Question

（2012?許昌三模）[化學(xué)--選修2：化學(xué)與技術(shù)]硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟效益問題．
（1）若從下列四個城市中選擇一處新建一座硫酸廠，你認為廠址宜選在

C

的郊區(qū)．
A．風(fēng)光秀麗的旅游城市             
B．消耗硫酸甚多的工業(yè)城市
C．人口稠密的文化、商業(yè)中心城市
（2）寫出沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦的化學(xué)方程式：

4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂

；
寫出接觸室中的化學(xué)方程式：

2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃

．
（3）CuFeS₂是黃銅礦的主要成分，煅燒時CuFeS₂轉(zhuǎn)化為CuO、Fe₂O₃和SO₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

4CuFeS₂+13O₂

高溫  .

4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂

．
（4）在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都是正確的是

D

．
A．黃鐵礦煅燒前需要粉碎，因為大塊的黃鐵礦不能在空氣中反應(yīng)
B．從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中二氧化硫會與雜質(zhì)反應(yīng)
C．二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率
D．三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率
（5）下表是壓強對SO₂平衡轉(zhuǎn)化率的影響：

壓強Mpa 轉(zhuǎn)化率% 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9

對于SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的反應(yīng)，增大壓強可使轉(zhuǎn)化率

增大

，但在實際工業(yè)生產(chǎn)中常采用常壓條件，理由是

常壓下SO₂的轉(zhuǎn)化率已很大

．
（6）由硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃在沸騰爐中化合而成），其中硫酸銅的質(zhì)量分數(shù)隨沸騰爐溫度不同而變化見下表：

沸騰爐溫度	600	620	640	660
爐渣中CuSO4質(zhì)量分數(shù)/%	9.3	9.2	9.0	8.4

已知CuSO₄在低于660℃時不會分解，請簡要分析上表中CuSO₄的質(zhì)量分數(shù)隨溫度升高而降低的原因：

SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)隨溫度升高，平衡左移，SO₃物質(zhì)的量減少，所以CuSO₄的量減少（或溫度升高，SO₃物質(zhì)的量減少，故CuSO₄的量減少）

．

Answer 1

分析：（1）硫酸廠廠址的選擇從綜合經(jīng)濟效益考慮，主要是硫酸為危險品，硫酸的運輸成本要高于原料黃鐵礦的運輸成本；
（2）沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦生成氧化鐵和二氧化硫，接觸室內(nèi)是二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，配平書寫化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)已知信息，確定出反應(yīng)物和生成物，然后配平化學(xué)方程式；
（4）在硫酸工業(yè)制法中，黃鐵礦燃燒前需要粉碎，是為了增大與空氣的接觸面，加快反應(yīng)速率；
從沸騰爐出來的爐氣中含有SO₂、O₂、N₂、水蒸氣、灰塵、砷硒化合物等，由于砷硒化合物能導(dǎo)致催化劑失去催化活性，因此需凈化；
二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，目的是加快反應(yīng)速率，提高產(chǎn)量；
三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率；
（5）依據(jù)平衡移動原理可知增大壓強增大二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，圖表中數(shù)據(jù)分析，常壓下二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已很大，加壓轉(zhuǎn)化率增大不大；
（6）由表中數(shù)據(jù)分析出溫度和CuSO₄的質(zhì)量分數(shù)之間的關(guān)系，而CuSO₄的質(zhì)量取決于SO₃ 的質(zhì)量，再由反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑 .

△

2SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1分析SO₃ 的質(zhì)量和溫度之間的關(guān)系．

解答：解：（1）A．風(fēng)光秀麗的旅游城市的郊區(qū)，不靠近原料基地，也不靠近消耗硫酸的工業(yè)城市，導(dǎo)致原料運輸與產(chǎn)品運輸成本高，同時還會對旅游城市造成污染，故A錯誤；
B．由于硫酸產(chǎn)品的運輸成本要高于原料黃鐵礦的運輸成本，所以廠址應(yīng)選擇在消耗硫酸甚多的工業(yè)城市郊區(qū)，故B正確；
C．人口稠密的文化、商業(yè)中心城市的郊區(qū)，遠離原料基地和消耗硫酸的工業(yè)城市，同時為了防止污染環(huán)境，不宜考慮作為硫酸廠廠址，故C錯誤；
故答案為：B；
（2）沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦生成氧化鐵和二氧化硫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂，接觸室內(nèi)是二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，化學(xué)方程式為：2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃，
故答案為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂；2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃；
（3）根據(jù)題意可知，高溫煅燒時CuFeS₂時，反應(yīng)物為CuFeS₂和O₂，生成物為CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，再根據(jù)化合價升降法配平氧化還原反應(yīng)方程式，
故答案為：4CuFeS₂+13O₂

高溫  .

4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（4）A．在硫酸工業(yè)制法中，黃鐵礦燃燒前需要粉碎，是為了增大與空氣的接觸面，加快反應(yīng)速率，不是因為大塊的黃鐵礦不能在空氣中燃燒．故A不正確；
B．從沸騰爐出來的爐氣中含有SO₂、O₂、N₂、水蒸氣、灰塵、砷硒化合物等，由于砷硒化合物能導(dǎo)致催化劑失去催化活性，因此需凈化，不是因為爐氣中二氧化硫會與雜質(zhì)反應(yīng)，故B不正確；
C．二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，目的是加快反應(yīng)速率，提高產(chǎn)量．并不能提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，故C不正確；
D．在吸收塔中三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率．故D正確；
故答案為：D；
（5）依據(jù)平衡移動原理可知，反應(yīng)2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃增大壓強，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大，圖表中數(shù)據(jù)分析，常壓下二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已很大，加壓轉(zhuǎn)化率增大不大，所以常壓下反應(yīng)，
故答案為：增大；常壓下SO₂的轉(zhuǎn)化率已很大；
（6）硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成），根據(jù)題意由表中數(shù)據(jù)可知，硫酸銅的質(zhì)量分數(shù)隨沸騰爐溫度升高而降低，是因為反應(yīng)CuO+SO₃

△   .

CuSO₄中SO₃的質(zhì)量減少導(dǎo)致的，根據(jù)2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑 .

△

2SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1反應(yīng)制備SO₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，正方向為放熱，隨著溫度升高，平衡逆向移動，導(dǎo)致SO₃的量減少，由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成CuSO₄的量也減少，
故答案為：SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)，隨溫度升高，平衡左移，SO₃物質(zhì)的量減少，所以CuSO₄的量減少（或溫度升高，SO₃物質(zhì)的量減少，故CuSO₄的量減少）．

點評：本題考查硫酸廠址的選擇、含硫礦石的煅燒等相關(guān)內(nèi)容，特別是第（6）問需要一定的邏輯思維能力，難度中等．