Question

硫酸工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位．
（1）硫酸的最大消費渠道是化肥工業(yè)，用硫酸制造的常見化肥有______（任寫一種）．
（2）硫酸生產(chǎn)中，根據(jù)化學(xué)平衡原理來確定的條件或措施有______（填寫序號）．
A．礦石加入沸騰爐之前先粉碎     B．使用V₂O₅作催化劑
C．轉(zhuǎn)化器中使用適宜的溫度       D．凈化后的爐氣中要有過量的空氣
E．催化氧化在常壓下進行         F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO₃
（3）在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫：
2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1
在實際工業(yè)生產(chǎn)中，常采用“二轉(zhuǎn)二吸法”，即將第一次轉(zhuǎn)化生成的SO₂分離后，將未轉(zhuǎn)化的SO₂進行二次轉(zhuǎn)化，假若兩次SO₂的轉(zhuǎn)化率均為95%，則最終SO₂的轉(zhuǎn)化率為______．
（4）硫酸的工業(yè)制法過程涉及三個主要的化學(xué)反應(yīng)及相應(yīng)的設(shè)備（沸騰爐、轉(zhuǎn)化器、吸收塔）．
①三個設(shè)備分別使反應(yīng)物之間或冷熱氣體間進行了“對流”．請簡單描述吸收塔中反應(yīng)物之間是怎樣對流的．______．
②工業(yè)生產(chǎn)中常用氨-酸法進行尾氣脫硫，以達到消除污染、廢物利用的目的．用化學(xué)方程式表示其反應(yīng)原理．（只寫出2個方程式即可）______．

Answer 1

【答案】分析：（1）硫酸的用途廣泛，化肥、醫(yī)藥、農(nóng)藥的生產(chǎn)，金屬礦石的處理，金屬材料的表面清洗等都要用到硫酸；
（2）化學(xué)平衡的適用范圍是可逆反應(yīng)，在工業(yè)接觸法制硫酸2SO₂+O₂2SO₃為可逆反應(yīng)，化學(xué)平衡移動的條件有：濃度、溫度、壓強．催化劑V₂O₅的作用是提高反應(yīng)速率，溫度控制在450℃左右，是根據(jù)使催化劑的活性最強確定，壓強采用常壓．因此根據(jù)化學(xué)平衡移動原理來確定的條件只有濃度；
（3）轉(zhuǎn)化率：可逆反應(yīng)到達平衡時，某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化濃度（等于某反應(yīng)物的起始濃度和平衡濃度的差）與該反應(yīng)物的起始濃度比值的百分比．可用以表示可逆反應(yīng)進行的程度；
（4）沸騰爐中，黃鐵礦從頂部加入，空氣從底部通入，形成對流；接觸室中熱交換器內(nèi)部溫度高的氣體和外部溫度低的氣體形成熱量對流；吸收塔的氣體底部進入，從下向上運動，冷的濃硫酸從吸收塔頂部噴灑，從上向下運動，形成流動，進行熱量交換．
解答：解：（1）用硫酸制造的常見化肥有硫酸銨、硫酸氫銨、硫酸鋅、硫酸鉀等，故答案為：硫酸銨或硫酸氫銨或硫酸鋅或硫酸鉀；
（2）硫酸生產(chǎn)中，第二步：SO₃的制取反應(yīng)原理為：2SO₂+O₂2SO₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡原理為了提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，通常采用增大O₂濃度的方法來達到使SO₂盡可能多的轉(zhuǎn)化為SO₃的目的．
A．礦石加入沸騰爐之前先粉碎，目的是為了增大黃鐵礦與空氣的接觸面，加快4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂ 反應(yīng)速率，而不是從2SO₂+O₂2SO₃ 反應(yīng)中化學(xué)平衡角度考慮，故A不正確；
B．使用V₂O₅作催化劑，催化2SO₂+O₂2SO₃ 反應(yīng)，只能加快該反應(yīng)的速率，不能使平衡移動，故B不正確；
C．接觸室中催化轉(zhuǎn)化器使用適宜的溫度，目的是使催化劑活性最強，使反應(yīng)速率最快，而實際上升高溫度，會促使2SO₂+O₂2SO₃ 平衡向吸熱方向移動，即逆向移動，不利于提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，故C不正確；
D．從沸騰爐中出來的氣體成分為SO₂、O₂、N₂，經(jīng)過凈化后，進入接觸室，爐氣中要有過量的空氣，即增大O₂濃度，會促使2SO₂+O₂2SO₃ 平衡正向移動，有利于提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，故D正確；
E．接觸室中：2SO₂+O₂2SO₃，增大壓強促使平衡正向移動（即氣體總體積減小的方向），減小壓強促使平衡逆向移動（即氣體總體積增大的方向）．在常壓下，不利于平衡正向移動，不利于提高SO₂的轉(zhuǎn)化率．對于該化學(xué)平衡，壓強的增大，促使平衡正向移動，效果并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓條件，而不采用高壓條件，故E不正確；
F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO₃，主要目的是防止產(chǎn)生酸霧，阻礙SO₃的吸收，與化學(xué)平衡移動原理無關(guān)，故F不正確；
故答案為：D；
（3）設(shè)二氧化硫的初始濃度為a，則第一次轉(zhuǎn)化掉的二氧化硫濃度為a×95%，剩余的二氧化硫濃度為a×（1-95%），進入第二次轉(zhuǎn)化，則第二次轉(zhuǎn)化掉的二氧化硫濃度為a×（1-95%）×95%
    根據(jù)公式：轉(zhuǎn)化率═轉(zhuǎn)化濃度/初始濃度×100%
             最終SO₂的轉(zhuǎn)化率═[a×95%+a×（1-95%）×95%]/a×100%═99.75%
故答案為：99.75%；
（4）①從接觸室中出來的熱氣體SO₂、O₂、N₂、SO₃，在吸收塔的底部進入，從下向上運動，從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運動；熱氣體SO₃與冷的濃硫酸相對流動，進行熱量交換，
故答案為：從接觸室中出來的熱氣體SO₂、O₂、N₂、SO₃，在吸收塔的底部進入，從下向上運動；從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運動；熱氣體SO₃與冷的濃硫酸相對流動，進行熱量交換；
②工業(yè)生產(chǎn)中常用氨-酸法進行尾氣脫硫，即先用氨水吸收，再用濃硫酸處理．
先用氨水吸收時，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．
點評：本題考查的知識點多，如：工業(yè)接觸法制硫酸的原理、反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)的熱效應(yīng)、工業(yè)尾氣的處理等，只有掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識，解題并不困難，難度中等．