Question

[化学一选修2化学与技术]分析下面两个案例并回答有关问题．
（1）工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是一个关键步骤．压强及温度对SO₂转化率的影响如下表（原料气各成分的体积分数为：SO₂ 7%，O₂ 11%，N₂82%）：

压强/MPa SO2转化率 温度/℃	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%

①利用表中数据，如何推断出SO₂的催化氧化反应是一个放热反应？______
②选择适应的催化剂，是否可以提高SO₂的转化率？______（填“是”或“否”）是否可以增大该反应所放出的热量？______（填“是”或“否”）．
③已知：2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g），△H=-196.6k J/mol，计算每生产1万吨98%硫酸所需要SO₃质量为______t，由SO₂生产这些SO₃时放出的热量为______kJ．
（2）某地区已探明蕴藏有丰富的赤铁矿（主要成分为Fe₂O₃，还含有SiO₂等杂质）、煤矿、石灰石和黏土，拟在该地区建设大型炼铁厂．

①随着铁矿的开发和炼铁厂的建立，需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成规模的工业体系．据此确定上图中相应工厂的名称B______、D______．
②以赤铁矿为原料，写出高炉炼铁中得到生铁以及产生炉渣的化学方程式______ 2Fe+3CO₂ 、CaCO₃+SiO₂ CaSiO₃+CO₂

Answer 1

【答案】分析：（1）①采取控制变量法，压强一定，分析温度对平衡的影响，由表中数据可知，压强一定时，温度升高时，SO₂的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动；
②催化剂缩短到达平衡时间，不影响平衡移动；反应热只与始态和终态的能量有关，与反应条件无关，催化剂不改变始态和终态的能量；
③计算1万吨98%的硫酸含有H₂SO₄的质量，根据关系式2H₂SO₄～2SO₃～Q=196.9kJ计算；
（2）①了解发电厂、焦化厂、发电厂、水泥厂等的工艺流程和反应原理；依据图中的物质和转化关系结合生产目的分析判断；
②炼铁是利用焦炭和空气生产的还原剂一氧化碳还原铁矿石得到铁，结合铁矿石中含有脉石等杂质影响炼铁过程和铁的质量，需要除去；
③从“三废”利用、环境保护等角度考虑，依据原料利用率、污染物质的回收利用，废物的转化和利用，保护环境分析判断．
解答：解：（1）①由表中数据可知，压强一定时，温度升高时，SO₂的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，
故答案为：压强一定时，温度升高时，SO₂的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应；
②催化剂缩短到达平衡时间，不影响平衡移动，二氧化硫的转化率不变；反应热只与始态和终态的能量有关，与反应条件无关，催化剂不改变始态和终态的能量，使用催化剂反应热不变，故答案为：否；否；
③1万吨98%的硫酸含有H₂SO₄的质量为1×10¹⁰×98%=9.8×10⁹g，
令需要SO₃的质量为m，放出的热量为y，则：
   2H₂SO₄～2SO₃～Q=196.9kJ
2×98g     2×80g     196.9kJ
9.8×10⁹g    m          y
所以2×98g：9.8×10⁹g=2×80g：m，解得m=8×10⁹g=8×10³t
所以2×98g：196.9kJ=9.8×10⁹g：y，解得y=9.85×10⁹kJ
故答案为：8×10³；9.85×10⁹；
（2）①依据流程图分析判断，建立焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成规模的工业体系，煤矿用来火力发电，也可以用来炼焦得到炼铁的还原剂，A为发电厂，B为炼焦厂，赤铁矿和石灰石用来炼铁和出脉石，C为炼铁出厂，D是粘土和石灰石为原料的工艺生成判断为水泥厂，故答案为：焦化厂；水泥厂；
②以赤铁矿为原料，高炉炼铁是利用焦炭生成的一氧化碳为还原剂还原铁的氧化物得到铁单质，反应的化学方程式为Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂，在炼铁过程中的脉石需要用碳酸钙除去产生炉渣，反应的化学方程式为CaCO₃+SiO₂ CaSiO₃+CO₂ ，
故答案为：Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂；CaCO₃+SiO₂ CaSiO₃+CO₂ ；
③从“三废”利用、环境保护等角度考虑，该地区和企业在生产中应采取的一些措施有：用炼铁厂的炉渣（或CaSiO₃）作为水泥厂的原料；用发电厂的煤矸石和粉煤灰作为水泥厂的原料；将石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO₂，减少对空气的污染；建立污水处理系统；
故答案为：用炼铁厂的炉渣（或CaSiO₃）作为水泥厂的原料；用发电厂的煤矸石和粉煤灰作为水泥厂的原料；将石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO₂，减少对空气的污染；建立污水处理系统．
点评：本题考查硫酸工业、影响化学平衡的因素、反应热的计算、多步反应计算等，难度中等，掌握利用关系式的计算；主要考查了考生对图表信息的分析和处理能力．图象和表格中都包含了大量的信息，而这些信息往往是隐含的，考生必须对观察结果进行分析加工，才能发现其中所反映出来的有关规律，提取所需要的信息．