Question

12．硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题．
（1）若从下列四个城市中选择一处建一座硫酸厂，你认为厂址宜选在C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4CuFeS₂+13O₂=4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）为了有利于SO₂转化SO₃，多采用如图所示的装有多层催化剂的接触室（填设备名称）作为反应设备，让气体经历如图所示流程而不是直接进入该设备进行反应的原因是使热量能充分利用．
（4）在硫酸工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都是正确的是D
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．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中的二氧化硫会与杂质反应
C．二氧化硫氧化为三氧化硫时需使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率
D．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
（5）实验测得SO₂反应生成SO₃的转化率与温度、压强有关，请根据如表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是400℃、1个大气压．

	1个大气压	5个大气压	10个大气压	15个大气压
400℃	0.9961	0.9972	0.9984	0.9988
500℃	0.9675	0.9767	0.9852	0.9894
600℃	0.8520	0.8897	0.9276	0.9468

（6）由吸收塔排出的尾气中SO₂的含量超过500umol/L，就要用氨水洗涤烟气脱硫，该反应的化学方程式为2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O．
（7）若用浓硫酸吸收SO₃可以得到H₂SO₄•SO₃．用1000g 98% 的H₂SO₄充分吸收SO₃后，再进行稀释，可以得到98% 的硫酸的质量是C
A．1.98kg  　　     B．2.00kg  　　  　 C．2.22kg 　　      D．2.42kg．

Answer 1

分析 （1）硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题，同时要考虑当地的需求量情况，硫酸厂是一座具有一定污染性的工厂；
（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）为了有利于SO₂转化SO₃，多采用装有多层催化剂的接触室作反应设备，让气体不直接进入该设备进行反应的原因是使热量能充分利用；
（4）在硫酸工业制法中，黄铁矿燃烧前需要粉碎，是为了增大与空气的接触面，加快反应速率；
从沸腾炉出来的炉气中含有SO₂、O₂、N₂、水蒸气、灰尘、砷硒化合物等，由于砷硒化合物能导致催化剂失去催化活性，因此需净化；
（5）增大压强后，SO₂的平衡转化率提高得并不多，加压对设备的要求高且耗能多，将增大投资和能量消耗，400℃作为操作温度，因为在这个温度，催化剂的活性（反应速率）和SO₂的平衡转化率都比较理想；
（6）根据SO₂为酸性氧化物，与碱反应生成盐和水；
（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．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错误；
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错误；
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错误；
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+13O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）为了有利于SO₂转化SO₃，多采用装有多层催化剂的接触室作反应设备，让气体不直接进入该设备进行反应的原因是使热量能充分利用，
故答案为：接触室；使热量能充分利用；
（4）A．在硫酸工业制法中，黄铁矿燃烧前需要粉碎，是为了增大与空气的接触面，加快反应速率，不是因为大块的黄铁矿不能在空气中燃烧，故A错误；
B．从沸腾炉出来的炉气中含有SO₂、O₂、N₂、水蒸气、灰尘、砷硒化合物等，由于砷硒化合物能导致催化剂失去催化活性，因此需净化，不是因为炉气中二氧化硫会与杂质反应，故B错误；
C．二氧化硫氧化为三氧化硫时需使用催化剂，目的是加快反应速率，提高产量．并不能提高二氧化硫的转化率，故C错误；
D．在吸收塔中三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以提高三氧化硫的吸收效率，故D正确；
故答案为：D；
（5）增大压强后，SO₂的平衡转化率提高得并不多，加压对设备的要求高且耗能多，将增大投资和能量消耗．400℃作为操作温度，因为在这个温度，催化剂的活性（反应速率）和SO₂的平衡转化率都比较理想，故选择400℃、1个大气压，
故答案为：400℃、1个大气压；
（6）SO₂为酸性氧化物，与碱反应生成盐和水，化学方程式为：2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O，
故答案为：2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O；
（7）98%的浓H₂SO₄中H₂SO₄、H₂O的物质的量之比为$\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：C．

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，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．