Question

1．硫酸是一种应用非常广泛的化工原料，其生产工艺与原料有紧密关系．目前主要有如图（1、2）所示的两种工艺：

（1）H₂SO₄的用途非常广泛，可应用于下列哪些方面ABD（填序号）
A．过磷酸钙的制备         B．铅蓄电池的生产
C．橡胶的硫化             D．表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成
（2）若沸腾炉中每燃烧0.12Kg FeS₂会放出853KJ热量，写出此状况下FeS₂燃烧的热化学方程式4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412 kJ•mol^-1．
（3）两工艺中都用了接触室和吸收塔，为充分利用反应放出的热量，接触室中要安装热交换器（填设备名称）．从吸收塔出来的尾气一般要进行的一种处理是用石灰水或氨水吸收
（4）下列操作与操作的主要原因都正确的是BD（填序号）
A．黄铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的黄铁矿不能在空气中燃烧
B．SO₃从吸收塔底部通入，因为吸收SO₃采取逆流的形式
C．SO₂氧化为SO₃时需要使用催化剂，这样可提高SO₂转化率
D．SO₃用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，提高SO₃吸收率
（5）为使硫黄充分燃烧，经流量计1 通入燃烧室的氧气过量50%，为提高SO₂ 转化率，经流量计2 的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5 倍，则生产过程中流经流量计1 和流量计2 的空气体积比应为6：5（空气中氧气的体积分数按0.2计）．
（6）工艺 I与工艺 II相比，主要差异为AC（填序号）．
A．耗氧量减少   B．二氧化硫的转化率提高   C．产生的废渣减少   D．不需要使用催化剂
（6）若浓硫酸吸收SO₃得到H₂SO₄•SO₃，则将1Kg 98%的浓硫酸充分吸收SO₃后所得产物进行稀释，可以得到2.22Kg 98%的浓硫酸．

Answer 1

分析 （1）A、过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石；
B、铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅；
C、橡胶硫化所用到的为单质硫；
D、烷基苯磺酸钠中含有磺酸基，制取过程中需要发生磺化反应；
（2）0.12kgFeS₂就会放出853kJ热量，即据1mol释放85KJ热量，据此写成热化学方程式；
（3）为了充分利用能量，接触室中要安装热交换器，从吸收塔出来的尾气二氧化硫要用石灰水、氨水吸收；
（4）根据工业上接触法制硫酸的原料、过程，制硫酸原料为硫铁矿，进样前首先将硫铁矿粉碎，增大接触面积；生产分三步，二氧化硫的制取和净化、二氧化硫转化为三氧化硫、三氧化硫的吸收，分别在沸腾炉、接触室、吸收塔中进行；其中从沸腾炉中出来的气体需要净化和干燥，是为了防止在接触室中的催化剂中毒，在接触室中的催化剂可以加快反应的速率，但不会影响平衡的移动，二氧化硫的转化率不会改变；SO₃采取逆流的形式从吸收塔底部通入，在吸收塔中三氧化硫与水反应生成硫酸，若直接用水吸收会形成酸雾，因此在生产实践中采用98.3%的浓硫酸吸收，这样可以防止形成酸雾，使三氧化硫吸收完全等来解题；
（5）假设SO₂的体积为x，经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%，则流量计1中通入氧气的体积为1.5x，经流量计2的氧气量为接触室中SO₂完全氧化时理论需氧量的2.5倍，则流量计2中通入氧气的体积为2.5×0.5x=1.25x，则流量计1中通入空气的体积为7.5x，流量计2中通入空气的体积为6.25x；燃烧室剩余空气6.5x；
（6）A．硫铁矿中铁的氧化需要消耗O₂；
B．原料选择与SO₂的转化率无关；
C．用硫铁矿为原料产生的废渣较多，但废气量相同；
D．用SO₂制取SO₃的过程中都需要使用催化剂；
（7）98%的浓H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物质的量之比为$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的浓H₂SO₄可以表示为SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示为2SO₃•H₂O，进一步表示为$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，计算浓硫酸改写后H₂O的物质的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物质的量，再利用硫原子守恒计算H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的物质的量，进而计算其质量．

