偏小，則聚鐵中生成的氫氧根的含量減少，使鐵的含量減少，故D錯(cuò)誤；選AB。