Question

12．硫酸是工業生產中重要的產品之一，以黃鐵礦為原料生產硫酸的簡單流程如圖所示．

請填寫下列空白：
（1）黃鐵礦燃燒生成SO₂的化學方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）為充分利用反應放出的熱量，接觸室中應安裝熱交換器（填設備名稱）；吸收塔中填充有許多瓷管，其作用為增大二氧化硫與濃硫酸的接觸面積，有利于二氧化硫的吸收．
（3）為使黃鐵礦煅燒充分，常通入過量40%的空氣，則煅燒后爐氣中SO₂的體積分數為0.11（設空氣中氧氣的體積分數為0.20）；將上述爐氣經凈化除塵后直接送入接觸室，流量為1.00m³•s^-1，從接觸室導出氣體的流量為0.95m³•s^-1（同溫同壓下測定），則SO₂的轉化率為92.5%．
（4）吸收塔排出的尾氣先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，得到較高濃度的SO₂和銨鹽．SO₂既可作為生產硫酸的原料循環再利用，也可用于工業制溴過程中吸收潮濕空氣中的Br₂．SO₂吸收Br₂的離子方程式為SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-．
（5）硫酸的用途非常廣泛，可應用于bcd（可多選）．
a．橡膠的硫化        b．過磷酸鈣的制備
c．鉛蓄電池的生產    d．表面活性劑“烷基苯磺酸鈉”的合成．

Answer 1

分析 （1）黃鐵礦燃燒生成SO₂，還生成氧化鐵，結合原子、電子守恒書寫方程式；
（2）充分利用反應放出的熱量，需要熱交換器；吸收塔中填充有許多瓷管可增大吸收時接觸面積；
（3）發生反應：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，設生成8molSO₂，則參加反應的氧氣11mol，進而計算實際通入的O₂物質的量，再計算空氣中氮氣的物質的量、剩余氧氣物質的量，進而計算二氧化硫的體積分數；
接觸室中發生反應：O₂+2SO₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，設進入接觸室的氣體體積為1L，由流量關系可知，從接觸室導出氣體為0.95L，根據氣體體積差量，利用差量法計算參加反應二氧化硫的體積，進而計算二氧化硫的轉化率；
（4）SO₂吸收Br₂反應生成硫酸和HBr；
（5）硫酸可用于物質的制備、合成，也可作電解質．

解答 解：（1）黃鐵礦燃燒生成SO₂，還生成氧化鐵，由原子、電子守恒可知方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）為充分利用反應放出的熱量，接觸室中應安裝熱交換器，吸收塔中填充有許多瓷管，其作用為增大二氧化硫與濃硫酸的接觸面積，有利于二氧化硫的吸收，
故答案為：熱交換器；增大二氧化硫與濃硫酸的接觸面積，有利于二氧化硫的吸收；
（3）發生反應：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，設生成8molSO₂，則參加反應的氧氣11mol，實際通入的O₂為（1+40%）×11mol=15.4mol，所以空氣中氮氣為4×15.4mol=61.6mol，剩余氧氣為15.4mol-11mol=4.4mol，則煅燒后爐氣中SO₂的體積分數為$\frac{8mol}{8mol+4.4mol+61.6mol}$=0.11；
接觸室中發生反應O₂+2SO₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，設進入接觸室的氣體體積為1L，由流量關系可知，從接觸室導出氣體為0.95L，氣體體積減小量=1L-0.95L=0.05L，由方程式可知有2體積二氧化硫反應，氣體總體積減小1體積，故參加反應的二氧化硫為0.05L×2=0.1L，進入接觸室的氣體中體SO₂的積為1L×$\frac{8mol}{8mol+4.4mol+61.6mol}$=0.108L，故二氧化硫的轉化率為$\frac{0.1L}{0.108L}$×100%=92.5%，
故答案為：0.11；92.5%；
（4）SO₂吸收Br₂的離子方程式為SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；
（5）a．橡膠硫化所用到的為單質硫，故錯誤；
b．過磷酸鈣的制取過程中需要濃硫酸和磷礦石，故正確；
c．鉛蓄電池中需要用到硫酸和硫酸鉛，故正確；
d．烷基苯磺酸鈉中含有磺酸基，制取過程中需要發生磺化反應，故正確；
故答案為：bcd．

點評 本題考查硫酸工業及硫酸的制備，為2015年高考題，把握制備濃硫酸的工藝流程及設備的作用、發生的化學反應為解答的關鍵，題目難度中等．