Question

6．最近，我国利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功．已知磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂，具体生产流程如图：

回答下列问题：
（1）装置a用磷酸吸收NH₃．若该过程在实验室中进行，请画出装置a的示意图：．
（2）热交换器是实现冷热交换的装置．化学实验中也经常利用热交换来实现某种实验目的，如气、液热交换时通常使用的仪器是冷凝管．
（3）依题意猜测固体A中一定含有的物质的化学式是CaSO₄（结晶水部分不写）．
（4）利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸，其中SO₂生产硫酸的工艺流程图如图所示：

①在A处二氧化硫被氧化成三氧化硫，设备A的名称是接触室，设备A中发生反应的化学方程式是2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃．为提高三氧化硫的产率，该处应采用等温过程（填“等温过程”或“绝热过程”）为宜．
②在D处进行二次催化处理的原因是该反应为可逆反应，二次催化使尚未反应的SO₂尽量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保护环境．
③B处气体混合物主要是氮气和三氧化硫．此时气体经过C后不立即进入D是因为：通过吸收塔C后，混合气体中SO₃含量较多，不利于SO₂的催化氧化反应进行．
④20%的发烟硫酸（SO₃的质量分数为20%）1吨需加水0.066吨（保留2位有效数字）才能配制成98%的成品硫酸．
（5）制硫酸所产生的尾气除了含有N₂、O₂外，还含有SO₂，微量的SO₃和酸雾．能用于测定硫酸尾气中SO₂含量的是BC．
A．NaOH溶液、酚酞试液              B．KMnO₄溶液、稀硫酸
C．碘水、淀粉溶液                    D．氨水、酚酞试液．

Answer 1

分析 磷灰石粉碎富集后，在萃取槽中用硫酸酸化得到硫酸钙与磷酸，过滤分离得到固体A为石膏与磷酸．装置a中磷酸与氨气发生反应，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶体，应萃取蒸发浓缩、冷却结晶等操作，铵盐受热容易分解，在结晶时应采用低温蒸发结晶．在经过过滤分离得到磷酸铵，分离得到滤液进行循环利用，石膏经过一系列工艺得到水泥，得到二氧化硫等气体，气体处理后在热交换器中发生催化氧化得到三氧化硫，三氧化硫转化为硫酸，再循环利用，
（1）磷酸和氨气极易反应，会产生倒吸的危险；
（2）冷凝管能实现气、液热交换；
（3）由信息可知生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸，磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂，在萃取槽中与硫酸发生反应，有磷酸生成，结合流程中硫酸制备，故固体A应为CaSO₄；
（4）①二氧化硫在接触室中被氧化成三氧化硫，化学方程式为2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高三氧化硫的产率；
②2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃为可逆反应，从提高产率和环境保护角度分析；
③通过吸收塔C后，混合气体中SO₃含量较多，分析对2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃平衡移动的影响；
④1吨20%的发烟硫酸中含SO₃的质量为0.2t，加水后可生成H₂SO₄0.245t，即硫酸的总质量为1.045t，换算为98%的浓硫酸质量为1.045t÷98%=1.066t．
（5）SO₂、微量的SO₃和酸雾都能与碱反应，不能利用碱测定，SO₂具有还原性，可以利用强氧化剂测定．

解答 解：（1）磷酸和氨气极易反应，为防止反应过于迅速会产生倒吸的危险，要采用防倒吸装置，装置a图为：
故答案为；；
（2）能实现气、液热交换的装置是冷凝管，下口进水伤口处谁，气体和水流方向相反，故答案为：冷凝管；
（3）由信息可知生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸，磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂，在萃取槽中与硫酸发生反应，有磷酸生成，结合流程中硫酸制备，故固体A应为CaSO₄．
故答案为：CaSO₄；
（4）①二氧化硫在接触室中被氧化成三氧化硫，化学方程式为2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高三氧化硫的产率，因此应选择等温过程，
故答案为：接触室；2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃；等温过程；
②2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃为可逆反应，二次催化使尚未反应的SO₂尽量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保护环境，
故答案为：该反应为可逆反应，二次催化使尚未反应的SO₂尽量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保护环境；
③通过吸收塔C后，混合气体中SO₃含量较多，由2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃可知，不利于平衡正向移动，
故答案为：通过吸收塔C后，混合气体中SO₃含量较多，不利于SO₂的催化氧化反应进行；
④1吨20%的发烟硫酸中含SO₃的质量为0.2t，硫酸为0.8t，加水后可生成H₂SO₄0.245t，即硫酸的总质量为1.045t，换算为98%的浓硫酸质量为$\frac{1.045t}{98%}$=1.066t，故加入的水的质量为0.066t，
故答案为：0.066；
（5）A、NaOH溶液与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故A错误；
B、硫酸尾气中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液颜色由紫红色变为无色，根据KMnO₄溶液的体积结合方程式计算SO₂的含量，故B正确；
C、硫酸尾气中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液颜色由蓝色变为无色，根据碘水溶液的体积结合方程式计算SO₂的含量，故C正确；
D、氨水NaOH溶液与SO₂、微量的SO₃和酸雾反应，测量的SO₂含量偏高，故D错误．
故答案为：BC．

点评 本题考查了化学工业生产流程的分析、实验操作以及产物的判断和计算，综合性强，为高考高频考点，掌握工业制取硫酸、磷铵的原理和流程是解题的关键，难度中等．