Question

8．如图1为工业上接触法制硫酸的简单流程图，试回答下列有关问题：

（1）工业上为了提高黄铁矿的利用率，常采取的措施是矿石燃烧前要粉碎成细小矿粒，增大接触面积．沸腾炉出来的气体需净化的理由是防止催化剂中毒．（每空只需填写一种）
（2）SO₂的催化氧化和合成氨的原理类似．为提高原料的转化率和单位时间内的产量，合成氨反应需要在200～500个大气压的条件下，而S0₂的催化氧化只需常压或稍加压的条件下，其原因是在其他条件具备时，二氧化硫氧化反应正向进行的限度已很高，即使增大压强，该反应的转化率升高不大，但却大大增大生产成本．
（3）若沸腾炉中每燃烧0.12kg FeS₂就会放出 85kJ热量，请写出此状况下FeS₂燃烧的热化学方程式：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-340 kJ•mol^-1
（4）某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的SO₂，将所得的Na₂S0₃溶液进行电解再生循环脱硫，其原理如图2，a、b离子交换膜将电解槽分成为三个区域，电极材料均为石墨．图中a表示阳（填“阴”或“阳”）离子交换膜．A～E分别代表生产中的原料或产品，其中C为硫酸溶液，则A为NaOH溶液．阳极的电极反应式为SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-．
（5）用浓硫酸吸收S0₃可以得到H₂SO₄．S0₃．若用1000g98%的浓硫酸充分吸收SO₃后，再进行稀释，最终可以得到98%的浓硫酸的质量是Ckg（填标号）．
A.1.98    B.2.00    C.2.22    D.2.42．

Answer 1

分析 （1）矿石燃烧前要粉碎成细小矿粒，增大了接触面积，加快反应速率；炉气含有大量的杂质，例如：砷、硒等的化合物和矿尘等，这些杂质把催化剂覆盖着，催化剂会失去了催化作用；
（2）根据SO₂的转化率及生产成本来选择；
（3）0.12kgFeS₂就会放出85kJ热量，即据1mol释放85KJ热量，据此写成热化学方程式；
（4）从C为硫酸可知，b为阴离子交换膜，故a为阳离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根，故A为氢氧化钠；阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根；
（5）98%的浓H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物质的量之比为$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的浓H₂SO₄可以表示为SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示为2SO₃•H₂O，进一步表示为$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，计算浓硫酸改写后H₂O的物质的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物质的量，再利用硫原子守恒计算H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的物质的量，进而计算其质量．

解答 解：（1）工业上为了提高黄铁矿的利用率，常采取的措施是矿石燃烧前要粉碎成细小矿粒，增大了接触面积，加快反应速率；沸腾炉出来的气体含有大量的杂质，例如：砷、硒等的化合物和矿尘等，这些杂质把催化剂覆盖着，催化剂会失去了催化作用，
故答案为：矿石燃烧前要粉碎成细小矿粒，增大接触面积；防止催化剂中毒；
（2）接触室中二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫是一个可逆反应，正方向放热，选择400℃～500℃的高温，V₂O₅作催化剂，原因在于此温度催化剂的活性最大，反应速率和平衡转化率都较高，如温度过高，平衡逆向移动，转化率反而降低，常压下，平衡转化率较高，如增大压强，平衡向正方向移动，理论上提高了转化率，但是会造成设备造价和耗能增加，故接触室中适宜条件是V₂O₅作催化剂、高温、常压，
故答案为：在其他条件具备时，二氧化硫氧化反应正向进行的限度已很高，即使增大压强，该反应的转化率升高不大，但却大大增大生产成本；
（3）0.12kgFeS₂就会放出85kJ热量，即据1mol释放85KJ热量，则热化学方程式可写为：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-340kJ•mol^-1，
故答案为：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-340 kJ•mol^-1；
（4）从C为硫酸可知，硫酸根来源于亚硫酸根放电．故a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根离子，故A为氢氧化钠；阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根，反应的离子方程式为SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-，
故答案为：阳；NaOH溶液；SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-；
（5）98%的浓H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物质的量之比为$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的浓H₂SO₄可以表示为SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示为2SO₃•H₂O，进一步表示为$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，计算浓硫酸改写后H₂O的物质的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物质的量，浓硫酸改写后H₂O的物质的量为n（H₂O）=1000g÷（80+$\frac{10}{9}$×18）×$\frac{10}{9}$=$\frac{100}{9}$mol，则$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物质的量为10mol，根据硫原子守恒，稀释后可得浓硫酸H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的质量为$\frac{200}{9}$mol×（98+2）g/mol=2222g，约是2.22Kg，
故答案为：C．

点评 本题考查了工业制硫酸的生成过程和反应特征，二氧化硫的催化氧化反应的条件选择，热化学方程式的书写，电化学知识的考查，以及溶液浓度有关计算，题目过程复杂，为易错题目，关键是明确浓硫酸中水与三氧化硫反应转化为硫酸，注意理解利用改写成化学式形式结合守恒进行解答，难度中等．