Question

3．以黃鐵礦為原料，采用接觸法生產(chǎn)硫酸的流程可簡示如圖1：

請回答下列問題：
（1）在爐氣制造中，生成SO₂的化學(xué)方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+8SO₂；
（2）爐氣精制的作用是將含SO₂的爐氣除塵、水洗和干燥，如果爐氣不經(jīng)過精制，對SO₂催化氧化的影響是砷、硒等化合物會使催化劑中毒，水蒸氣對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響；
（3）精制爐氣（含SO₂體積分數(shù)為7%、O₂為11%、N₂為82%）中SO₂平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強關(guān)系如圖2所示．在實際生產(chǎn)中，SO₂催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓、450℃左右（對應(yīng)圖中A點），而沒有選擇SO₂轉(zhuǎn)化率更高的B或C點對應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因分別是不選擇B點，因為壓強越大對設(shè)備的投資大，消耗的動能大，SO₂原料的轉(zhuǎn)化率已是97%左右，再提高壓強，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，所以采用1個大氣壓、不選擇C點，因為溫度越低，SO₂轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化作用受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高，故不選C點；
（4）在SO₂催化氧化設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的是利用反應(yīng)放出的熱量預(yù)熱原料氣，上層反應(yīng)氣經(jīng)熱交換器溫度降到400～500℃進入下層使反應(yīng)更加完全，從而充分利用能源．
（5）以黃鐵礦為原料，用接觸法制硫酸．黃抶礦煅燒時FeS₂的利用率為90%，SO₂的轉(zhuǎn)化率為95%，SO₂吸收為
H₂SO₄時的損耗率為2%．現(xiàn)有含70% FeS₂的黃鐵礦1t，可生產(chǎn)98%的硫酸多少0.978t．

Answer 1

分析 （1）黃鐵礦的主要成分是FeS₂，在高溫條件下與氧氣反應(yīng)：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+8SO₂；
（2）在催化氧化時必須進行除塵、洗滌、干燥，以達到除去砷、硒等化合物的效果，這些物質(zhì)會使催化劑中毒，并且水蒸氣在高溫下與鐵反應(yīng)，對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響；
（3）在反應(yīng)2SO₂+O₂?2SO₃中，SO₂轉(zhuǎn)化率較高，工業(yè)上一般不采用更高的壓強，因為壓強越大對設(shè)備的投資越大，消耗的動能越大．SO₂的轉(zhuǎn)化率在1個大氣壓下的轉(zhuǎn)化率已達到97%左右，在提高壓強，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，本反應(yīng)為放熱反應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)中不采取較低的溫度，因為溫度越低，SO₂的轉(zhuǎn)化率雖然更高，但反應(yīng)較慢，450℃時，催化劑的催化效率最高；
（4）SO₂催化氧化設(shè)備中設(shè)置熱交換器可以充分利用反應(yīng)放出的熱；
（5）根據(jù)S元素守恒，可得關(guān)系式為：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄，把每一步的利用率、轉(zhuǎn)化率、損失率都以FeS₂計算，設(shè)制得98%的硫酸xt，結(jié)合關(guān)系式計算．

解答 解：（1）黃鐵礦的主要成分是FeS₂，在高溫條件下與氧氣反應(yīng)，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+8SO₂；
（2）在催化氧化時必須進行除塵、洗滌、干燥，以達到除去砷、硒等化合物的效果，這些物質(zhì)會使催化劑中毒，并且水蒸氣在高溫下與鐵反應(yīng)，對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響，
故答案為：除塵；水洗；砷、硒等化合物會使催化劑中毒，水蒸氣對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響；
（3）在反應(yīng)2SO₂+O₂?2SO₃中，SO₂轉(zhuǎn)化率較高，工業(yè)上一般不采用更高的壓強，因為壓強越大對設(shè)備的投資越大，消耗的動能越大．SO₂的轉(zhuǎn)化率在1個大氣壓下的轉(zhuǎn)化率已達到97%左右，在提高壓強，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，本反應(yīng)為放熱反應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)中不采取較低的溫度，因為溫度越低，SO₂的轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用會受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高．
故答案為：不選擇B點，因為壓強越大對設(shè)備的投資大，消耗的動能大，SO₂原料的轉(zhuǎn)化率已是97%左右，再提高壓強，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小，所以采用1個大氣壓；不選擇C點，因為溫度越低，SO₂轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化作用受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高，故不選C點；
（4）在SO₂催化氧化設(shè)備中設(shè)置熱交換器，把不同溫度之間的氣體進行熱交換，可預(yù)熱反應(yīng)氣體，冷卻生成氣體，可起到充分利用能源的目的，
故答案為：利用反應(yīng)放出的熱量預(yù)熱原料氣，上層反應(yīng)氣經(jīng)熱交換器溫度降到400～500℃進入下層使反應(yīng)更加完全；
（5）設(shè)制得98%的硫酸xt，
       FeS₂～～2SO₂～～2SO₃～～2H₂SO₄
       120                                      196
1t×70%×90%×95%×（1-2%）     x×98%
x=$\frac{1t×70%×90%×95%×（1-2%）×196}{120×98%}$=0.978t，
故答案為：0.978．

點評 本題考查硫酸的工業(yè)制法，涉及環(huán)境保護、反應(yīng)原理、工業(yè)流程等問題，本題中注意爐氣的精制、反應(yīng)條件等問題的考查，是易錯點，題目難度中等．