Question

6．利用生產磷銨[（NH₄）₃P0₄]排放的廢渣磷灰石[（Ca₃（P0₄）₂）]制取硫酸并聯(lián)產水泥的工藝流程如下：

（1）D操作a的名稱過濾，實驗室中進行此操作時用到的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯
（2）在實驗室中操作b包括蒸發(fā)結晶、冷卻結晶．
（3）干燥機中發(fā)生反應的化學方程式為2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4H₂O．
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性性質．
（5）SO₂的催化氧化反應為2SO₂（g）十0₂（g）?2S0₃（g）．實驗測得壓強及溫度對S0₂轉化率的影響如下表（原料氣各成分的體積分數(shù)為SO₂：7%、0₂：11%、N₂：82%）．

壓強/Mpa 轉化率/% 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

①實際生產中，S0₂的催化氧化反應是在常壓、400℃-500℃條件下進行．采用常壓的主要原因是常壓下SO₂的轉化率已經很高，且增大壓強時SO₂的轉化率提高不多，但成本增加較多；該反應化學平衡常數(shù)大小關系是：K（400℃）＞K（500℃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②催化氧化時使用熱交換器的原因是移去反應中放出的熱量，使反應后的氣體降溫并預熱未反應的氣體．
（6）制硫酸所產生的尾氣除了含有N₂、0₂外，還含有SO₂、微量的S0₃和酸霧．下列能用于測定硫酸尾氣中SO₂含量的試劑組是CD．（填寫相應字母）
a、NaOH溶液、酚酞試液  b、Na₂CO₃溶液、酚酞試液 c、碘水、淀粉溶液  d、KMn0₄溶液、稀硫酸．

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，過濾分離得到石膏與磷酸．裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶體，應萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結晶時應采用低溫蒸發(fā)結晶．在經過過濾分離得到磷酸銨，分離得到濾液進行循環(huán)利用．石膏在干燥機中脫水、再還原反應得到二氧化碳、二氧化硫、CaO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，三氧化硫轉化為硫酸，再循環(huán)利用．CaO與二氧化硫、氧化鋁等反應得到水泥．
（1）操作a是把固體與液體分開，應為過濾；過濾需要燒杯、漏斗、玻璃棒、鐵架臺（含鐵圈）、濾紙等；（2）操作b是由溶液中析出晶體，應萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結晶時應采用低溫蒸發(fā)結晶；
（3）碳與石膏在干燥機內發(fā)生反應生成CaO、二氧化硫、二氧化碳與水；
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性；
（5）①常壓下SO₂的轉化率已經很高，且增大壓強時SO₂的轉化率提高不多，但成本增加較多；
壓強一定時，溫度越高二氧化硫的轉化率越低，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
②移去反應中放出的熱量，使反應后的氣體降溫并預熱未反應的氣體；
（6）SO₂、微量的SO₃和酸霧都能與氫氧化鈉、碳酸鈉反應，不能測定二氧化硫的含量，利用SO₂的還原性采用滴定法測定其含量，可以用氧化劑酸性KMnO₄溶液、碘水等氧化．

解答 解：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，過濾分離得到石膏與磷酸．裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶體，應萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結晶時應采用低溫蒸發(fā)結晶．在經過過濾分離得到磷酸銨，分離得到濾液進行循環(huán)利用．石膏在干燥機中脫水、再還原反應得到二氧化碳、二氧化硫、CaO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，三氧化硫轉化為硫酸，再循環(huán)利用．CaO與二氧化硫、氧化鋁等反應得到水泥．
（1）操作a是分離固體和液體，采取過濾操作；過濾需要盛放藥品的燒杯、過濾的漏斗、引流作用的玻璃棒、固定漏斗的鐵架臺（含鐵圈）、濾紙等；
故答案為：過濾；漏斗、玻璃棒、燒杯；
（2）操作b是由溶液中析出晶體，應萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結晶時應采用低溫蒸發(fā)結晶，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；
（3）碳與石膏在干燥機內發(fā)生反應生成CaO、二氧化硫、二氧化碳與水，反應方程式為：2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4 H₂O，
故答案為：2CaSO₄•2H₂O+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2CaO+2SO₂↑+CO₂↑+4H₂O；
（4）水泥常用做建筑材料，是利用了水泥的水硬性，
故答案為：水硬性；
（5）①常壓下SO₂的轉化率已經很高，且增大壓強時SO₂的轉化率提高不多，但成本增加較多，故選擇常壓；
壓強一定時，溫度越高二氧化硫的轉化率越低，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，升高溫度平衡常數(shù)減小，即K（400℃）＞K（500℃），
故答案為：常壓下SO₂的轉化率已經很高，且增大壓強時SO₂的轉化率提高不多，但成本增加較多；＞；
②催化氧化時使用熱交換器的原因是：移去反應中放出的熱量，使反應后的氣體降溫并預熱未反應的氣體，
故答案為：移去反應中放出的熱量，使反應后的氣體降溫并預熱未反應的氣體；
（6）A．NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應，測量的SO₂含量偏高，故A錯誤；
B．Na₂CO₃溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應，測量的SO₂含量偏高，故B錯誤；
C．硫酸尾氣中只有SO₂能被碘水氧化，溶液顏色由藍色變?yōu)闊o色，根據(jù)碘水溶液的體積結合方程式計算SO₂的含量，故C正確；
D．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溶液的體積結合方程式計算SO₂的含量，故D正確，
故選：CD．

點評 本題考查制備方案設計工藝流程，涉及物質的分離提純、基本操作、實驗條件的選擇、平衡常數(shù)影響因素、物質含量測定等，是對基礎知識的綜合應用，難度中等．