Question

10．下面的裝置是仿照工業上制備硫酸的工藝流程設計出來的，用于探究工業上為何采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫．

請回答下列問題：
（1）寫出沸騰爐內煅燒黃鐵礦的反應方程式：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）如圖中的甲和乙分別相當于工業上制取硫酸裝置中的：接觸室、吸收塔；
（3）寫出在催化劑表面所發生反應的化學方程式2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃，在實驗過程中不能持續加熱的理由是該反應為放熱反應，溫度升高SO₂轉化率降低；溫度過高催化劑活性降低；
（4）在乙反應容器內要求氧氣的量要比二氧化硫的量多一倍左右，你是如何控制和估計的？可以通過調節氣閥，控制氣體流量，觀察甲裝置的冒泡速率進行估算．
（5）若丁裝置在反應過程中先出現氣泡，不久就出現了霧，而丙裝置一直都沒有任何現象，產生這種現象的原因可能是AC
A．濃硫酸對三氧化硫的吸收率遠好于水，三氧化硫被濃硫酸充分吸收
B．三氧化硫的通氣速率太快，三氧化硫未被水和濃硫酸充分吸收
C．丙中的導氣管插得太深，導致兩個吸收瓶內的氣壓差較大
D．丁中的導氣管插得太淺，三氧化硫氣體從水中逸出，與水蒸氣化和形成酸霧．

Answer 1

分析 （1）依據工業制硫酸的原理分析書寫化學方程式；
（2）根據工業制硫酸的步驟和設備名稱，結合實驗裝置的反應過程分析解答；
（3）O₂和SO₂在催化劑表面所發生反應，溫度影響反應速率、化學平衡和催化劑的活性；
（4）觀察甲裝置導管的冒泡速率進行估算通入乙中O₂和SO₂的量；
（5）若丁裝置在反應過程中先出現氣泡，不久就出現了霧，而丙裝置一直都沒有任何現象，可能是SO₃通入丙和丁裝置中，丙中全部被吸收，丁中三氧化硫與水反應放出大量熱，形成酸霧；或者丙中壓強大，氣體直接進入丁中．

解答 解：（1）沸騰爐內煅燒黃鐵礦，反應物為FeS₂和O₂，生成物為Fe₂O₃和SO₂，根據化合價升降法配平，FeS₂中Fe由+2價變為+3價，S由-1價變為+4價，1molFeS₂總共失去11mol電子，O₂中O由O價變為為-2價，得4mol電子，所以FeS₂前計量數為4，O₂前計量數為11，再根據原子守恒其它物質的系數，化學方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）在裝置乙中二氧化硫和氧氣發生催化氧化，所以裝置乙相當于接觸室；丙在實驗中是用來吸收二氧化硫的，所以相當于吸收塔；故答案為：接觸室、吸收塔；
故答案為：接觸室；吸收塔；
（3）O₂和SO₂在催化劑表面所發生反應，生成SO₃，化學方程式為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃；該反應是放熱反應，溫度升高加快反應速率，但平衡逆向移動，使得SO₂轉化率降低，且催化劑在一定溫度內活性最大，溫度過高會使催化劑喪失活性；
故答案為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃；
該反應為放熱反應，溫度升高SO₂轉化率降低；溫度過高催化劑活性降低；
（4）乙反應容器內要求氧氣的量要比二氧化硫的量多一倍左右，要求氧氣進入裝置中的速度比二氧化硫進入裝置中的速度快一倍左右，故可以通過調節氣閥，控制氣體流量，即觀察甲裝置的冒泡速率進行估算；
故答案為：可以通過調節氣閥，控制氣體流量，觀察甲裝置的冒泡速率進行估算；
（5）若丁裝置在反應過程中先出現氣泡，不久就出現了霧，而丙裝置一直都沒有任何現象，可能是SO₃通入丙和丁裝置中，丙中全部被吸收，丁中三氧化硫與水反應放出大量熱，形成酸霧；或者丙中壓強大，氣體直接進入丁中，即丙中的導氣管插得太深，導致兩個吸收瓶內的氣壓差較大；
故答案為：AC．

點評 本題主要考查工業接觸法制硫酸的原理，同時涉及到平衡移動、轉化率等，重點考查制備過程中的注意問題和條件的選擇依據，注重對知識的綜合運用和遷移能力考查，難度中等．