Question

17．工業上利用某地磷礦（主要成分是磷酸鈣，質量分數為80%，另外還含有石英及少量碳酸鎂、氧化鋁等不含磷雜質）制取磷銨，并用制磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸、水泥．其生產流程如下：

請分析并回答下列問題：
（1）窯氣（SO₂）進入接觸室前需要凈化的目的是防止接觸室中的催化劑中毒；
（2）實驗室完成操作b的方法是蒸發濃縮、冷卻結晶過濾、洗滌和干燥等；
（3）如圖1表示接觸室和吸收塔的內部構造．吸收塔內安裝有許多瓷環作用是增大SO₃與吸收劑的接觸面積，使SO₃充分吸收；

（4）接觸室中進行學反應是：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-296.4kJ/mol．接觸室內安裝熱交換器的目的是預熱進入接觸室的反應混合氣體，及時將反應放出的熱量吸收，防止接觸室溫度偏高．圖1表示接觸室中催化劑隨溫度變化圖象，圖2表示SO₂的轉化率a（SO₂）隨溫度T及壓強P的變化圖象．你認為接觸室中最合適的溫度和壓強是400℃～500℃、101KPa．

（5）硫酸廠的尾氣除了含有N₂、O₂外，還含有SO₂、微量的SO₃和酸霧．能用于測定硫酸廠尾氣中SO₂含量的試劑是BD（填字母代號）：
A．NaOH溶液、酚酞試液                B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄
C．氨水、酚酞試液                      D．碘水、淀粉溶液
（6）在述生產過程中循環利用的物質有H₂SO₄、SO₂（填化學式）；
（7）磷銨是一種常用復合肥，經分析其中氮與磷原子數之比為3：2，在生產過程中平均有7%的磷元素損失，該廠日均生產74.1噸磷銨，要維持正常生產，每天需運入這種磷礦至少125噸．

Answer 1

分析 裝置A中硫酸與磷礦反應，操作a是把固體與液體分開，應為過濾，裝置B中氨氣與磷酸反應，操作b是由溶液中析出晶體，應經過蒸發濃縮、冷卻結晶等操作得到磷銨，磷酸受熱容易分解，在結晶時應采用低溫蒸發結晶．磷石膏中含有硫酸鈣，經過煅燒生成水泥，得到二氧化硫窯氣，凈化后得二氧化硫，在接觸室中氧化得三氧化硫，與水反應得硫酸，可以再參加與磷礦石的反應，尾氣中二氧化硫循環利用．
（1）未凈化的SO₂氣體中有粉塵等雜質，可以使催化劑中毒；
（2）操作b是從溶液中獲得晶體；
（3）增大SO₃與吸收劑的接觸面積；
（4）預熱進入接觸室的反應混合氣體，及時將反應放出的熱量吸收；400℃～500℃、101KPa時二氧化硫的轉化率已經很高，再增大壓強，會增大成本，二氧化硫轉化率提高不大；
（5）SO₂、微量的SO₃和酸霧都能與堿反應，不能利用堿測定，SO₂具有還原性，可以利用強氧化劑測定；
（6）由上述分析可知，硫酸、二氧化硫可以循環利用；
（7）磷銨是一種常用復合肥，經分析其中氮與磷原子數之比為3：2，磷銨的化學式可以表示為：（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，根據P元素守恒可得關系式：2P～（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，根據關系式計算．

解答 解：裝置A中硫酸與磷礦反應，操作a是把固體與液體分開，應為過濾，裝置B中氨氣與磷酸反應，操作b是由溶液中析出晶體，應經過蒸發濃縮、冷卻結晶等操作得到磷銨，磷酸受熱容易分解，在結晶時應采用低溫蒸發結晶．磷石膏中含有硫酸鈣，經過煅燒生成水泥，得到二氧化硫窯氣，凈化后得二氧化硫，在接觸室中氧化得三氧化硫，與水反應得硫酸，可以再參加與磷礦石的反應，尾氣中二氧化硫循環利用．
（1）未凈化的SO₂氣體中有粉塵等雜質，可以使催化劑中毒，
故答案為：防止接觸室中的催化劑中毒；
（2）操作b是從溶液中獲得晶體，從溶液中析出晶體的方法是：將溶液蒸發濃縮、冷卻結晶可得相應晶體，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（3）吸收塔內安裝有許多瓷環，增大SO₃與吸收劑的接觸面積，使SO₃充分吸收，
故答案為：增大SO₃與吸收劑的接觸面積，使SO₃充分吸收；
（4）接觸室內安裝熱交換器，可以預熱進入接觸室的反應混合氣體，及時將反應放出的熱量吸收，防止接觸室溫度偏高，400℃～500℃、101KPa時二氧化硫的轉化率已經很高，再增大壓強，會增大成本，二氧化硫轉化率提高不大，該溫度下反應速率較快、催化劑活性最好，
故答案為：預熱進入接觸室的反應混合氣體，及時將反應放出的熱量吸收，防止接觸室溫度偏高；400℃～500℃、101KPa；
（5）A．NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應，測量的SO₂含量偏高，故A錯誤；
B．硫酸尾氣中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液顏色由紫紅色變為無色，根據KMnO₄溶液的體積結合方程式計算SO₂的含量，故B正確；
C．氨水與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應，測量的SO₂含量偏高，故C錯誤；
D．硫酸尾氣中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液顏色由藍色變為無色，根據碘水溶液的體積結合方程式計算SO₂的含量，故D正確，
故選：BD；
（6）由上述分析可知，H₂SO₄、SO₂可以循環利用，
故答案為：H₂SO₄、SO₂；
（7）磷銨是一種常用復合肥，經分析其中氮與磷原子數之比為3：2，磷銨的化學式可以表示為：（NH₄）₃H₃（PO₄）₂，設需要磷礦y噸，則：
         2P～～～～～～～（NH₄）₃H₃（PO₄）₂
        62                 247
y噸×80%×$\frac{31×2}{310}$×（1-7%）   74.1噸
所以62：244=y噸×80%×$\frac{31×2}{310}$×（1-7%）：74.1噸
解得y=125
故答案為：125．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及物質的分離提純、對條件的控制、對裝置與原理的分析評價、實驗方案設計、化學計算等，（7）中計算為易錯點、難點，關鍵根據原子數目之比確定磷銨的組成，難度中等．