Question

[化學--化學與技術]硫酸工業在國民經濟中占有極其重要的地位．請回答硫酸工業中的如下問題：
（1）若從下列四個城市中選擇一處新建一座硫酸廠，你認為廠址宜選在______的郊區（填標號）；
A．有豐富黃鐵礦資源的城市
B．風光秀麗的旅游城市
C．消耗硫酸甚多的工業城市
D．人口稠密的文化、商業中心城市
（2）CuFeS₂是黃鐵礦的另一成分，煅燒時CuFeS₂轉化為CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，該反應的化學方程式為______．
（3）為提高SO₃吸收率，實際生產中通常用______吸收SO₃．
（4）已知反應2SO₂+O₂?2SO₃△H＜0，現將0.050mol SO₂和0.030mol O₂充入容積為1L的密閉容器中，反應在一定條件下達到平衡，測得反應后容器壓強縮小到原來壓強的75%，則該條件下SO₂的轉化率為______；該條件下的平衡常數為______．
（5）由硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成），其中硫酸銅的質量分數隨沸騰爐溫度不同而變化（見下表）

沸騰爐溫度/℃	600	620	640	660
爐渣中CuSO4的質量分數/%	9.3	9.2	9.0	8.4

已知CuSO₄ 在低于660℃時不會分解，請簡要分析上表中CuSO₄的質量分數隨溫度升高而降低的原因______．
（6）在硫酸工業尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，必須進行凈化處理，處理方法可用______（填名稱）吸收，然后再用硫酸處理，重新生成SO₂和一種生產水泥的輔料，寫出這兩步反應的化學方程式______．

Answer 1

解：（1）A．硫酸廠廠址的選擇綜合經濟效益考慮，硫酸產品的運輸成本要高于原料黃鐵礦的運輸成本，故A不正確；
B．風光秀麗的旅游城市，不靠近原料基地，也不靠近消耗硫酸的工業城市，導致原料運輸與產品運輸成本高，同時還會對旅游城市造成污染，故B不正確；
C．由于硫酸產品的運輸成本要高于原料黃鐵礦的運輸成本，所以廠址應選擇在消耗硫酸甚多的工業城市，故C正確；
D．人口稠密的文化、商業中心城市，遠離原料基地和消耗硫酸的工業城市，同時為了防止污染環境，不宜考慮作為硫酸廠廠址，故D不正確；
故答案為：C；
（2）根據題意可知，高溫煅燒時CuFeS₂時，反應物為CuFeS₂和O₂，生成物為CuO、Fe₂O₃ 和SO₂，再根據化合價升降法配平氧化還原反應方程式，
故答案為：4CuFeS₂+13O₂4CuO+2Fe₂O₃+8SO₂；
（3）三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率，故答案為：98.3%的濃硫酸；
（4）已知反應2SO₂+O₂?2SO₃△H＜0，現將0.050mol SO₂和0.030mol O₂充入容積為1L的密閉容器中，反應在一定條件下達到平衡，設反應的二氧化硫物質的量為X：依據三段式列式：
2SO₂ +O₂ ?2SO₃
起始量（mol） 0.050 0.030 0
變化量（mol） X 0.5X X
平衡量（mol） 0.05-X 0.03-0.5X X
測得反應后容器壓強縮小到原來壓強的75%，所以壓強之比等于物質的量之比；
得到 0.05-X+0.03-0.5X+X=（0.050+0.030）×75%
解得：X=0.04mol；
則二氧化硫的轉化率=×100%=80%；
平衡狀態物質的平衡濃度為：c（SO₂）=0.01mol/L；c（O₂）=0.01mol/L；c（SO₃）=0.04mol/L；
平衡常數K===1.6×10³；
故答案為：80%；1.6×10³；
（5）硫酸廠沸騰爐排出的礦渣中含有Fe₂O₃、CuO、CuSO₄（由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成），根據題意由表中數據可知，硫酸銅的質量分數隨沸騰爐溫度升高而降低，是因為反應CuO+SO₃CuSO₄中SO₃的質量減少導致的，根據2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）），△H=-98.3kJ?mol^-1反應制備SO₃，該反應為可逆反應，正方向為放熱，隨著溫度升高，平衡逆向移動，導致SO₃的量減少，由CuO與SO₃ 在沸騰爐中化合而成CuSO₄的量也減少，
故答案為：SO₂轉化為SO₃是正反應放熱的可逆反應，隨溫度升高，平衡左移，SO₃物質的量減少，所以CuSO₄的量減少（或溫度升高，SO₃物質的量減少，故CuSO₄的量減少）；
（6）在硫酸工業尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，也是酸性氧化物，進行凈化處理時可以用堿液吸收，如NaOH、氨水、石灰水等，生成亞硫酸鹽，然后再用硫酸處理，重新生成SO₂和一種生產水泥的輔料，則堿液可選擇石灰水，反應為SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O，
故答案為：石灰水；SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃↓+H₂O、CaSO₃+H₂SO₄═CaSO₄+SO₂↑+H₂O．
分析：（1）硫酸廠廠址的選擇從綜合經濟效益考慮，主要是硫酸為危險品，硫酸的運輸成本要高于原料黃鐵礦的運輸成本；
（2）根據已知信息，確定出反應物和生成物，然后配平化學方程式；
（3）三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率；
（4）依據化學平衡的三段式列式計算，依據轉化率、平衡常數的概念計算得到；相同條件下氣體壓強之比等于物質的量之比；
（5）由表中數據分析出溫度和CuSO₄的質量分數之間的關系，而CuSO₄的質量取決于SO₃ 的質量，再由反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1，分析SO₃ 的質量和溫度之間的關系；
（6）硫酸工業尾氣中SO₂凈化處理方法很多，SO₂是酸性氧化物，因此常用堿液吸收，如氨水、氫氧化鈉溶液、石灰水等，再結合題意要獲得生產水泥的輔料，即可確定選擇的試劑；寫出化學方程式．
點評：本題考查工業接觸法制硫酸的相關細節，如原料的選擇、反應條件的選擇、熱交換器的作用、工業尾氣的處理、硫酸廠址的選擇、含硫礦石的煅燒等相關內容，化學平衡的基本計算，轉化率、平衡常數的概念計算應用，只要了解基礎知識都能迎刃而解，難度中等．