Question

5．化学工业的很多领域都要用到浓硫酸．工业上接触法制硫酸的简单流程如图1．回答有关问题：
（1）下列生产过程中，可用到硫酸的是BCD；
A．橡胶的硫化                 B．表面活性剂“烷基苯磺酸纳”的合成
C．铅蓄电池的生产              D．普钙（磷酸二氢钙和硫酸钙）的制备
（2）根据下表信息，结合工业生产实际，判断最适合SO₂反应生成SO₃的生产条件是400℃，0.1MPa．

	0.1MPa	0.5MPa	1MPa	1.5MPa
400℃	0.9961	0.9972	0.9984	0.9988
500℃	0.9675	0.9767	0.9852	0.9894
600℃	0.8520	0.8897	0.9276	0.9468

（3）由沸腾炉排出的炉渣中含有Fe₂0₃、CuO、CuS0₄（由CuO与SO₃化合而成），其中硫酸铜的质量分数随温度变化如表：

沸腾炉温度/℃	600	620	640	660
炉渣中CuSO4的质量分数/%	9.3	9.2	9.0	8.4

己知CuS0₄在低于660℃时不会分解，请简要分析上表中CuS0₄的质最分数随温度升高而降低的原因SO₂转化为SO₃是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡左移，SO₃物质的量减少，所以CuSO₄的量减少（或温度升高，SO₃物质的量减少，故CuSO₄的量减少）．
（4）用1t黄铁矿（FeS₂的质量分数为36%）接触法制硫酸，硫酸的产率为65%，则通过列式计算最后能生产出98%的浓硫酸的质量为0.39t．
（5）某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的SO₂，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解再生循环脱硫，其原理如图2所示．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表示阴（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A为硫酸溶液，则D为NaOH溶液．阳极的电极反应式为SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）橡胶的硫化不需要硫酸，表面活性剂“烷基苯磺酸纳”的合成需要硫酸作为反应物，铅蓄电池的生产中用硫酸作电解液，普钙的制备中用硫酸为反应物；
（2）根据SO₂的转化率及生产成本来选择；
（3）由表中数据分析出温度和CuSO₄的质量分数之间的关系，而CuSO₄的质量取决于SO₃ 的质量，再由反应2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃（g），△H=-98.3kJ•mol^-1分析SO₃ 的质量和温度之间的关系；
（4）根据FeS₂制取硫酸过程中涉及的化学反应方程式，利用关系法解题；
（5））从C为硫酸可知，b为阳离子交换膜，故a阴阳离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根，故D为氢氧化钠；阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根．

解答 解：（1）表面活性剂“烷基苯磺酸纳”的合成需要硫酸作为反应物，铅蓄电池的生产中用硫酸作电解液，普钙的制备中用硫酸为反应物，故选BCD；
（2）因为SO₂与O₂的反应是放热反应，所以选择的温度为400℃，而1个标准大气压时SO₂的转化率已经很大，再增大压强，SO₂的转化率提高不大，但会增加生产成本，所以选择0.1MPa，故答案为：400℃，0.1MPa；
（3）硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO与SO₃ 在沸腾炉中化合而成），根据题意由表中数据可知，硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度升高而降低，是因为反应CuO+SO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄中SO₃的质量减少导致的，根据2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃（g）），△H=-98.3kJ•mol^-1反应制备SO₃，该反应为可逆反应，正方向为放热，随着温度升高，平衡逆向移动，导致SO₃的量减少，由CuO与SO₃ 在沸腾炉中化合而成CuSO₄的量也减少；
故答案为：SO₂转化为SO₃是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡左移，SO₃物质的量减少，所以CuSO₄的量减少（或温度升高，SO₃物质的量减少，故CuSO₄的量减少）；
（4）FeS₂制取硫酸过程中，设生成的98%的硫酸为x吨，利用关系法列式，硫元素守恒，
                FeS₂ ～2H₂SO₄
              120          2×98
             1×36%×65%    98%x  
 所以：$\frac{120}{1×36%×65%}$=$\frac{2×98}{98%x}$，得x=0.39，故答案为：0.39；
（5）从C为硫酸可知，硫酸根来源于亚硫酸根放电．故a为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根离子，故D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：阴；NaOH溶液；SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-．

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平衡移动，题目难度中等．