Question

6．最近，我國利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的技術(shù)研究獲得成功．已知磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂，具體生產(chǎn)流程如圖：

回答下列問題：
（1）裝置a用磷酸吸收NH₃．若該過程在實驗室中進(jìn)行，請畫出裝置a的示意圖：．
（2）熱交換器是實現(xiàn)冷熱交換的裝置．化學(xué)實驗中也經(jīng)常利用熱交換來實現(xiàn)某種實驗?zāi)康�，如氣、液熱交換時通常使用的儀器是冷凝管．
（3）依題意猜測固體A中一定含有的物質(zhì)的化學(xué)式是CaSO₄（結(jié)晶水部分不寫）．
（4）利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸，其中SO₂生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如圖所示：

①在A處二氧化硫被氧化成三氧化硫，設(shè)備A的名稱是接觸室，設(shè)備A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃．為提高三氧化硫的產(chǎn)率，該處應(yīng)采用等溫過程（填“等溫過程”或“絕熱過程”）為宜．
②在D處進(jìn)行二次催化處理的原因是該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，二次催化使尚未反應(yīng)的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護(hù)環(huán)境．
③B處氣體混合物主要是氮氣和三氧化硫．此時氣體經(jīng)過C后不立即進(jìn)入D是因為：通過吸收塔C后，混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應(yīng)進(jìn)行．
④20%的發(fā)煙硫酸（SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%）1噸需加水0.066噸（保留2位有效數(shù)字）才能配制成98%的成品硫酸．
（5）制硫酸所產(chǎn)生的尾氣除了含有N₂、O₂外，還含有SO₂，微量的SO₃和酸霧．能用于測定硫酸尾氣中SO₂含量的是BC．
A．NaOH溶液、酚酞試液              B．KMnO₄溶液、稀硫酸
C．碘水、淀粉溶液                    D．氨水、酚酞試液．

Answer 1

分析 磷灰石粉碎富集后，在萃取槽中用硫酸酸化得到硫酸鈣與磷酸，過濾分離得到固體A為石膏與磷酸．裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶體，應(yīng)萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結(jié)晶時應(yīng)采用低溫蒸發(fā)結(jié)晶．在經(jīng)過過濾分離得到磷酸銨，分離得到濾液進(jìn)行循環(huán)利用，石膏經(jīng)過一系列工藝得到水泥，得到二氧化硫等氣體，氣體處理后在熱交換器中發(fā)生催化氧化得到三氧化硫，三氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸，再循環(huán)利用，
（1）磷酸和氨氣極易反應(yīng)，會產(chǎn)生倒吸的危險；
（2）冷凝管能實現(xiàn)氣、液熱交換；
（3）由信息可知生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸，磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂，在萃取槽中與硫酸發(fā)生反應(yīng)，有磷酸生成，結(jié)合流程中硫酸制備，故固體A應(yīng)為CaSO₄；
（4）①二氧化硫在接觸室中被氧化成三氧化硫，化學(xué)方程式為2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，不利于提高三氧化硫的產(chǎn)率；
②2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃為可逆反應(yīng)，從提高產(chǎn)率和環(huán)境保護(hù)角度分析；
③通過吸收塔C后，混合氣體中SO₃含量較多，分析對2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃平衡移動的影響；
④1噸20%的發(fā)煙硫酸中含SO₃的質(zhì)量為0.2t，加水后可生成H₂SO₄0.245t，即硫酸的總質(zhì)量為1.045t，換算為98%的濃硫酸質(zhì)量為1.045t÷98%=1.066t．
（5）SO₂、微量的SO₃和酸霧都能與堿反應(yīng)，不能利用堿測定，SO₂具有還原性，可以利用強氧化劑測定．

解答 解：（1）磷酸和氨氣極易反應(yīng)，為防止反應(yīng)過于迅速會產(chǎn)生倒吸的危險，要采用防倒吸裝置，裝置a圖為：
故答案為；；
（2）能實現(xiàn)氣、液熱交換的裝置是冷凝管，下口進(jìn)水傷口處誰，氣體和水流方向相反，故答案為：冷凝管；
（3）由信息可知生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸，磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂，在萃取槽中與硫酸發(fā)生反應(yīng)，有磷酸生成，結(jié)合流程中硫酸制備，故固體A應(yīng)為CaSO₄．
故答案為：CaSO₄；
（4）①二氧化硫在接觸室中被氧化成三氧化硫，化學(xué)方程式為2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，不利于提高三氧化硫的產(chǎn)率，因此應(yīng)選擇等溫過程，
故答案為：接觸室；2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃；等溫過程；
②2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃為可逆反應(yīng)，二次催化使尚未反應(yīng)的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護(hù)環(huán)境，
故答案為：該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，二次催化使尚未反應(yīng)的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護(hù)環(huán)境；
③通過吸收塔C后，混合氣體中SO₃含量較多，由2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃可知，不利于平衡正向移動，
故答案為：通過吸收塔C后，混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應(yīng)進(jìn)行；
④1噸20%的發(fā)煙硫酸中含SO₃的質(zhì)量為0.2t，硫酸為0.8t，加水后可生成H₂SO₄0.245t，即硫酸的總質(zhì)量為1.045t，換算為98%的濃硫酸質(zhì)量為$\frac{1.045t}{98%}$=1.066t，故加入的水的質(zhì)量為0.066t，
故答案為：0.066；
（5）A、NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測量的SO₂含量偏高，故A錯誤；
B、硫酸尾氣中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液顏色由紫紅色變?yōu)闊o色，根據(jù)KMnO₄溶液的體積結(jié)合方程式計算SO₂的含量，故B正確；
C、硫酸尾氣中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色，根據(jù)碘水溶液的體積結(jié)合方程式計算SO₂的含量，故C正確；
D、氨水NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應(yīng)，測量的SO₂含量偏高，故D錯誤．
故答案為：BC．

點評 本題考查了化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)流程的分析、實驗操作以及產(chǎn)物的判斷和計算，綜合性強，為高考高頻考點，掌握工業(yè)制取硫酸、磷銨的原理和流程是解題的關(guān)鍵，難度中等．