解答 解：（1）A、过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石，故A正确；
B、铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅，故B正确；
C、橡胶硫化所用到的为单质硫，故C错误；
D、烷基苯磺酸钠中含有磺酸基，制取过程中需要发生磺化反应，故D正确，
故答案为：ABD；
（2）0.12kgFeS₂就会放出853kJ热量，即1mol释放853KJ热量，则热化学方程式可写为：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412kJ•mol^-1，
故答案为：4FeS₂（s）+11O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+8SO₂（g）△H=-3412 kJ•mol^-1；
（3）为了充分利用能量，接触室中要安装热交换器，从吸收塔出来的尾气二氧化硫要用石灰水、氨水吸收，
故答案为：热交换器；用石灰水或氨水吸收；
（4）A．硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的硫铁矿不能在空气中充分燃烧，硫铁矿粉碎后与氧气的接触面积增大，利于其充分的燃烧，大块的硫铁矿在空气中也能燃烧，只是燃烧不充分，会造成资源的浪费，故A错误；
B．SO₃从吸收塔底部通入，SO₃采取逆流的形式吸收更充分，故B正确；
C．一般来说，催化剂是指参与化学反应中间历程的，又能选择性地改变化学反应速率，而其本身的数量和化学性质在反应前后基本保持不变的物质．通常把催化剂可以加速化学反应，使反应尽快达到平衡状态，但不影响化学平衡，故二氧化硫的转化率不会改变，只是达到平衡的时间减短了，故C错误；
D．生成的三氧化硫与水反应生成硫酸，若直接用水吸收会形成酸雾，因此在生产实践中采用98.3%的浓硫酸吸收，这样可以防止形成酸雾，使三氧化硫吸收完全，故D正确；
故答案为：BD；
（5）燃烧室中的反应为S+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂，假设SO₂的体积为x，则流量计1中通入氧气的体积为1.5x，接触室中的反应为2SO₂+O₂?2SO₃，则流量计2中通入氧气的体积为2.5×0.5x=1.25x；流量计1中通入空气的体积为7.5x，流量计2中通入空气的体积为6.25x，故流经流量计1和流量计2的空气体积比应为7.5x：6.25x=6：5；
故答案为：6：5；
（6）硫铁矿中铁的氧化需要消耗O₂，所以硫耗氧少些，故A项正确；原料选择与SO₂的转化率无关，故B项错误；用硫铁矿为原料产生的废渣较多，但废气量相同，故C项正确；用SO₂制取SO₃的过程中都需要使用催化剂，故D项错误，
故选：AC；
（7）98%的浓H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物质的量之比为$\frac{98g}{98g•mo{l}^{-1}}$：$\frac{2g}{18g•mo{l}^{-1}}$=1：$\frac{1}{9}$，故98%的浓H₂SO₄可以表示为SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，吸收SO₃后得到H₂SO₄•SO₃，可以表示为2SO₃•H₂O，进一步表示为$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O，计算浓硫酸改写后H₂O的物质的量，可得$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物质的量，浓硫酸改写后H₂O的物质的量为n（H₂O）=1000g÷（80+$\frac{10}{9}$×18）×$\frac{10}{9}$=$\frac{100}{9}$mol，则$\frac{20}{9}$SO₃•$\frac{10}{9}$H₂O的物质的量为10mol，根据硫原子守恒，稀释后可得浓硫酸H₂SO₄•$\frac{1}{9}$H₂O的质量为$\frac{200}{9}$mol×（98+2）g/mol=2222g，约是2.22Kg，
故答案为：2.22．

点评 本题考查了工业制硫酸的生成过程和反应特征，二氧化硫的催化氧化反应的条件选择，热化学方程式的书写，以及有关计算，题目过程复杂，为易错题目，关键是明确浓硫酸中水与三氧化硫反应转化为硫酸，注意理解利用改写成化学式形式结合守恒进行解答，难度中等．