Question

19．以黃鐵礦為原料生產硫酸的工藝流程圖如圖1：

（1）沸騰爐中發生反應的化學方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2F₂O₃+8SO₂．
（2）接觸室中發生如下反應：2SO₂（g）+0₂（g）?2SO₃（g）△H=一196.6kJ•mol^-1 某研究小組模擬工業生產，在實驗室中研究了其他條件不變時，改變某一條件對上述反應的影響．下列分析正確的是b．
a．圖2中I研究的是t₀時刻增大0₂的濃度對反應速率的影響
b．圖2中Ⅱ研究的是t₀時刻加入催化劑對反應速率的影響
c．圖2中Ⅲ研究的是催化劑對平衡的影響，且甲的催化效率比乙高
d．圖2中Ⅲ研究的是溫度對化學平衡的影響，且乙的溫度較低
（3）已知：S0₃（g）+H ₂0（1）=H ₂S0₄（1）△H=一130.3kJ•mol^-1．當有6.72×10⁴L（已折算為標準狀況下）SO₃氣體與H₂O化合時放出的熱量為3.9×10⁵kJ（保留兩位有效數字）．
（4）依據工藝流程圖判斷下列說法正確的是abd（選填序號字母）．
a．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵
b．過量空氣能提高SO₂的轉化率
c．使用催化劑能提高SO₂的反應速率和轉化率
d．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎
（5）吸收塔吸收SO₃用98.3%濃硫酸的原因是SO₃與H₂O化合時放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收易形成酸霧，反而不利于成分吸收SO₃．
（6）某硫酸廠為測定接觸室所得氣體中S0₂的體積分數，取280mL（已折算成標準狀況）氣體樣品與足量Fe₂（SO₄）₃溶液完全反應后，用濃度為0.02mol•L^-1的K₂Cr₂0₇標準溶液滴定至終點，消耗K₂Cr₂0₇溶液25．O0mL．
已知：Cr₂0₇^2-+Fe²⁺+H⁺→Fe³⁺+H₂0十Cr³⁺（未配平）
①SO₂通入Fe₂（S0₄）₃溶液中．發生反應的離子方程式為SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺．
②接觸室所得氣體中SO₂的體積分數為12.00%．

Answer 1

分析 （1）燃燒黃鐵礦反應生成氧化鐵和二氧化硫，再根據化合價升降法配平方程式；
（2）a．增大反應物的濃度瞬間，正反速率增大，逆反應速率不變，之后逐漸增大；
b．加入催化劑，正逆反應速率都增大，但速率相等，平衡不移動；
c．加入催化劑，平衡不發生移動；
d．正反應放熱，升高溫度，平衡向逆反應方向移動；
（3）先求出三氧化硫的物質的量，再根據熱化學方程式中的反應熱計算；
（4）a．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵；
b．過量空氣能提高SO₂的轉化率；
c．使用催化劑能提高SO₂的反應速率和轉化率；
d．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎；
（5）SO₃與H₂O化合時放出大量的熱，能形成酸霧，不利于三氧化硫的吸收；
（6）①二氧化硫與硫酸鐵反應生成硫酸亞鐵和硫酸，據此寫出反應的離子方程式；
②利用14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺可知，3SO₂～Cr₂O₇^2-，結合題中數據進行計算．

解答 解：（1）燃燒黃鐵礦反應，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+O₂→Fe₂O₃+SO₂，FeS₂中Fe為+2價，S為-1價，O₂中O為0價，Fe₂O₃中Fe為+3價、O為-2價，SO₂中S為+4價、O為-2價，
FeS₂中：鐵元素上升1價，硫元素上升5價×2，則總共上升11價，
O₂中：氧元素降低2價×2，則總共降低4價．所以FeS₂前計量數為4，O₂前計量數為11，再根據原子守恒，配出Fe₂O₃前計量數為2，SO₂前計量數為8，生反應的化學方程式為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2F₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2F₂O₃+8SO₂；
（2）a．增大反應物的濃度瞬間，正反速率增大，逆反應速率不變，之后逐漸增大，圖Ⅰ應是增大壓強的原因，故a錯誤；
b．圖Ⅱ在t₀時刻正逆反應速率都增大，但仍相等，平衡不發生移動，應是加入催化劑的原因，故b正確；
c．圖Ⅲ甲、乙兩個平衡狀態不同，而加入催化劑，平衡不發生移動，故c錯誤；
d．乙到達平衡時間較短，乙的溫度較高，正反應放熱，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，SO₃的轉化率減小，故d錯誤；
故答案為：b；
（3）已知：SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol，當有6.72×10⁴L（已折算為標況下）SO₃氣體H₂O化合，SO₃的物質的量為：$\frac{6.72×1{0}^{4}L}{22.4L/mol}$=3×10³mol，則放出的熱量為：3×10³mol×130.3kJ/mol=3.9×10⁵kJ，
故答案為：3.9×10⁵kJ；
（4）a．沸騰爐排出的礦渣為F₂O₃，F₂O₃可供煉鐵，故a正確；
b．增加空氣的量會使平衡正向進行，提高了二氧化硫的轉化率，故b正確；
c．使用催化劑能提高SO₂的反應速率，但是平衡不發生移動，所以轉化率不變，故c錯誤；
d．粉碎礦石能增大接觸面積可以提高反應速率，故d正確；
故答案為：abd；
（5）SO₃與H₂O化合時放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收易形成酸霧，反而不利于成分吸收SO₃，所以在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸，用濃硫酸吸收，
故答案為：SO₃與H₂O化合時放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收易形成酸霧，反而不利于成分吸收SO₃；
（6）①發生氧化還原反應生成硫酸亞鐵，離子反應為SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺，
故答案為：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
②根據14H⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O、SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺可得關系式：
      3SO₂～Cr₂O₇^2-，
      3      1
      x    0.02mol/L×0.025L
解得：x=$\frac{0.02mol/L×0.025L×3}{1}$=0.0015mol，
則接觸室中所得氣體中SO₂的體積分數為：$\frac{0.0015mol}{\frac{0.28L}{22.4L/mol}}$×100%=12.00%，
故答案為：12.00%．

點評 本題考查了工業制硫酸的基本原理，題目難度中等，涉及化學平衡的影響因素和化學反應速率的影響因素、工業制硫酸的基本原理等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力．