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17.硫酸是工业生产中最为重要的产品之一,在化学工业的很多领域都要用到硫酸,如橡胶的硫化、表面活性剂“烷基苯硫酸钠”的合成,铅蓄电池的生产等.工业上生产硫酸的流程图如图1:

请回答下列问题
(1)在硫酸工业生产中,我国采用黄铁矿为原料生产SO2,已知1gFeS2完全燃烧放出7.2kJ的热量FeS2燃烧反应的热化学方程式4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g)△H=-3456kJ/mol.
(2)为了有利于SO2转化为SO3,且能充分利用热能,采用在具有多层催化剂且又热交换的接触室(填仪器名称)中进行反应.在如图2所示的装置中,A处气体进入装置前需净化的原因是防止催化剂中毒、水蒸气对设备和生产有不良影响.
(3)精制炉气(含有SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%)中SO2平衡 转化率与温度及压强关系如图3所示、在实际生产中,SO2催化氧化反应的条件选择常压、450°C左右(对应图中A点):而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件,其原因分别是:不选B点,因为压强越大对设备的投资越大,消耗的动能大,二氧化硫原料的转化率在1个大气压时已达97%左右,再提高压强二氧化硫的转化率提高余地很小,所以采用1个大气压、不选C点,因为温度越低,二氧化硫的转化率虽然更高,但是催化剂的催化效率受到影响,450°C时,催化剂的催化效率最高,所以选择A点,不选C点.

(4)已知:焙烧明矾的化学方程式4KAl(SO4)2•12H2O+3S═2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O.
焙烧711t明矾(M=474g/mol),若 SO2的利用率为95%,可生产质量分数为98%的硫酸320.6t.(结果保留小数点后一位)
(5)除硫酸工业外,还有许多工业生产.下列相关的工业生产流程中正确的是B
A.向装置中通入氮气且保持体积不变
B.向装置中通入氧气且保持体积不变
C.添加更多的催化剂
D.降低温度,及时转移SO3

分析 由制备流程可知,二氧化硫与空气发生催化氧化生成三氧化硫,利用发烟硫酸吸收后,利用水稀释得到需要的硫酸,
(1)FeS2的摩尔质量是120g/mol,则4mol的FeS2完全燃烧放出的热量为7.2kJ×120×4=3456kJ,结合物质的状态书写热化学方程式;
(2)催化氧化在接触室进行,净化为了防止催化剂中毒;
(3)温度、压强均影响平衡移动;
(4)据明矾焙烧的化学方程式及元素守恒规律得:4KAl(SO4)2•12H2O~9SO2~9H2SO4,以此计算;
(5)A.氮气不参加反应;
B.氧气浓度增大,反应正向移动;
C.催化剂不影响平衡移动;
D.温度降低会使催化剂的活性降低,反应速率减慢.

解答 解:由制备流程可知,二氧化硫与空气发生催化氧化生成三氧化硫,利用发烟硫酸吸收后,利用水稀释得到需要的硫酸,
(1)FeS2的摩尔质量是120g/mol,则4mol的FeS2完全燃烧放出的热量为7.2kJ×120×4=3456kJ,所以热化学方程式为4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g)△H=-3456kJ/mol,故答案为:4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g)△H=-3456kJ/mol;
(2)二氧化硫转化为三氧化硫在接触室中进行;A处气体中含有杂质易使催化剂中毒,且水蒸气对设备和生产有不良影响,所以在进入接触室之前需净化,
故答案为:接触室;防止催化剂中毒、水蒸气对设备和生产有不良影响;
(3)在反应2SO2+O2?2SO3中,SO2转化率较高,工业上一般不采用更高的压强,因为压强越大对设备的投资越大,消耗的动能越大.SO2的转化率在1个大气压下的转化率已达到97%左右,在提高压强,SO2的转化率提高的余地很小;本反应为放热反应,工业生产中不采取较低的温度,因为温度越低,SO2的转化率虽然更高,但催化剂的催化作用会受影响,450℃时,催化剂的催化效率最高,所以选择A点,
故答案为:不选B点,因为压强越大对设备的投资越大,消耗的动能大,二氧化硫原料的转化率在1个大气压时已达97%左右,再提高压强二氧化硫的转化率提高余地很小,所以采用1个大气压;不选C点,因为温度越低,二氧化硫的转化率虽然更高,但是催化剂的催化效率受到影响,450°C时,催化剂的催化效率最高,所以选择A点,不选C点;
(4)根据明矾焙烧的化学方程式及元素守恒规律得:4KAl(SO4)2•12H2O~9SO2~9H2SO4,二氧化硫的利用率为95%,设焙烧711t明矾可生成98%的硫酸质量为x,则
4KAl(SO4)2•12H2O~9H2SO4
4×474          9×98
711t×95%        x×98%
解得x=320.6t,
故答案为:320.6;
(5)A、通入与反应无关的气体,体积不变,压强增大,对平衡无影响,且对反应装置无利,故A错误;
B、向装置中通入氧气且保持体积不变,可以增大氧气的浓度,反应速率加快,平衡正向移动,二氧化硫的转化率提高,对生产有利,故B正确;
C、催化剂只能加快反应速率,不能改变平衡,故C错误;
D、转移SO3减少生成物浓度,平衡正向移动,二氧化硫转化率提高,但温度降低会使催化剂的活性降低,反应速率减慢,对生产不利,故D错误,
故答案为:B.

点评 本题以工业中硫酸的制备为载体考查二氧化硫的催化氧化、化学反应的计算、化学平衡理论的应用等,综合性较强,把握相关反应原理、实验技能为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,题目难度中等.

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