Question

某化学兴趣小组的同学为模拟工业制造硫酸的生产过程，设计了如图所示的装置，请根据图回答问题：

（1）装置A用来制取氧气，写出相应的化学方程式

2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑

；
（2）燃烧炉内放一定量黄铁矿粉末，在高温条件下和A装置制出的氧气充分反应，其化学方程式为

4FeS₂+11O₂

高温  .

2Fe₂O₃+8SO₂

；现有含FeS₂60%的黄铁矿100t，如果在煅烧的过程中，S损失了18%，则可生产质量分数为98%的硫酸

82t

吨．
（3）C装置为净化装置，若无该装置，将混合气体直接通入D装置，除对设备有腐蚀外，还会造成的后果是

催化剂中毒

；
（4）工业上利用2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）反应制备SO₃，下表是在一定条件下测定的SO₂的转化率，根据表格中提供的数据，请选择工业利用该反应制备SO₃的温度与压强

常压、400℃～500℃

．

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

（5）为检验从接触室出来的气体成分，甲同学设计如下实验：
①A中盛放的试剂是

BaCl₂溶液

；
②B中盛放98.3%浓硫酸的作用是

除SO₃气体

，乙同学提出可用饱和NaHSO₃溶液代替98.3%的浓硫酸，请你判断乙同学的方案

不可行

 （填“可行”或“不可行”），说明理由

SO₃与NaHSO₃反应生成SO₂，对实验结果造成干扰

；
③C中盛放的试剂是

酸性KMnO₄溶液或溴水

，其作用是

检验并吸收SO₂

；
（6）在硫酸工业的尾气中，SO₂是主要大气污染物，必须进行净化处理，处理方法可采用过量氨气吸收，反应的离子方程式是

SO₂+2NH₃?H₂O=SO₃^2-+2NH₄⁺

．

Answer 1

分析：1、实验室制取氧气常用方法有：①2KClO₃

催化剂 .

△

KCl+3O₂↑、②2KMnO₄

△   .

K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑、
③2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑、④2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，①和②的装置采用固体+固体

加热

气体的典型装置，③和④的装置采用固体+液体→气体的典型装置．
2、工业接触法制硫酸三步骤：第一步：SO₂的制取，第二步：SO₃的制取，第三步：硫酸的生成；
工业接触法制硫酸三原理：4FeS₂+11O₂

高温  .

2Fe₂O₃+8SO₂ 、2SO₂+O₂

催化剂

△

2SO₃、SO₃+H₂O═H₂SO₄，
工业接触法制硫酸三设备：沸腾炉、接触室、吸收塔．

解答：解（1）实验室制取氧气常用方法有：①2KClO₃

催化剂 .

△

KCl+3O₂↑、②2KMnO₄

△   .

K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑、
③2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑、④2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，①和②的装置采用固体+固体

加热

气体的典型装置，③和④的装置采用固体+液体→气体的典型装置．
装置A中锥形瓶盛放固体、分液漏斗盛放液体，所以装置A符合固体+液体→气体的典型装置，
可以采用2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑反应原理制取氧气．
故答案为：2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（2）沸腾炉中黄铁矿与氧气的反应为：4FeS₂+11O₂

高温  .

2Fe₂O₃+8SO₂ ，接触室中反应为：2SO₂+O₂

催化剂

△

2SO₃，吸收塔中反应为：SO₃+H₂O═H₂SO₄，设可生产质量分数为98%的硫酸质量为x，FeS₂的质量为：100t×60%，FeS₂中所含硫元素的质量为：100t×60%×

64

120

，
根据硫元素守恒得：S～SO₂ ～SO₃ ～H₂SO₄
                          32                 98   
         100t×60%×

64

120

×（1-18%）           x×98%
            解得 x=82t，
故答案为：4FeS₂+11O₂

高温  .

2Fe₂O₃+8SO₂；82t；
（3）从沸腾炉中出来的成分为SO₂、O₂、N₂、水蒸气、灰尘、砷硒化合物等，砷硒化合物能导致催化剂失去催化活性，所以在进入接触室前要除去水蒸气、灰尘、砷硒化合物，
故答案为：催化剂中毒；
（4）工业上利用2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g），△H=-98.3kJ?mol^-1反应制备SO₃，该反应为可逆反应，正方向为放热反应，从化学平衡移动条件分析应该采用低温高压．而根据表格中提供的数据发现，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压；同时反应中使用催化剂，为了使催化剂的催化活性最强，根据表格中提供的数据应该采用400℃～500℃，
故答案为：常压、400℃～500℃；
（5）从接触室出来的气体成分SO₂、O₂、N₂、SO₃，从实验装置分析，主要是为了检验SO₂、SO₃气体，SO₃气体可溶解与浓硫酸中，所以装置B采用98.3%的浓硫酸目的是除去SO₃气体的，则SO₃气体的检验只能在装置A中进行，SO₂气体的检验则在装置C中进行．
SO₃气体的检验利用BaCl₂溶液，BaCl₂溶液可与SO₃气体反应：BaCl₂+SO₃+H₂O═BaSO₄↓+2HCl，而BaCl₂溶液不与SO₂气体反应，所以观察到装置A中出现白色沉淀，则可确定气体中含有SO₃气体．如果采用饱和NaHSO₃溶液代替98.3%的浓硫酸，则饱和NaHSO₃溶液既可吸收SO₃气体，反应方程式为：2NaHSO₃+SO₃═Na₂SO₄+2SO₂↑+H₂O，该反应生成SO₂气体，会影响后面装置C中SO₂气体的检验．
SO₂气体的检验利用品红溶液或溴水或酸性KMnO₄溶液等，SO₂气体可使品红溶液的红色褪色，再加热又恢复红色；SO₂气体可使溴水的橙色褪色，反应为：SO₂+Br₂+2H₂O═H₂SO₄+2HBr，SO₂气体可使酸性KMnO₄溶液紫色褪色，反应为：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄；
故答案为：①BaCl₂溶液；②除SO₃气体；不可行；SO₃与NaHSO₃反应生成SO₂，对实验结果造成干扰；③酸性KMnO₄溶液或溴水；检验并吸收SO₂；
（6）在硫酸工业的尾气中，SO₂是主要大气污染物，必须进行净化处理，处理方法可采用过量氨气吸收，
反应方程式为：SO₂+2NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃，离子方程式为：SO₂+2NH₃?H₂O=SO₃^2-+2NH₄⁺，故答案为：SO₂+2NH₃?H₂O=SO₃^2-+2NH₄⁺．

点评：本题主要考查计算能力、分析能力、实验设计能力，要求较高，需要扎实的基础知识作依托，尤其是检验从接触室出来的气体成分需要有对知识的综合运用和迁移能力．