Question

9．硫酸和純堿都屬于工業上常用的“三酸兩堿”．回答下列問題：
Ⅰ目前，我國多用黃鐵礦作原料采用“接觸法”，設備如圖1所示．
（1）圖1中設備A的名稱是沸騰爐，該設備中發生的主要反映的化學方程式為4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）有關接觸法制硫酸的下列說法中，錯誤的是cd
a．在吸收塔中用濃度為98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫
b．煅燒含硫53.4%的黃鐵礦時，若FeS₂損失了2%，則S損失2%
c．B裝置中反應的條件之一為較高溫度，是為了提高SO₂的轉化率
d．硫酸工業中在接觸室安裝熱交換器，是為了充分利用SO₃轉化為H₂SO₄時放出的熱量
（3）科研工作者開發了制備SO₂、再利用電化學原理生產硫酸的方法，裝置如圖2所示，為了保持電解過程的穩定性，硫酸的濃度應維持不變，則通入的SO₂和水的質量比為16：29
Ⅱ．工業上常用“氨堿法”和“聯合制堿法”兩種工藝來制造純堿．
（1）“氨堿法”生成純堿的過程中會產生大量CaCl₂廢棄物，請寫出該工藝中產生CaCl₂的化學方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O
（2）寫出“聯合制堿法”有關反應的化學方程式：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl（飽和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl； 2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（3）CO₂是制造純堿的重要材料，“聯合制堿法”中CO₂來源于合成氨廠，“氨堿法”中CO₂來源于煅燒石灰石．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）依據接觸法制硫酸的工業流程和設備反應分析：A設備是硫鐵礦與氧氣在高溫下的煅燒反應，在沸騰爐中進行．
（2）A．依據三氧化硫吸收的方法是利用濃硫酸吸收，防止形成酸霧，阻止吸收分析判斷；
        B．根據S元素守恒，利用關系式計算；
        C．二氧化硫生成三氧化硫的反應是放熱的可逆反應，運用平衡移動的原理判斷；
        D．硫酸工業中在接觸室安裝熱交換器是為了利用二氧化硫生成三氧化硫的反應是放熱． 
 （3）利用原電池原理制硫酸溶液，通O₂的極為正極，電極反應為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，通SO₂的極為了負極，電極反應為2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺，結合正負極得失電子是相等的，即得原電池反應2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，根據稀硫酸溶液的質量分數是50%，假設溶液里硫酸的質量為98g，據此可計算出通入SO₂的質量和水的質量比．
Ⅱ（1）氨堿法：以食鹽（氯化鈉）、石灰石（經煅燒生成生石灰和二氧化碳）、氨氣為原料來制取純堿，工藝中產生大量CaCl₂的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O．
（2）聯合制堿法：以食鹽、氨和二氧化碳（其中二氧化碳來自合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣）為原料來制取純堿，聯合制堿法的原理為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl（飽和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl； 2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（3）聯合制堿法中CO₂來源于氨工業的廢氣，氨堿法中CO₂的來源于石灰石煅燒．

解答 解：（1）A設備是硫鐵礦與氧氣在高溫下煅燒反應在沸騰爐中進行，方程式為4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂
故答案為：沸騰爐；4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeO₃+8SO₂．
（2）a．設備C中用98.3%的H₂SO₄來吸收SO₃的原因是，用水吸收易形成酸霧阻止三氧化硫的吸收，故a正確；
        b．根據S元素守恒，利用關系式可看出．
            設黃鐵礦m克，含硫為48%m克，含FeS₂為$\frac{120}{64}$×48%m克，據比例關系：
                FeS₂------------------2S
            $\frac{120}{64}$×48%m×（1-2%）    48%m×98%
則S損失為：$\frac{48%m-48%m×98%}{48%m}$×100%=2%故b正確；
       c．二氧化硫生成三氧化硫的反應是放熱的可逆反應，升高溫度平衡向吸熱方向移動，降低SO₂的轉化率，故c錯誤；
      d．硫酸工業中在接觸室安裝熱交換器是為了利用二氧化硫生成三氧化硫的反應是放熱，而不是利用SO₃轉化為H₂SO₄時放的熱量，故d錯誤；
故答案為：cd；
（3）利用原電池氧化SO₂制硫酸的總反應式2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，根據稀硫酸溶液的質量分數是50%，假設溶液里硫酸的質量為98g，溶液里水的質量也為98g，生成的硫酸的物質的量為=1mol，結合原電池反應式可知參加反應的SO₂和H₂O的物質的量也為1mol，則SO₂的質量為1mol×64g/mol=64g，水的質量為1mol×18g/mol=18g，通入通入SO₂的質量和水的質量比為=16﹕29，故答案為：16﹕29；
Ⅱ（1）氨堿法工藝中產生大量CaCl₂是由氯化銨和消石灰在加熱條件下反應后生成氨氣和氯化鈣的反應，反應的化學方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
（2）聯合制堿法是在氨的飽和NaCl溶液中二氧化碳氣體，反應生成碳酸氫鈉，解熱碳酸氫鈉即可制備碳酸鈉，反應的有關方程式為，NH₃+CO₂+H₂O+NaCl_（飽和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl_（飽和）=NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（3）CO₂是制堿工業的重要原料，聯合制堿法中CO₂來源于合成氨工業的廢氣，氨堿法中CO₂的來源于石灰石煅燒，
故答案為：合成氨廠；煅燒石灰石．

點評 考查硫酸的工業制法，氨堿法（索氏）和聯合制堿法（侯氏）的原理，涉及化學平衡的移動，原電池原理，原子守恒在化學計算中的應用，反應條件的選擇等，掌握原理是解題的關鍵，對學生基礎要求較高，題目難度中等．