Question

[化学--选修化学与技术]硫酸是工业生产中最为重要的产品之一．
（1）工业上制硫酸的主要分为

 

、

 

、

 

三个阶段．
（2）下列是第二阶段反应的有关实验数据，请选择最合适的生产条件

 

．

压强MPa 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

（3）现在欲提高反应速率和SO₂的转化率，下列措施可行的是

 

．
A．向装置中通入氮气且保持体积不变
B．向装置中通入氧气且保持体积不变
C．添加更多的催化剂
D．降低温度，及时转移SO₃
（4）硫酸生产的尾气中含有少量SO₂，可用石灰水吸收后，再用硫酸处理．此过程涉及的化学反应方程式为

 

，

 

．
（5）若进入第二阶段设备气体的体积分数为：SO₂7%、O₂11%、N₂82%．现有100体积这样的混合气体在反应后变成为96.7体积，则反应后混合气体中N₂和SO₃的体积比为

 

，此时SO₂转化率为

 

．

Answer 1

分析：（1）依据工业制硫酸的工艺流程分析回答；
（2）增大压强后，SO₂的平衡转化率提高得并不多，加压对设备的要求高且耗能多，将增大投资和能量消耗．400℃～500℃作为操作温度，因为在这个温度范围内，催化剂的活性（反应速率）和SO₂的平衡转化率都比较理想；
（3）提高反应速率和SO₂的转化率，依据影响化学反应速率和化学平衡移动方向判断；
（4）硫酸工业尾气中SO₂净化处理方法很多，SO₂是酸性氧化物，因此常用碱液吸收，如氨水、氢氧化钠溶液、石灰水等；
（5）依据化学方程式，结合反应前后体积差量计算；

解答：解：（1）制备过程发生的反应为：造气，二氧化硫的生成：4FeS₂+11O₂═2Fe₂O₃+8SO₂；氧化，二氧化硫的催化氧化：2SO₂+O₂

催化剂 .

△

2SO₃；三氧化硫的吸收：SO₃+H₂O═H₂SO₄；
故答案为：二氧化硫的生成，二氧化硫催化氧化；三氧化硫的吸收；
（2）增大压强后，SO₂的平衡转化率提高得并不多，加压对设备的要求高且耗能多，将增大投资和能量消耗．400℃～500℃作为操作温度，因为在这个温度范围内，催化剂的活性（反应速率）和SO₂的平衡转化率都比较理想．故选择400℃～500℃，1MPa大气压．故答案为：400℃～500℃，1MPa大气压；
（3）A、恒温恒容通入与平衡无关的气体，总压增大，分压不变，平衡不动，二氧化硫转化率不变；故A错误；
B、增加空气的量，反应物浓度增大，反应速率增大，会使平衡正向进行，提高了二氧化硫的转化率；故B正确；
C、催化剂只改变速率不改变平衡，不改变转化率；故C错误；
D、降低温度，及时转移SO₃ 可以使平衡正向进行，二氧化硫转化率增大，但降温反应速率减小，故D错误；
故选B．
（4）在硫酸工业尾气中，SO₂是主要大气污染物，也是酸性氧化物，进行净化处理时可以用碱液吸收，如NaOH、氨水、石灰水等，生成亚硫酸盐，然后再用硫酸处理，重新生成SO₂和一种生产水泥的辅料，则碱液可选择石灰水，反应为SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O，
故答案为：石灰水；SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O；
（5）进入第二阶段设备气体的体积分数为：SO₂7%、O₂11%、N₂82%．现有100体积这样的混合气体在反应后变成为96.7体积，反应后气体体积减少100-96.7=3.3；反应后混合气体中N₂和SO₃的体积比结合化学方程式中反应后气体体积变化计算为：
 2SO₂+O₂

催化剂 .

△

2SO₃；△V
 2     1         2         1
 6.6   3.3      6.6      3.3
剩余气体体积为：96.7，其中含有三氧化硫体积为6.6，二氧化硫体积=7-6.6=0.4，氧气11-3.3=7.7，氮气体积=82，反应后混合气体中N₂和SO₃体积比=82：6.6=410：33；
二氧化硫的转化率=

6.6

7

×100%=94.3%
故答案为：410：33；94.3%

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，尾气吸收的方法判断，二氧化硫接触室催化氧化反应的定量计算，题目难度中等．