Question

5．化學(xué)工業(yè)的很多領(lǐng)域都要用到濃硫酸．工業(yè)上接觸法制硫酸的簡單流程如圖1．回答有關(guān)問題：
（1）下列生產(chǎn)過程中，可用到硫酸的是BCD；
A．橡膠的硫化                 B．表面活性劑“烷基苯磺酸納”的合成
C．鉛蓄電池的生產(chǎn)              D．普鈣（磷酸二氫鈣和硫酸鈣）的制備
（2）根據(jù)下表信息，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際，判斷最適合SO₂反應(yīng)生成SO₃的生產(chǎn)條件是400℃，0.1MPa．

	0.1MPa	0.5MPa	1MPa	1.5MPa
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

（3）由沸騰爐排出的爐渣中含有Fe₂0₃、CuO、CuS0₄（由CuO與SO₃化合而成），其中硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度變化如表：

沸騰爐溫度/℃	600	620	640	660
爐渣中CuSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%	9.3	9.2	9.0	8.4

己知CuS0₄在低于660℃時不會分解，請簡要分析上表中CuS0₄的質(zhì)最分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)，隨溫度升高，平衡左移，SO₃物質(zhì)的量減少，所以CuSO₄的量減少（或溫度升高，SO₃物質(zhì)的量減少，故CuSO₄的量減少）．
（4）用1t黃鐵礦（FeS₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%）接觸法制硫酸，硫酸的產(chǎn)率為65%，則通過列式計算最后能生產(chǎn)出98%的濃硫酸的質(zhì)量為0.39t．
（5）某研究小組用NaOH溶液吸收尾氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進(jìn)行電解再生循環(huán)脫硫，其原理如圖2所示．a(chǎn)、b離子交換膜將電解槽分成為三個區(qū)域，電極材料均為石墨．圖中a表示陰（填“陰”或“陽”）離子交換膜．A〜E分別代表生產(chǎn)中的原料或產(chǎn)品，其中A為硫酸溶液，則D為NaOH溶液．陽極的電極反應(yīng)式為SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）橡膠的硫化不需要硫酸，表面活性劑“烷基苯磺酸納”的合成需要硫酸作為反應(yīng)物，鉛蓄電池的生產(chǎn)中用硫酸作電解液，普鈣的制備中用硫酸為反應(yīng)物；
（2）根據(jù)SO₂的轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)成本來選擇；
（3）由表中數(shù)據(jù)分析出溫度和CuSO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，而CuSO₄的質(zhì)量取決于SO₃ 的質(zhì)量，再由反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g），△H=-98.3kJ•mol^-1分析SO₃ 的質(zhì)量和溫度之間的關(guān)系；
（4）根據(jù)FeS₂制取硫酸過程中涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式，利用關(guān)系法解題；
（5））從C為硫酸可知，b為陽離子交換膜，故a陰陽離子交換膜，在陰極區(qū)應(yīng)為水放電生成氫氣和氫氧根，故D為氫氧化鈉；陽極應(yīng)為亞硫酸根放電生成硫酸根．

解答 解：（1）表面活性劑“烷基苯磺酸納”的合成需要硫酸作為反應(yīng)物，鉛蓄電池的生產(chǎn)中用硫酸作電解液，普鈣的制備中用硫酸為反應(yīng)物，故選BCD；
（2）因為SO₂與O₂的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以選擇的溫度為400℃，而1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不大，但會增加生產(chǎn)成本，所以選擇0.1MPa，故答案為：400℃，0.1MPa；
（3）硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成），根據(jù)題意由表中數(shù)據(jù)可知，硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨沸騰爐溫度升高而降低，是因為反應(yīng)CuO+SO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄中SO₃的質(zhì)量減少導(dǎo)致的，根據(jù)2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）），△H=-98.3kJ•mol^-1反應(yīng)制備SO₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，正方向為放熱，隨著溫度升高，平衡逆向移動，導(dǎo)致SO₃的量減少，由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成CuSO₄的量也減少；
故答案為：SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)，隨溫度升高，平衡左移，SO₃物質(zhì)的量減少，所以CuSO₄的量減少（或溫度升高，SO₃物質(zhì)的量減少，故CuSO₄的量減少）；
（4）FeS₂制取硫酸過程中，設(shè)生成的98%的硫酸為x噸，利用關(guān)系法列式，硫元素守恒，
                FeS₂ ～2H₂SO₄
              120          2×98
             1×36%×65%    98%x  
 所以：$\frac{120}{1×36%×65%}$=$\frac{2×98}{98%x}$，得x=0.39，故答案為：0.39；
（5）從C為硫酸可知，硫酸根來源于亞硫酸根放電．故a為陰離子交換膜，b為陽離子交換膜，在陰極區(qū)應(yīng)為水放電生成氫氣和氫氧根離子，故D為氫氧化鈉；陽極應(yīng)為亞硫酸根放電生成硫酸根，反應(yīng)的離子方程式為SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-，故答案為：陰；NaOH溶液；SO₃^2--2e^-+H₂O=2H⁺+SO₄^2-．

點評 本題考查了工業(yè)制硫酸的生成過程和反應(yīng)特征，二氧化硫的催化氧化反應(yīng)的條件選擇，尾氣吸收的方法判斷，二氧化硫接觸室催化氧化反應(yīng)的平衡移動，題目難度中等．