Question

硫酸工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位．請回答硫酸工業(yè)中的如下問題：
（1）早期生產(chǎn)硫酸以黃鐵礦為原料，目前很多國家都已經(jīng)限制以黃鐵礦為原料而以硫磺為原料，以硫磺為原料的優(yōu)點是______．
（2）工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時，利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃由一個關(guān)鍵步驟．壓強及溫度對SO₂轉(zhuǎn)化率的影響如下表（原料氣各成分的體積分數(shù)為：SO₂7%；O₂11%；N₂82）利用表中數(shù)據(jù)分析，在實際生產(chǎn)中選擇的適宜生產(chǎn)條件是：
溫度______℃，壓強______MPa．

壓強/Mpa 轉(zhuǎn)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

（3）選擇適宜的催化劑，是否可以提高SO₂的轉(zhuǎn)化率？______（填“是”或“否”），是否可以增大該反應(yīng)所放出的熱量？______（填“是”或“否”）．
（4）為提高SO₃吸收率，實際生產(chǎn)中通常用______吸收SO₃．
（5）在催化反應(yīng)室中設(shè)有熱交換裝置，以下敘述與熱交換裝置的作用有關(guān)的是______（填寫序號）
A．保護環(huán)境，防止空氣污染    
B．充分利用熱量，降低生產(chǎn)成本
C．升高溫度，提高SO₂的轉(zhuǎn)化率  
D．防止催化劑中毒
（6）在硫酸工業(yè)尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，必須進行凈化處理，處理方法可用______（填名稱）吸收，然后再用硫酸處理，重新生成SO₂和一種生產(chǎn)水泥的輔料，寫出這兩步反應(yīng)的化學方程式______．

Answer 1

解（1）第一步：SO₂的制�。�主要原料是黃鐵礦和空氣，在高溫下煅燒，使硫元素轉(zhuǎn)變成SO₂氣體，
反應(yīng)方程式為4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂，設(shè)備為沸騰爐．反應(yīng)放熱．從沸騰爐中出來的成分為SO₂、O₂、N₂、水蒸氣、灰塵、砷硒化合物等，砷硒化合物能導(dǎo)致催化劑失去催化活性，所以在進入接觸室前要除去水蒸氣、灰塵、砷硒化合物．目前很多國家都已經(jīng)限制以黃鐵礦為原料而以硫磺為原料，反應(yīng)為：S+O₂SO₂，反應(yīng)后的產(chǎn)物中不含灰塵、砷硒化合物，也就減少了凈化、除塵等步驟．兩者相比較，以硫磺為原料縮短了生產(chǎn)流程，簡化了設(shè)備，同時也消除了砷硒化合物的污染等，
故答案為：生產(chǎn)流程短，設(shè)備簡單，三廢治理量小，勞動生產(chǎn)率高，易于設(shè)備大型化等；
（2）工業(yè)上利用2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g），△H=-98.3kJ?mol^-1反應(yīng)制備SO₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，
正方向為放熱反應(yīng)，從化學平衡移動條件分析應(yīng)該采用低溫高壓．而根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，壓強的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；同時反應(yīng)中使用催化劑，為了使催化劑的催化活性最強，根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)應(yīng)該采用400℃～500℃
故答案為：400℃～500℃；0.1；
（3）2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g），△H=-98.3kJ?mol^-1，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，正方向為放熱反應(yīng)，
催化劑只能改變化學反應(yīng)速率，減少達平衡的反應(yīng)時間，不能導(dǎo)致平衡發(fā)生移動，所以不能提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，也不能增大該反應(yīng)所放出的熱量，
故答案為：否；否；
（4）吸收塔中SO₃如果用水吸收，發(fā)生反應(yīng)：SO₃+H₂O═H₂SO₄，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放出的熱量易導(dǎo)致酸霧形成，阻礙水對三氧化硫的吸收；而濃硫酸的沸點高，難以氣化，不會形成酸霧，同時三氧化硫易溶于濃硫酸，所以工業(yè)上從吸收塔頂部噴灑濃硫酸作吸收液，最終得到“發(fā)煙”硫酸，
故答案為：98%的濃硫酸；
（5）A．從沸騰爐中出來的氣體，溫度較高，進入催化反應(yīng)室中的熱交換裝置，對催化劑進行預(yù)熱，當催化劑達到一定溫度時二氧化硫與氧氣在催化劑作用下反應(yīng)，可以充分利用熱量，降低生產(chǎn)成本，故A不正確；
B．從沸騰爐中出來的氣體，溫度較高，進入催化反應(yīng)室中的熱交換裝置，對催化劑進行預(yù)熱，當催化劑達到一定溫度時二氧化硫與氧氣在催化劑作用下反應(yīng)，同時反應(yīng)放出的熱量一方面維持自身的運行另一方面也可預(yù)熱進入催化反應(yīng)室的氣體，故B正確；
C．2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g），△H=-98.3kJ?mol^-1，該正方向為放熱反應(yīng)，溫度升高促使平衡逆向移動，不會提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，故C不正確；
D．從沸騰爐中出來的氣體，含有砷硒化合物，可以導(dǎo)致催化劑中毒，但在進入催化反應(yīng)室前，先要經(jīng)過凈化、除塵處理，以除去砷硒化合物，所以不會發(fā)生催化劑中毒現(xiàn)象，故D不正確；
故答案為：B；
（6）在硫酸工業(yè)尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，也是酸性氧化物，進行凈化處理時可以用堿液吸收，如NaOH、氨水、石灰水等，生成亞硫酸鹽，然后再用硫酸處理，重新生成SO₂和一種生產(chǎn)水泥的輔料，則堿液可選擇石灰水，反應(yīng)為SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O，
故答案為：石灰水；SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O．
分析：（1）工業(yè)制硫酸流程中第一步：SO₂的制取．原料的選擇要根據(jù)不同國家、不同地區(qū)礦石的分布情況確定，
主要有S、FeS₂、FeS、H₂S、CuFeS₂等含硫礦石可以選擇制取SO₂，反應(yīng)方程式為：
S+O₂SO₂
4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂
4FeS+7O₂2Fe₂O₃+4SO₂
2H₂S+3O₂2SO₂+2H₂O
4CuFeS₂+13O₂2Fe₂O₃+4CuO+8SO₂，具體選擇需結(jié)合資源分布狀況和生產(chǎn)流程、設(shè)備、環(huán)境污染等確定；
（2）根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)分析二氧化硫催化氧化的適宜條件和原因．從催化劑的催化活性去確定溫度的選擇，從反應(yīng)進行程度的大小、設(shè)備的耐壓性、控制成本等角度考慮；
（3）正確理解影響反應(yīng)速率的條件和化學平衡移動的條件，催化劑可影響反應(yīng)速率而不能導(dǎo)致平衡移動；
（4）吸收塔中吸收液的選擇從實際吸收效果考慮不采用水而采用濃硫酸，可防止產(chǎn)生酸霧；
（5）熟悉催化反應(yīng)室中熱交換裝置的作用，即可確定選項；
（6）硫酸工業(yè)尾氣中SO₂凈化處理方法很多，SO₂是酸性氧化物，因此常用堿液吸收，如氨水、氫氧化鈉溶液、石灰水等，再結(jié)合題意要獲得生產(chǎn)水泥的輔料，即可確定選擇的試劑．
點評：本題考查工業(yè)接觸法制硫酸的相關(guān)細節(jié)，如原料的選擇、反應(yīng)條件的選擇、熱交換器的作用、工業(yè)尾氣的處理等內(nèi)容，只要了解基礎(chǔ)知識都能迎刃而解，難度一般．