Question

如圖是現今常規生產發煙硫酸和硫酸的流程圖：

（1）在④處二氧化硫被氧化成三氧化硫，④的設備名稱是   ．該處發生反應的方程式為   ．為提高三氧化硫的產率，該處應采用   （填“等溫過程”或“絕熱過程”）為宜．
（2）在⑦處進行二次催化處理的原因是   ．
（3）⑤處氣體混合物主要是氮氣和三氧化硫．此時氣體經過⑥后不立即進入⑦是因為：   ．
（4）20％的發煙硫酸（SO₃的質量分數為20％）1噸需加水   噸（保留2位有效數字）才能配制成98％的成品硫酸．
（5）在②處發生1500℃的“不完全燃燒”，即先混入少量干燥空氣，然后在③處于700℃下再繼續燃燒．試簡述這種燃燒方式對環境保護是有利的原因   ．

Answer 1

（1）接觸室 （2分）   2SO₂＋O₂2SO₃（2分，“V₂O₅”寫成“催化劑”也可；無條件扣1分；無“”不得分）；等溫過程（2分）
（2）該反應為可逆反應，二次催化使尚未反應的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護環境（2分。其中“提高原料利用率”1分，“保護環境” 1分）
（3）通過吸收塔⑥后，混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應進行。（2分。“SO₃含量較多”1分，“不利于SO₂的催化氧化”1分）
（4）0．066（3分，±0．001均可得分）
（5）在高溫下，空氣的氮氣和氧氣反應生成氮氧化物，有污染。低溫下，氮氧化物被還原，生成N₂，對環境保護有利。（2分，“生成氮氧化物”1分，“氮氧化物被還原”1分）

解析試題分析：（1）二氧化硫被氧化成三氧化硫的設備為接觸室；SO₂和O₂反應生成SO₃，化學方程式為：2SO₂＋O₂2SO₃；該反應是放熱的可逆反應，溫度過高平衡逆向移動，不利于 SO3 的生成，且影響催化劑的活性，所以采用等溫過程。
（2）通過一次催化爐④不可能將二氧化硫完全氧化成三氧化硫。為充分利用原料，所以設置二次催化爐⑦，使尚未反應的二氧化硫盡量催化氧化成三氧化硫，這對于降低成本和環境保護都是必要的。
（3）⑤處的混合氣體主要是三氧化硫和氮氣及少量的二氧化硫，通過吸收塔⑥后，只能吸收一部分三氧化硫。若將這種含三氧化硫多、二氧化硫少的混合氣體直接通入第二個催化爐⑦，這時帶入催化劑表面上的三氯化硫的分壓比較高，二氧化硫的分壓很低，不利于反應進行。
（4）SO₃與H₂O反應生成H₂SO₄，需要H₂O的質量為：1t×20%×18/80=0.045t；濃硫酸含水的質量為：（0.8t+0.2t×98/80）×2%=0.0209t，所以一共需要水的質量為：0.045t+0.0209t ="0.066t" 。
（5）1500℃時，空氣中的氮 氣和氧氣反應生成有毒的氮化物，有污染，若溫度較低，如 700℃下，氮氧化物被還原為N₂，所以這種燃燒方法對環境保護有利。
考點：本題考查化學流程圖的分析、化學方程式的書寫、工業操作原因的分析、反應物的計算。