Question

硫酸是重要的工業三酸之一．硫酸的產量和用量與一個國家的化學工業水平有著非常密切的關系．在硫酸工業生產中，往往涉及化學反應原理、原料、能源、設備、工藝流程、環保、經濟效益等許多問題．根據硫酸的工業生產原理，其生產過程如圖所示：

請回答下列問題：
（1）寫出催化反應室中將SO₂氧化成SO₃的化學方程式

 

．
（2）早期生產中，SO₂的制取以黃鐵礦為原料．近些年來，很多國家已經限制以黃鐵礦為原料制硫酸，其主要原因是

 

．
（3）在以上圖示的某一生產過程中，利用了熱交換的原理．請你運用反應速率和化學平衡原理，從節約能源、降低生產成本、提高原料轉化率的角度加以解釋

 

．
（4）吸收塔排除的煙氣中含有危害環境的SO₂，生產中常用燒堿溶液吸收處理．若用10.0L A 5.00mol?L^-1燒堿溶液完全吸收20.0m³（標準狀況）尾氣中的SO₂后，所得溶液中含有NaHSO₃和Na₂SO₃的物質的量比為1：2，則尾氣中SO₂的體積分數為

 

．
（5）農用磷肥過磷酸鈣[主要成份：CaSO₄和Ca（H₂PO₄）₂]，常用磷礦石[主要成份：Ca₃（PO₄）₂]和濃硫酸共熱制取．用10.0t 98%的濃硫酸與足量的磷礦石作用，理論上可得過磷酸鈣

 

t．

Answer 1

考點：工業制取硫酸

專題：元素及其化合物

分析：（1）SO₂氧化成SO₃；
（2）很多國家已經限制以黃鐵礦為原料制硫酸，因為廢棄物太多，處理成本高；
（3）熱交換的原理分析；
（4）根據NaHSO₃和Na₂SO₃的物質的量的關系進行計算；
（5）根據濃硫酸與足量的磷礦石反應的化學方程式進行計算．

解答： 解：（1）催化反應室中將SO₂氧化成SO₃的化學方程式為2SO₂+O₂

催化劑   .

高溫高壓

2SO₃，故答案為：2SO₂+O₂

催化劑   .

高溫高壓

2SO₃；
（2）近些年來，很多國家已經限制以黃鐵礦為原料制硫酸，其主要原因是黃鐵礦煅燒時產生氧化鐵、不反應雜質、有害氣體等眾多廢棄物，治理成本太高；
故答案為：廢棄物太多，處理成本高；
（3）利用了熱交換的原理，反應產生的熱量預熱原料氣（SO₂和O₂），能加快反應速率，節約能源；同時降低反應后混合物的溫度，有利于化學平衡向正反應方向移動，提高原料轉化率；
故答案為：熱交換利用反應產生的熱量預熱原料氣（SO₂和O₂），加快反應速率，節約能源；同時降低反應后混合物的溫度，有利于化學平衡2SO₂+O₂

催化劑   .

高溫高壓

2SO₃向生成SO₃的方向移動，提高原料轉化率；
（4）10.0L 5.00mol?L^-1燒堿溶液中，n（NaOH）=50mol，再根據NaHSO₃和Na₂SO₃的物質的量比為1：2，可知x+2x=50mol，x=

50

3

mol，含SO₂為2x=

100

3

mol，

100/3×22.4L

20.0×103L

×100%=3.36%；
故答案為：3.36%；
 （5）根據反應：Ca₃（PO₄）₂+2H₂SO₄=2CaSO₄+Ca（H₂PO₄）₂，
                          2×98       2×136+234
                       10.0t×98%         x

2×98

10.0t×98%

=

2×136+234

x

，x=25.3t；
故答案為：25.3．

點評：本題是一道綜合性的考題，涉及化學反應速率、化學平衡常數、化學平衡的移動以及v-t圖的知識，難度較大，綜合性強．