Question

如图是现今常规生产发烟硫酸和硫酸的流程图

（1）在④处二氧化硫被催化成三氧化硫，④的设备名称是           。该处发生反应的方程式为                 。为提高三氧化硫的产率，该处应采用         （填“等温过程”或“绝热过程”）为宜。

（2）在⑦处进行二次催化处理的原因是             。

（3）⑤处气体混合物主要是氮气和三氧化硫。此时气体经过⑥后不立即进入⑦是因为      

（4）20%的发烟硫酸（SO₃的质量分数为20%）1吨需加水         吨（保留2位有效数字）才能配置成98%的成品硫酸。

（5）在②处发生1500℃的“不完全燃烧”，即先混入少量干燥空气，然后在③处于700℃下再继续燃烧。试说明为何这种燃烧方式对环境保护是有利的？                 。

 

Answer 1

【答案】

化学反应式或方程式未配平的均扣1分

（1）接触室 （2分）   2SO₂＋O₂2SO₃ （2分，“V₂O₅”写成“催化剂”也可；无条件得1分；无“”不得分） 等温过程（2分）

（2）该反应为可逆反应，二次催化使尚未反应的SO₂尽量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保护环境（2分，“提高原料利用率”1分，“保护环境” 1分）

（3）通过吸收塔⑥后，混合气体中SO₃含量较多，不利于SO₂的催化氧化反应进行。（2分，“SO₃含量较多”1分，“不利于SO₂的催化氧化”1分）

（4）0.066 （3分，上下差0.001均可）

（5）在高温下，空气的氮气和氧气反应生成氮氧化物，有污染。低温下，氮氧化物被还原，生成N₂，对环境保护有利。（2分，“生成氮氧化物”1分，“氮氧化物被还原”1分）

【解析】

试题分析：生产发烟硫酸和硫酸一般经过三个过程：沸腾炉燃烧→接触室氧化→吸收塔吸收，即先把含硫的矿石在沸腾炉内充分燃烧，然后将产生的SO₂通入接触室内，在高温高压催化剂的条件下被氧气氧化，发生反应2SO₂＋O₂2SO₃ ，将反应后的混合气体通入吸收塔，SO₃被水充分吸收从而得到发烟硫酸。由上图，含硫矿石在沸腾炉中②燃烧，将混合气体通入接触室④中，SO₂被O₂氧化成SO₃，将混合气体再通入吸收塔⑥SO₃被水吸收生成硫酸，继续通入吸收塔充分吸收，然后再通入接触室使残余的SO₂进一步被氧化成SO₃，再通入吸收塔被水吸收。

（1）④的设备为接触室，反应的化学方程式为： 2SO₂＋O₂2SO₃ ，该反应正反应为放热反应，为了提高SO₃ 的产率，不宜采取绝热条件，而应该采取等温过程。

（2）该反应为可逆反应，二次催化使尚未反应完全的SO₂尽量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保护环境。

（3）⑤处气体为SO₂、O₂、SO₃的混合气体，气体经过吸收塔⑥后SO₃被水吸收，然后再进入吸收塔，使未被完全吸收的SO₃再次被水充分吸收，之后混合气体中的SO₃含量很少，此时再将混合气体再次通入接触室⑦，那么SO₂的转化率或者SO₃的产率会大大提高。

（4）1吨发烟硫酸中SO₃的质量分数为20%，所以m（SO₃）=0.2吨，m（H₂SO₄）=0.8吨，加水后，发生反应：SO₃ + H₂O=H₂SO₄  此时需要水m（H₂O）=，生成硫酸m（H₂SO₄）=，则总共的硫酸的质量为：m（H₂SO₄）=0.8+0.245=1.045吨，再配置成98%的成品硫酸时需要水的质量为m（H₂O）=，所以需要水的总质量m（H₂O）=0.045+0.021=0.066吨。

（5）在高温下，空气的氮气和氧气反应生成氮氧化物，有污染。低温下，氮氧化物被SO₂还原，生成N₂，对环境保护有利。

考点：本题考查生产发烟硫酸的工艺流程。主要考察工艺流程的工艺原理和所需要的设备，工业生产与环境保护、绿色化学的关系和相关的化学计算。