Question

1．硫酸是重要的工業(yè)原料．工業(yè)上生產(chǎn)硫酸主要分為造氣、催化氧化、吸收三個階段，其生產(chǎn)流程圖如下：

（1）操作I的內(nèi)容是凈化、干燥除去有害成分，此操作目的是防止催化劑中毒．物質(zhì)B是H₂O．a(chǎn)=98．
（2）工業(yè)上既可用硫黃也可用硫鐵礦（FeS₂）造氣，若使用硫鐵礦造氣．另一產(chǎn)物是一種常見的紅棕色固體．寫出用硫鐵礦造氣時反應(yīng)的化學(xué)方程式4FeS₂+110₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂0₃．
（3）催化反應(yīng)室中的反應(yīng)是一個氣體體積縮小的反應(yīng)．增大壓強(qiáng)有利于反應(yīng)向右進(jìn)行．但實際生產(chǎn)卻是在常壓下進(jìn)行的．原因是常壓下SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的轉(zhuǎn)化率已很大
（4）工業(yè)生產(chǎn)中常用氨一硫酸法進(jìn)行尾氣脫硫，以達(dá)到消除污染、廢物利用的目的．用兩個化學(xué)方程式表示其反應(yīng)原理SO₂+2NH₃•H₂O═（NH₄）₂SO₃，（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O
（5）若用等質(zhì)量的硫黃、FeS₂生產(chǎn)硫酸．假設(shè)原料的總利用率均為90%．則二者得到硫酸的質(zhì)量比為15：8．

Answer 1

分析 工業(yè)上生產(chǎn)硫酸主要分為造氣、催化氧化、吸收三個階段，造氣主要用硫鐵礦（FeS₂）與氧氣在高溫條件下反應(yīng)生成二氧化硫氣體，生成的二氧化硫氣體再與經(jīng)過凈化、干燥除去有害成分的空氣一起通到催化反應(yīng)室進(jìn)行催化氧化生成三氧化硫，最后再用98%的硫酸溶液吸收三氧化硫制得發(fā)煙硫酸，再加水稀釋得到濃硫酸；
（1）根據(jù)以上分析，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫需要催化劑，而催化劑又要注意不能中毒失效，吸收塔用98%的硫酸溶液吸收三氧化硫制得發(fā)煙硫酸，再加水稀釋得到濃硫酸，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)以上分析，造氣主要用硫鐵礦（FeS₂）與氧氣在高溫條件下反應(yīng)生成二氧化硫氣體和紅棕色固體三氧化二鐵，據(jù)此書寫硫鐵礦造氣時反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)化結(jié)合常壓下SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的轉(zhuǎn)化率已很大分析；
（4）工業(yè)生產(chǎn)中常用氨-酸法進(jìn)行尾氣脫硫，即先用氨水吸收二氧化硫生成亞硫酸鹽，再用濃硫酸處理；
（5）根據(jù)等質(zhì)量的硫黃和FeS₂可以先計算出硫磺和FeS₂中的S原子的物質(zhì)的量之比，再遵守S原子守恒即可計算出硫酸的質(zhì)量比．

解答 解：工業(yè)上生產(chǎn)硫酸主要分為造氣、催化氧化、吸收三個階段，造氣主要用硫鐵礦（FeS₂）與氧氣在高溫條件下反應(yīng)生成二氧化硫氣體，生成的二氧化硫氣體再與經(jīng)過凈化、干燥除去有害成分的空氣一起通到催化反應(yīng)室進(jìn)行催化氧化生成三氧化硫，最后再用98%的硫酸溶液吸收三氧化硫制得發(fā)煙硫酸，再加水稀釋得到濃硫酸；
（1）根據(jù)以上分析，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫需要催化劑，而催化劑又要注意不能中毒失效，所以操作I的內(nèi)容是凈化、干燥除去有害成分，操作目的是防止催化劑中毒；吸收塔用98%的硫酸溶液吸收三氧化硫制得發(fā)煙硫酸再加水稀釋得到濃硫酸，所以物質(zhì)B是H₂O，a=98，故答案為：干燥除去有害成分；防止催化劑中毒；H₂O；98；
（2）造氣主要用硫鐵礦（FeS₂）與氧氣在高溫條件下反應(yīng)生成二氧化硫氣體和紅棕色固體三氧化二鐵，方程式為：4FeS₂+110₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂0₃，故答案為：4FeS₂+110₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂0₃；
（3）因為常壓下SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的轉(zhuǎn)化率已很大，所以增大壓強(qiáng)雖然能增大SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的轉(zhuǎn)化率，但是增大壓強(qiáng)，成本也隨之增大，則實際生產(chǎn)在常壓下即可，故答案為：常壓下SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的轉(zhuǎn)化率已很大；
（4）工業(yè)生產(chǎn)中常用氨-酸法進(jìn)行尾氣脫硫，即先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，氨水吸收時，發(fā)生反應(yīng)：SO₂+2NH₃•H₂O═（NH₄）₂SO₃，再用濃硫酸處理時，發(fā)生反應(yīng)：（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O，以達(dá)到消除污染、廢物利用的目的；
故答案為：SO₂+2NH₃•H₂O═（NH₄）₂SO₃，（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O；
（5）已知n=$\frac{mg}{Mg/mol}$，可知等質(zhì)量的硫磺和FeS₂的物質(zhì)的量之比與二者摩爾質(zhì)量之比成反比，則硫磺和FeS₂的物質(zhì)的量之比為 $\frac{120g/mol}{32g/mol}$=$\frac{15}{4}$，所以其S原子的物質(zhì)的量之比15：4×2=15：8，在制備硫酸的過程中遵守硫原子守恒，且原料的總利用率均為90%，所以生成硫酸的質(zhì)量比等于物質(zhì)的量之比即硫原子的物質(zhì)的量之比為=15：8；故答案為：15：8．

點評 本題考查的知識點多，主要是工業(yè)接觸法制硫酸的流程、原理、工業(yè)尾氣的處理、化學(xué)方程式書寫以及守恒法計算等，只有掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識，解題并不困難，題目難度中等．