Question

【化学-选修 化学与技术】
工业上用硫铁矿为主要原料抽取硫酸，主要设备有沸腾米，接触室和吸引塔．
（1）硫铁矿在进入沸腾炉前需要粉碎，其目的是

 

．
（2）为了充分利用反应放出的热量，接触室中应安装

 

（填设备名称）；吸引塔中填充许多瓷管，其作用是

 

．
（3）吸收塔排放的尾气中含有少量的SO₂，防止污染大气、充分利用原料，在排放前必须进行尾气处理并设法进行综合利用．
传统的方法是：尾气中的SO₂通常用足量氨水吸收，然后再用稀硫酸处理，写出上述过程中的化学反应方程式：

 

，其优点是

 

．
创新方法是：将尾气中的SO₂用Na₂SO₃溶液吸收，然后再加热所得溶液，写出上述过程中的化学反应方程式：

 

，创新方法与传统方法相比，其优点是

 

．
（4）在硫酸的工业制法中，下列生产操作及说法生产操作的主要原因二者都正确的是

 

（填序号）
A．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中的SO₂与杂质反应
B．硫酸生产中常采用高压条件，目的是提高SO₂的转化率
C．SO₂被氧化为SO₃时需要使用催化剂，这样可以提高SO₂的转化率
D．SO₃用98.3%浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，有利于SO₃吸收完全
（5）某硫酸厂若要生产8吨98%的浓硫酸至少需要标准状况下的空气

 

m³（ O₂空气中的体积分数按20%计算）．

Answer 1

分析：（1）粉碎可增大反应物的接触面积，提高反应速率；
（2）充分利用能量，应安装热交换器，吸引塔中填充许多瓷管，增大三氧化硫与浓硫酸的接触面；
（3）①SO₂通常用足量氨水吸收，然后再用稀硫酸处理，发生SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃（或SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃）、（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O[或2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2SO₂↑+2H₂O]；
②SO₂用Na₂SO₃溶液吸收，然后再加热所得溶液，发生SO₂+Na₂SO₃+H₂O=2NaHSO₃、2NaHSO₃

△   .

SO₂↑+Na₂SO₃+H₂O；
（4）A．炉气需净化，防止催化剂中毒；
B．硫酸生产中常采用常压，高压下对设备的要求较高；
C．催化剂不能提高转化率；
D．SO₃用98.3%浓硫酸吸收效果好；
（5）由S+O₂

点燃  .

SO₂、2SO₂+O₂

催化剂 .

△

2SO₃消耗氧气，根据O原子守恒可知2n（O₂）=3n（SO₃），根据S原子守恒可知n（SO₃）=n（S），以此计算．

解答：解：（1）粉碎可增大与氧气的接触面积，使燃烧速率加快且更充分，提高原料的利用率，
故答案为：增大与氧气的接触面积，使燃烧速率加快且更充分，提高原料的利用率；
（2）充分利用能量，应安装热交换器，吸引塔中填充许多瓷管，增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收，
故答案为：热交换器；增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收；
（3）①SO₂通常用足量氨水吸收，然后再用稀硫酸处理，发生SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃（或SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃）、（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O[或2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2SO₂↑+2H₂O]，优点为生成的（NH₄）₂SO₄作化肥，二氧化硫可循环利用，
故答案为：SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃（或SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃）、（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O[或2NH₄HSO₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄+2SO₂↑+2H₂O]；生成的（NH₄）₂SO₄作化肥，二氧化硫可循环利用；
②SO₂用Na₂SO₃溶液吸收，然后再加热所得溶液，发生SO₂+Na₂SO₃+H₂O=2NaHSO₃、2NaHSO₃

△   .

SO₂↑+Na₂SO₃+H₂O，其优点为Na₂SO₃可循环利用，
故答案为：SO₂+Na₂SO₃+H₂O=2NaHSO₃、2NaHSO₃

△   .

SO₂↑+Na₂SO₃+H₂O；Na₂SO₃可循环利用；
（4）A．炉气需净化，是为防止催化剂中毒，故A错误；
B．硫酸生产中常采用常压，高压下对设备的要求较高，且常压下转化率较高，故B错误；
C．催化剂不能提高转化率，可加快反应速率，故C错误；
D．SO₃用98.3%浓硫酸吸收效果好，可防止形成酸雾，有利于SO₃吸收完全，故D正确；
故答案为：D；
（5）由S+O₂

点燃  .

SO₂、2SO₂+O₂

催化剂 .

△

2SO₃消耗氧气，根据O原子守恒可知2n（O₂）=3n（SO₃），根据S原子守恒可知n（SO₃）=n（S）=n（H₂SO₄），
S的物质的量为

8×106×98%g

98g/mol

=8×10⁴mol，故消耗氧气n（O₂）=

3

2

n（SO₃）=

3

2

×8×10⁴mol=1.2×10⁵mol，故消耗空气体积为5×1.2×10⁵mol×22.4L/mol=134.4×10⁵L=13440m³，
故答案为：13440．

点评：本题考查浓硫酸的性质及制备，把握制备浓硫酸的工艺流程及设备的作用、发生的化学反应为解答的关键，侧重化学与技术及工业生产的考查，题目难度中等．