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2.硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位.
(1)工业制硫酸时所用硫铁矿的主要成分为FeS2,其中硫元素的化合物为-1.
(2)为充分利用反应放出的热量,接触室中应安装热交换器(填设备名称).吸收塔中填充有许多瓷器,其作用是使浓H2SO4与SO3充分接触,有利于SO3的吸收.
(3)硫酸生产中,根据化学平衡原理来确定的条件或措施有D(填写序号).
A.矿石加入沸腾炉之前先粉碎       B.使用V2O5作催化剂
C.转化器中使用适宜的温度          D.净化后的炉气中要有过量的空气
E.催化氧化在常压下进行            F.吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3
(4)在硫酸工业中,通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫:2SO2(g)+O2(g)$\stackrel{催化剂}{→}$2SO3(g)△H=-98.3kJ•mol-1在实际工业生产中,常采用“二转二吸法”,即将第一次转化生成的SO2分离后,将未转化的SO2进行二次转化,假若两次SO2的转化率均为95%,则最终SO2的转化率为99.75%.
(5)某研究小组用NaOH溶液吸收二氧化硫,将所得的NaSO4溶液进行电解循环再生,这种新工艺叫再生循环脱硫法.其中阴阳膜组合循环再生机理如图所示,a、b离子交换将电解槽分为三个区域,电极材料为石墨.
①图中a表示阳(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C是硫酸,则A是NaOH溶液,E是氢气.
②阳极的电极反应式为SO32--2e-+H2O=2H++SO42-

分析 (1)硫铁矿的主要成分为FeS2,其中硫元素化合价为-1价;
(2)SO2与O2的反应为放热反应,为了充分利用能量,应安装热交换器;吸收塔中填充许多瓷管,增大三氧化硫与浓硫酸的接触面,有利于三氧化硫的吸收;
(3)化学平衡的适用范围是可逆反应,在工业接触法制硫酸2SO2+O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO3为可逆反应,化学平衡移动的条件有:浓度、温度、压强.催化剂V2O5的作用是提高反应速率,温度控制在450℃左右,是根据使催化剂的活性最强确定,压强采用常压.因此根据化学平衡移动原理来确定的条件只有浓度;
(4)转化率:可逆反应到达平衡时,某反应物的转化浓度(等于某反应物的起始浓度和平衡浓度的差)与该反应物的起始浓度比值的百分比.可用以表示可逆反应进行的程度;
(5)①从C为硫酸可知,b为阴离子交换膜.故a为阳离子交换膜.在阴极区应为水放电生成氢气和氢氧根,故A为氢氧化钠,E为氢气;
②阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根,写出即可.

解答 解:(1)硫铁矿的主要成分为FeS2,其中铁元素化合价为+2价,则依据元素化合价代数和为0得到硫元素化合价为-1价,
故答案为:-1;
(2)SO2与O2的反应为放热反应,为了充分利用能量,应安装热交换器;吸收塔中填充许多瓷管,增大三氧化硫与浓硫酸的接触面,有利于三氧化硫的吸收,
故答案为:热交换器;使浓H2SO4与SO3充分接触,有利于SO3的吸收;
(3)硫酸生产中,第二步:SO3的制取反应原理为:2SO2+O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO3,该反应为可逆反应,根据化学平衡原理为了提高SO2的转化率,通常采用增大O2浓度的方法来达到使SO2尽可能多的转化为SO3的目的.
A.矿石加入沸腾炉之前先粉碎,目的是为了增大黄铁矿与空气的接触面,加快4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2 反应速率,而不是从2SO2+O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO3 反应中化学平衡角度考虑,故A不正确;
B.使用V2O5作催化剂,催化2SO2+O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO3 反应,只能加快该反应的速率,不能使平衡移动,故B不正确;
C.接触室中催化转化器使用适宜的温度,目的是使催化剂活性最强,使反应速率最快,而实际上升高温度,会促使2SO2+O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO3 平衡向吸热方向移动,即逆向移动,不利于提高SO2的转化率,故C不正确;
D.从沸腾炉中出来的气体成分为SO2、O2、N2,经过净化后,进入接触室,炉气中要有过量的空气,即增大O2浓度,会促使2SO2+O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO3 平衡正向移动,有利于提高SO2的转化率,故D正确;
E.接触室中:2SO2+O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO3,增大压强促使平衡正向移动(即气体总体积减小的方向),减小压强促使平衡逆向移动(即气体总体积增大的方向).在常压下,不利于平衡正向移动,不利于提高SO2的转化率.对于该化学平衡,压强的增大,促使平衡正向移动,效果并不明显,所以工业上直接采用常压条件,而不采用高压条件,故E不正确;
F.吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3,主要目的是防止产生酸雾,阻碍SO3的吸收,与化学平衡移动原理无关,故F不正确;
故答案为:D;
(4)设二氧化硫的初始浓度为a,则第一次转化掉的二氧化硫浓度为a×95%,剩余的二氧化硫浓度为a×(1-95%),进入第二次转化,则第二次转化掉的二氧化硫浓度为a×(1-95%)×95%
    根据公式:转化率═转化浓度/初始浓度×100%
    最终SO2的转化率═$\frac{a×95%+a×(1-95%)×95%}{a}×100%$═99.75%
故答案为:99.75%;
(5)①从C为硫酸可知,硫酸根来源于亚硫酸根放电.故b为阴离子交换膜,a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A为氢氧化钠,E为氢气,
故答案为:阳;NaOH溶液;氢气;
②阳极应为亚硫酸根放电生成硫酸根,反应的离子方程式为SO32--2e-+H2O=2H++SO42-
故答案为:SO32--2e-+H2O=2H++SO42-

点评 本题考查的知识点多,如:工业接触法制硫酸的原理、化合价的判断、转化率等,以及电极方程式的书写,只有掌握相关的基础知识,解题并不困难,难度中等.

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