Question

以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

（1）已知：SO₂（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化合时放出的热量为

 

（保留两位有效数字）．
（2）沸腾炉中发生反应的化学方程式为

 

．
（3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（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
（4）在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸的原因

 

．
（5）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO₂和铵盐．
①SO₂既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br₂．SO₂吸收Br₂的离子方程式是

 

．
②为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到50.00mL相同浓度的NaOH溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出（此温度下铵盐不分解）．该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量．部分测定结果如下表（a＞0）：

铵盐质量	10.00g	20.00g	30.00g	40.00g
浓硫酸增加的质量	a g	a g	0.68g	0g

计算：该铵盐中氮元素的质量分数是

 

%；若铵盐质量为15.00g，浓硫酸增加的质量为

 

．（计算结果保留两位小数）

Answer 1

考点：工业制取硫酸

专题：元素及其化合物

分析：（1）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；
（2）沸腾炉中为黄铁矿与氧气的反应；
（3）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；
（4）SO₃与H₂O化合时放出大量的热，能形成酸雾；
（5）①二氧化硫吸收溴单质利用的是二氧化硫的还原性和溴单质的氧化性；根据氧化还原反应书写离子方程式；
②OH^-首先是和NH₄HSO₄中的H⁺反应，随后有多的OH^-再和NH₄⁺反应放出氨气，所以随着铵盐的量的增大，NH₄HSO₄的量也增大，放出的氨气的量会为0，浓硫酸增加的质量就是氨气的质量，第一次和第二次放出的氨气的量是一样的，所以说第一次肯定是OH^-的量过量，利用第二次的量计算（因为是OH^-不足）．

解答： 解：（1）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3×10³mol，则放出的热量为3×10³mol×130.3kJ/mol=3.9×10⁵kJ；
故答案为：3.9×10⁵kJ；
（2）黄铁矿在高温条件下与氧气反应生成氧化铁和二氧化硫，则沸腾炉中发生反应的化学方程式为4FeS₄+11O₂

高温  .

2F₂O₃+8SO₂；
故答案为：4FeS₄+11O₂

高温  .

2F₂O₃+8SO₂；
（3）a．沸腾炉排出的矿渣为F₂O₃，F₂O₃可供炼铁，故正确；
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，故错误；
d．粉碎矿石能增大接触面积可以提高反应速率，故正确；
故答案为：abd；
（4）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；
（5）①SO₂吸收Br₂的反应中二氧化硫被氧化为硫酸，溴单质被还原为溴化氢，离子方程式为SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，
故答案为：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；
②吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO₂和铵盐，得到的铵盐是（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的混合物；加入到50.00mL相同浓度的NaOH溶液中：OH^-首先是和NH₄HSO₄中的H⁺反应，随后有多的OH^-再和NH₄⁺反应放出氨气，所以随着铵盐的量的增大，NH₄HSO₄的量也增大，放出的氨气的量会为0；
由题知铵盐质量为30.00g时，产生NH₃为0.68g即0.04mol，该铵盐中NH₄HSO₄先与NaOH溶液反应，2NH₄HSO₄+2NaOH=（NH₄）₂SO₄+Na₂SO₄+H₂O，只有当NH₄HSO₄中的H⁺消耗完全后，NH₄⁺才能与NaOH溶液反应产生NH₃，NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，据此判断铵盐质量为10.00g时NaOH溶液过量，铵盐质量为10.00g和20.00g时，生成的氨气相同，铵盐质量为20.00g和30.00g时，NaOH完全反应，则消耗的NaOH质量相等；
设10.00g铵盐中NH₄HSO₄ 与（NH₄）₂SO₄的物质的量分别为X、Y，n（NH₃）=n（OH^-）-n（H⁺），则有：

铵盐质量/g	10.00	20.00	30.00	40.00
含NH4HSO4、（NH4）2SO4/mol	X、Y	2X、2Y	3X、3Y	4X、4Y
产生NH3/mol	X+2Y	X+2Y	0.04	0
消耗NaOH/mol	2X+2Y	3X+2Y	3X+0.04	3X+0.04

因此3X+2Y=3X+0.04，解得Y=0.02mol，又115X+132Y=10.00，得X=0.064mol．则该铵盐中氮元素的质量分数=

(0.064+2×0.02)×14

10.00

×100%=14.56%；
计算15.00 g铵盐与NaOH溶液反应产生的NH₃；由上面讨论可知此NaOH溶液中共有3X+0.04=0.232mol，当铵盐质量为15.00g时含0.096mol NH₄HSO₄和0.03mol （NH₄）₂SO₄，共有NH₄⁺和H⁺ 0.252mol，故NaOH不足，此时产生n（NH₃）=（0.232-0.096）mol=0.136mol，NH₃的质量=0.136mol×17g/mol=2.31g．
故答案为：14.56； 2.31g．

点评：本题考查工业接触法制硫酸的原理，同时涉及到反应热的计算、反应速率的影响因素、离子方程式的书写、有关方程式的计算等内容，具有一定的综合性，需要一定的知识迁移能力，题目难度中等，注意把握工业制硫酸的流程及有关的原理．