Question

以黃鐵礦為原料，采用接觸法生產硫酸的流程可簡示如圖1：

請回答下列問題：
（1）在爐氣制造中，生成SO₂的化學方程式為

 

；
（2）爐氣精制的作用是將含SO₂的爐氣

 

、

 

和干燥，如果爐氣不經過精制，對SO₂催化氧化的影響是

 

；
（3）精制爐氣（含SO₂體積分數為7%、O₂為11%、N₂為82%）中SO₂平衡轉化率與溫度及壓強關系如圖2所示．在實際生產中，SO₂催化氧化反應的條件選擇常壓、450℃左右（對應圖中A點），而沒有選擇SO₂轉化率更高的B或C點對應的反應條件，其原因分別是

 

、

 

；
（4）在SO₂催化氧化設備中設置熱交換器的目的是

 

、

 

，從而充分利用能源．

Answer 1

考點：工業制取硫酸

專題：化學應用

分析：（1）黃鐵礦的主要成分是FeS₂，在高溫條件下與氧氣反應：4FeS₂+11O₂

高溫  .

4Fe₂O₃+8SO₂；
（2）在催化氧化時必須進行除塵、洗滌、干燥，以達到除去砷、硒等化合物的效果，這些物質會使催化劑中毒，并且水蒸氣在高溫下與鐵反應，對設備和生產有不良影響；
（3）在反應2SO₂+O₂?2SO₃中，SO₂轉化率較高，工業上一般不采用更高的壓強，因為壓強越大對設備的投資越大，消耗的動能越大．SO₂的轉化率在1個大氣壓下的轉化率已達到97%左右，在提高壓強，SO₂的轉化率提高的余地很小，本反應為放熱反應，工業生產中不采取較低的溫度，因為溫度越低，SO₂的轉化率雖然更高，但反應較慢，450℃時，催化劑的催化效率最高；
（4）SO₂催化氧化設備中設置熱交換器可以充分利用反應放出的熱．

解答： 解：（1）黃鐵礦的主要成分是FeS₂，在高溫條件下與氧氣反應，其反應的化學方程式為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

4Fe₂O₃+8SO₂；
故答案為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

4Fe₂O₃+8SO₂；
（2）在催化氧化時必須進行除塵、洗滌、干燥，以達到除去砷、硒等化合物的效果，這些物質會使催化劑中毒，并且水蒸氣在高溫下與鐵反應，對設備和生產有不良影響，
故答案為：除塵、水洗；砷、硒等化合物會使催化劑中毒，水蒸氣對設備和生產有不良影響；
（3）在反應2SO₂+O₂?2SO₃中，SO₂轉化率較高，工業上一般不采用更高的壓強，因為壓強越大對設備的投資越大，消耗的動能越大．SO₂的轉化率在1個大氣壓下的轉化率已達到97%左右，在提高壓強，SO₂的轉化率提高的余地很小，本反應為放熱反應，工業生產中不采取較低的溫度，因為溫度越低，SO₂的轉化率雖然更高，但催化劑的催化作用會受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高．
故答案為：不選擇B點，因為壓強越大對設備的投資大，消耗的動能大，SO₂原料的轉化率已是97%左右，再提高壓強，SO₂的轉化率提高的余地很小，所以采用1個大氣壓；不選擇C點，因為溫度越低，SO₂轉化率雖然更高，但催化作用受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高，故不選C點；
（4）在S0₂催化氧化設備中設置熱交換器，把不同溫度之間的氣體進行熱交換，可預熱反應氣體，冷卻生成氣體，可起到充分利用能源的目的，
故答案為：利用反應放出的熱量預熱原料氣；上層反應氣經熱交換器溫度降到400～500℃進入下層使反應更加完全．

點評：本題考查硫酸的工業制法，涉及環境保護、反應原理、工業流程等問題，本題中注意爐氣的精制、反應條件等問題的考查，是易錯點，題目難度中等．