Question

19．以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如图1：

（1）沸腾炉中发生反应的化学方程式为4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2F₂O₃+8SO₂．
（2）接触室中发生如下反应：2SO₂（g）+0₂（g）?2SO₃（g）△H=一196.6kJ•mol^-1 某研究小组模拟工业生产，在实验室中研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响．下列分析正确的是b．
a．图2中I研究的是t₀时刻增大0₂的浓度对反应速率的影响
b．图2中Ⅱ研究的是t₀时刻加入催化剂对反应速率的影响
c．图2中Ⅲ研究的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高
d．图2中Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较低
（3）已知：S0₃（g）+H ₂0（1）=H ₂S0₄（1）△H=一130.3kJ•mol^-1．当有6.72×10⁴L（已折算为标准状况下）SO₃气体与H₂O化合时放出的热量为3.9×10⁵kJ（保留两位有效数字）．
（4）依据工艺流程图判断下列说法正确的是abd（选填序号字母）．
a．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
b．过量空气能提高SO₂的转化率
c．使用催化剂能提高SO₂的反应速率和转化率
d．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
（5）吸收塔吸收SO₃用98.3%浓硫酸的原因是SO₃与H₂O化合时放出大量的热，用水或稀硫酸吸收易形成酸雾，反而不利于成分吸收SO₃．
（6）某硫酸厂为测定接触室所得气体中S0₂的体积分数，取280mL（已折算成标准状况）气体样品与足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反应后，用浓度为0.02mol•L^-1的K₂Cr₂0₇标准溶液滴定至终点，消耗K₂Cr₂0₇溶液25．O0mL．
已知：Cr₂0₇^2-+Fe²⁺+H⁺→Fe³⁺+H₂0十Cr³⁺（未配平）
①SO₂通入Fe₂（S0₄）₃溶液中．发生反应的离子方程式为SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺．
②接触室所得气体中SO₂的体积分数为12.00%．

Answer 1

分析 （1）燃烧黄铁矿反应生成氧化铁和二氧化硫，再根据化合价升降法配平方程式；
（2）a．增大反应物的浓度瞬间，正反速率增大，逆反应速率不变，之后逐渐增大；
b．加入催化剂，正逆反应速率都增大，但速率相等，平衡不移动；
c．加入催化剂，平衡不发生移动；
d．正反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向移动；
（3）先求出三氧化硫的物质的量，再根据热化学方程式中的反应热计算；
（4）a．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁；
b．过量空气能提高SO₂的转化率；
c．使用催化剂能提高SO₂的反应速率和转化率；
d．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎；
（5）SO₃与H₂O化合时放出大量的热，能形成酸雾，不利于三氧化硫的吸收；
（6）①二氧化硫与硫酸铁反应生成硫酸亚铁和硫酸，据此写出反应的离子方程式；
②利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，结合题中数据进行计算．

解答 解：（1）燃烧黄铁矿反应，反应物为FeS₂和O₂，生成物为Fe₂O₃和SO₂，根据化合价升降法配平，FeS₂+O₂→Fe₂O₃+SO₂，FeS₂中Fe为+2价，S为-1价，O₂中O为0价，Fe₂O₃中Fe为+3价、O为-2价，SO₂中S为+4价、O为-2价，
FeS₂中：铁元素上升1价，硫元素上升5价×2，则总共上升11价，
O₂中：氧元素降低2价×2，则总共降低4价．所以FeS₂前计量数为4，O₂前计量数为11，再根据原子守恒，配出Fe₂O₃前计量数为2，SO₂前计量数为8，生反应的化学方程式为：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2F₂O₃+8SO₂，
故答案为：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2F₂O₃+8SO₂；
（2）a．增大反应物的浓度瞬间，正反速率增大，逆反应速率不变，之后逐渐增大，图Ⅰ应是增大压强的原因，故a错误；
b．图Ⅱ在t₀时刻正逆反应速率都增大，但仍相等，平衡不发生移动，应是加入催化剂的原因，故b正确；
c．图Ⅲ甲、乙两个平衡状态不同，而加入催化剂，平衡不发生移动，故c错误；
d．乙到达平衡时间较短，乙的温度较高，正反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向移动，SO₃的转化率减小，故d错误；
故答案为：b；
（3）已知：SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol，当有6.72×10⁴L（已折算为标况下）SO₃气体H₂O化合，SO₃的物质的量为：$\frac{6.72×1{0}^{4}L}{22.4L/mol}$=3×10³mol，则放出的热量为：3×10³mol×130.3kJ/mol=3.9×10⁵kJ，
故答案为：3.9×10⁵kJ；
（4）a．沸腾炉排出的矿渣为F₂O₃，F₂O₃可供炼铁，故a正确；
b．增加空气的量会使平衡正向进行，提高了二氧化硫的转化率，故b正确；
c．使用催化剂能提高SO₂的反应速率，但是平衡不发生移动，所以转化率不变，故c错误；
d．粉碎矿石能增大接触面积可以提高反应速率，故d正确；
故答案为：abd；
（5）SO₃与H₂O化合时放出大量的热，用水或稀硫酸吸收易形成酸雾，反而不利于成分吸收SO₃，所以在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸，用浓硫酸吸收，
故答案为：SO₃与H₂O化合时放出大量的热，用水或稀硫酸吸收易形成酸雾，反而不利于成分吸收SO₃；
（6）①发生氧化还原反应生成硫酸亚铁，离子反应为SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，
故答案为：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
②根据14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺可得关系式：
      3SO₂～Cr₂O₇^2-，
      3      1
      x    0.02mol/L×0.025L
解得：x=$\frac{0.02mol/L×0.025L×3}{1}$=0.0015mol，
则接触室中所得气体中SO₂的体积分数为：$\frac{0.0015mol}{\frac{0.28L}{22.4L/mol}}$×100%=12.00%，
故答案为：12.00%．

点评 本题考查了工业制硫酸的基本原理，题目难度中等，涉及化学平衡的影响因素和化学反应速率的影响因素、工业制硫酸的基本原理等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力．