Question

工业上以黄铁矿为原料生产硫酸．
（1）写出燃烧黄铁矿的化学方程式______．
（2）接触室中发生反应的化学方程式是______．
（3）判断下列说法正确的是（选填序号字母）______．
a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎
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．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
（4）吸收塔中用浓硫酸吸收三氧化硫而不用水的原因是______．
（5）吸收塔排出的尾气可以用两种方法处理：
方法①：先用氨水吸收，再用浓硫酸处理．用浓硫酸处理的主要目的是______；
方法②：先用含一定水的亚硫酸钠吸收后再加热处理，也可达到与方法①相同的目的．为了实现节能减排，其所需能量可以由______提供．与方法①相比，方法②的优点是______．
（6）SO₂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______．

Answer 1

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，
则方程式为4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂，故答案为：4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）接触室中发生的反应是二氧化硫的催化氧化，产物为三氧化硫，然后配平即得方程式，为2SO₂+O₂2SO₃，故答案为：2SO₂+O₂2SO₃；
（3）a、在沸腾炉中，原料黄铁矿是固体、空气是气体，为了加快反应速率，所以要将黄铁矿粉碎，增大接触面，提高反应速率，故a正确；
b、转化率=已转化的原料的量/原料的总量×100%，接触室中反应2SO₂+O₂2SO₃，为可逆反应，采用空气过量目的是增大氧气浓度，促使平衡正向移动，导致SO₂更多的转化成SO₃，所以SO₂转化率提高，故b正确；
c、催化剂只能改变反应速率，不能影响转化率，故c不正确；
d、沸腾炉排出的矿渣中主要成分为Fe₂O₃，可作为炼铁原料，故d正确；
故答案为：abd；
（4）吸收塔中SO₃如果用水吸收，发生反应：SO₃+H₂O═H₂SO₄，该反应为放热反应，放出的热量易导致酸雾形成，阻隔在三氧化硫和水之间，阻碍水对三氧化硫的吸收；而浓硫酸的沸点高，难以气化，不会形成酸雾，同时三氧化硫易溶于浓硫酸，所以工业上从吸收塔顶部喷洒浓硫酸作吸收液，最终得到“发烟”硫酸，
故答案为：避免形成酸雾；
（5）方法①：先用氨水吸收时，发生反应：SO₂+2NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃，再用浓硫酸处理时，发生反应：
（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O，故可获得较高浓度的SO₂，
方法②：先用含一定水的亚硫酸钠吸收，发生反应：Na₂SO₃+SO₂═2NaHSO₃；后再加热处理时，发生反应：
2NaHSO₃Na₂SO₃+SO₂↑，故也可获得较高浓度的SO₂，同时亚硫酸钠又可再次用于吸收SO₂，循环利用，而所需能量可由流程中三步骤放热反应产生的废热提供，
故答案为：获得较高浓度的SO₂；流程中三步骤产生的废热提供；亚硫酸钠可以循环利用；
（6）SO₂具有还原性，可与多种氧化剂反应，如O₂、H₂O₂、Na₂O₂、酸性KMnO₄溶液、氯水、溴水、碘水等，
根据题意，工业制溴过程中用SO₂吸收潮湿空气中的Br₂，可确定反应物为SO₂、Br₂、H₂O，在反应过程中SO₂表现还原性，
其中+4价硫化合价上升到+6价，生成H₂SO₄，Br₂表现氧化性，化合价降低到-1价，生成HBr．配平得化学方程式为SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，SO₂是气体、Br₂是单质、H₂O是弱电解质都必须保留化学式，HBr和H₂SO₄都是强酸，易溶于水、易电离，所以要改写成离子形式，
即HBr═H⁺+Br、H₂SO₄═2H⁺+SO₄^2-，则得离子方程式SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，
故答案为：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-．
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）接触室中发生二氧化硫的催化氧化反应，产物为三氧化硫，最后配平方程式．注意反应条件；
（3）第一步：SO₂的制取．主要原料是黄铁矿和空气，在高温下煅烧，使硫元素转变成SO₂气体，反应方程式为
4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂，设备为沸腾炉．黄铁矿需要粉碎，以增大和空气的接触面；
第二步：SO₃的制取．从沸腾炉中出来的气体需经过净化、除尘，进入接触室在催化剂作用下SO₂和O₂反应生成SO₃，设备为接触室．同时涉及热量的交换、催化剂的作用、平衡的移动等问题；
第三步：硫酸的生成．从接触室中出来的气体进入吸收塔，为避免酸雾形成需用浓H₂SO₄吸收；
（4）吸收塔中吸收三氧化硫气体的吸收液的选择及原因；
（5）两种尾气处理方法的原理、优缺点；
（6）SO₂具有还原性，可与多种氧化剂反应，如O₂、H₂O₂、Na₂O₂、酸性KMnO₄溶液、氯水、溴水、碘水等．确定出反应物与生成物后，再配平，最后改写成离子方程式．
点评：本题考查工业接触法制硫酸的原理，同时涉及到反应速率、转化率、反应的热效应、工业尾气的处理等内容，具有一定的综合性，需要一定的知识迁移能力，难度中等．化学方程式的反应条件容易忽略．