Question

硫酸是化工業的重要原料，其消耗量可作為一個國家工業發展水平的一種標志。硫酸工廠廠址的選擇是一個復雜的問題，主要和以下因素有關：是否有市場需求；是否接近原料供應地；是否達到環境保護的要求；土地供應是否充足；交通運輸是否方便；能源是否充足且價廉；水源是否充足。

又已知硫酸是一種腐蝕性液體，不便多儲存，需隨產隨銷。另外，硫酸的運輸價格比較貴，據計算1噸硫酸的運價約為同質量的黃鐵礦石的3倍。（注：H₂SO₄的制取以黃鐵礦為原料，流程為：黃鐵礦→SO₂→SO₃→H₂SO₄)

據以上信息，分析下列條件：

條件Ⅰ：

①A城市郊區有豐富的黃鐵礦，水源、能源充足，交通方便。

②A城市需使用硫酸的工業不多，而離它較遠的B城市卻是一個消耗硫酸甚多的工業城市。

③A城市是一個風光秀麗的旅游城市，對環境保護的要求很高，而且土地價格較貴，土地供應緊張。

條件Ⅱ：

①C城市是重要農業區，需消耗大量的肥料。

②C城市有豐富的磷灰石礦藏，水源、能源充足，土地價格較低，土地供應充足，交通方便。

③磷肥是由磷灰石〔有效成分是Ca₃(PO₄)₂〕與H₂SO₄作用制得的，制造磷肥需消耗大量的硫酸。

④C城市無磷肥廠和硫酸廠，在相鄰的D城市有豐富的黃鐵礦資源。

（1）在A、B、C、D四城市中，你認為應該建設硫酸工廠的城市是__________，應該建造磷肥廠的是__________。（填城市的代號）

（2）在建造的硫酸工廠，每天排放1×10⁴ m³（標準狀況下）的尾氣中含0.2%(體積分數）的SO₂。若用NaOH溶液、石灰及氧氣處理，假設硫元素不損失，理論上可得到多少千克石膏（CaSO₄·2H₂O)？

（3）如果將一定體積的尾氣通入100 mL 2 mol·L^-1 NaOH溶液使其完全反應，經測定所得溶液含16.7 g 溶質。試分析該溶質的成分，通過計算確定溶質成分的物質的量。

Answer 1

（1）BC  C

（2）155.4 kg

(3)既有Na₂SO₃,又有NaHSO₃

n(Na₂SO₃)=0.05 mol

n(NaHSO₃)=0.1 mol

解析：(2)依據硫元素守恒，

   SO₂          —         CaSO₄·2H₂O

 22.4 L                           172 g

1×10⁴×10³×0.2% L        x

解得x=1×10⁴×10³×0.2% L×172 g÷22.4 L=155.4×10³ g=155.4 kg

(3)n(NaOH)=0.1 L×2 mol·L^-1=0.2 mol

若全部生成Na₂SO₃,則溶液中溶質m(Na₂SO₃)=×0.2 mol×126 g·mol^-1=12.6 g

若全部生成NaHSO₃,則溶液中溶質m(NaHSO₃)=0.2 mol×104 g·mol^-1=20.8 g。而溶液中實含溶質16.7 g，大于12.6 g,小于20.8 g。因此既有Na₂SO₃,又有NaHSO₃。

設其中含x mol Na₂SO₃,y mol NaHSO₃，則

解之得x=0.05,y=0.1

所以n(Na₂CO₃)=0.05 mol,

n(NaHSO₃)=0.1 mol。