Question

【題目】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，通過下列反應使二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－98.3 kJ·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反應及相應的設備(沸騰爐、轉(zhuǎn)化器、吸收塔)。

①三個設備分別使反應物之間或冷熱氣體之間進行“對流”。請簡單描述吸收塔中反應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。用化學方程式表示其反應原理。(只寫出2個方程式即可)________________________

Answer 1

【答案】硫酸銨(或硫酸鉀) D 99.75% SO3從吸收塔底部進入，吸收劑(濃硫酸)從頂部下淋，形成對流 SO2＋NH3＋H2O=NH4HSO3；2NH4HSO3＋H2SO4=(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑[或SO2＋2NH3＋H2O=(NH4)2SO3；(NH4)2SO3＋H2SO4=(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑]

【解析】

（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；

（2）硫酸生產(chǎn)中，第二步：SO3的制取反應原理為：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，該反應為可逆反應，根據(jù)化學平衡原理為了提高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，加快反應速率，而不是從化學平衡角度考慮，故A不正確；

B．使用V2O5作催化劑，只能加快該反應的速率，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，使反應速率最快，而實際上升高溫度，會促使2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)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(g)＋O2(g)2SO3(g)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(g)＋O2(g)2SO3(g)，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，與化學平衡移動原理無關，故F不正確；

故答案為：D；

（3）設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；

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：SO2+2NH3H2O＝（NH4）2SO3，再用濃硫酸處理時，發(fā)生反應：（NH4）2SO3+H2SO4＝（NH4）2SOspan>4+SO2↑+H2O，以達到消除污染、廢物利用的目的。