Question

[化学--化学与技术]硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位．请回答硫酸工业中的如下问题：
（1）若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂，你认为厂址宜选在______的郊区（填标号）；
A．有丰富黄铁矿资源的城市
B．风光秀丽的旅游城市
C．消耗硫酸甚多的工业城市
D．人口稠密的文化、商业中心城市
（2）CuFeS₂是黄铁矿的另一成分，煅烧时CuFeS₂转化为CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，该反应的化学方程式为______．
（3）为提高SO₃吸收率，实际生产中通常用______吸收SO₃．
（4）已知反应2SO₂+O₂?2SO₃△H＜0，现将0.050mol SO₂和0.030mol O₂充入容积为1L的密闭容器中，反应在一定条件下达到平衡，测得反应后容器压强缩小到原来压强的75%，则该条件下SO₂的转化率为______；该条件下的平衡常数为______．
（5）由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），其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化（见下表）

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

已知CuSO₄ 在低于660℃时不会分解，请简要分析上表中CuSO₄的质量分数随温度升高而降低的原因______．
（6）在硫酸工业尾气中，SO₂是主要大气污染物，必须进行净化处理，处理方法可用______（填名称）吸收，然后再用硫酸处理，重新生成SO₂和一种生产水泥的辅料，写出这两步反应的化学方程式______．

Answer 1

解：（1）A．硫酸厂厂址的选择综合经济效益考虑，硫酸产品的运输成本要高于原料黄铁矿的运输成本，故A不正确；
B．风光秀丽的旅游城市，不靠近原料基地，也不靠近消耗硫酸的工业城市，导致原料运输与产品运输成本高，同时还会对旅游城市造成污染，故B不正确；
C．由于硫酸产品的运输成本要高于原料黄铁矿的运输成本，所以厂址应选择在消耗硫酸甚多的工业城市，故C正确；
D．人口稠密的文化、商业中心城市，远离原料基地和消耗硫酸的工业城市，同时为了防止污染环境，不宜考虑作为硫酸厂厂址，故D不正确；
故答案为：C；
（2）根据题意可知，高温煅烧时CuFeS₂时，反应物为CuFeS₂和O₂，生成物为CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，再根据化合价升降法配平氧化还原反应方程式，
故答案为：4CuFeS₂+13O₂4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以提高三氧化硫的吸收效率，故答案为：98.3%的浓硫酸；
（4）已知反应2SO₂+O₂?2SO₃△H＜0，现将0.050mol SO₂和0.030mol O₂充入容积为1L的密闭容器中，反应在一定条件下达到平衡，设反应的二氧化硫物质的量为X：依据三段式列式：
2SO₂ +O₂ ?2SO₃
起始量（mol） 0.050 0.030 0
变化量（mol） X 0.5X X
平衡量（mol） 0.05-X 0.03-0.5X X
测得反应后容器压强缩小到原来压强的75%，所以压强之比等于物质的量之比；
得到 0.05-X+0.03-0.5X+X=（0.050+0.030）×75%
解得：X=0.04mol；
则二氧化硫的转化率=×100%=80%；
平衡状态物质的平衡浓度为：c（SO₂）=0.01mol/L；c（O₂）=0.01mol/L；c（SO₃）=0.04mol/L；
平衡常数K===1.6×10³；
故答案为：80%；1.6×10³；
（5）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+SO₃CuSO₄中SO₃的质量减少导致的，根据2SO₂（g）+O₂（g）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）；
（6）在硫酸工业尾气中，SO₂是主要大气污染物，也是酸性氧化物，进行净化处理时可以用碱液吸收，如NaOH、氨水、石灰水等，生成亚硫酸盐，然后再用硫酸处理，重新生成SO₂和一种生产水泥的辅料，则碱液可选择石灰水，反应为SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O，
故答案为：石灰水；SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O．
分析：（1）硫酸厂厂址的选择从综合经济效益考虑，主要是硫酸为危险品，硫酸的运输成本要高于原料黄铁矿的运输成本；
（2）根据已知信息，确定出反应物和生成物，然后配平化学方程式；
（3）三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以提高三氧化硫的吸收效率；
（4）依据化学平衡的三段式列式计算，依据转化率、平衡常数的概念计算得到；相同条件下气体压强之比等于物质的量之比；
（5）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）?2SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1，分析SO₃ 的质量和温度之间的关系；
（6）硫酸工业尾气中SO₂净化处理方法很多，SO₂是酸性氧化物，因此常用碱液吸收，如氨水、氢氧化钠溶液、石灰水等，再结合题意要获得生产水泥的辅料，即可确定选择的试剂；写出化学方程式．
点评：本题考查工业接触法制硫酸的相关细节，如原料的选择、反应条件的选择、热交换器的作用、工业尾气的处理、硫酸厂址的选择、含硫矿石的煅烧等相关内容，化学平衡的基本计算，转化率、平衡常数的概念计算应用，只要了解基础知识都能迎刃而解，难度中等．